Tillage-seeding technologies influences about the energy and operation costs of the employed technique and the air contamination in the bean cultivation
Félix Ponce C.1; Enrique Álvarez T.2; Yorbis Gonzáles S.3 y José I. Hernández A.4
RESUMEN. Se evaluaron los costos energéticos, los costos de explotación y la emisión de contaminantes al aire de cuatro variantes tecnológicas para la labranza/siembra del cultivo de fríjol, según fuentes energéticas y aperos disponibles, en diferentes fincas de la Cooperativa de Crédito y Servicio (CCS) «Nelson Fernández», municipio San José de Las Lajas, provincia La Habana. En la tecnología 3, donde todas las operaciones tecnológicas se realizaron con tractor, los costos energéticos (11 681 MJ/ha y 9 984 MJ/t), los costos de explotación (89,4 pesos/ha y 81,20 pesos/t) y la polución a la atmósfera (983 kg/ha y 840 kg/t), fueron superiores a la tecnología 2, donde los costos energéticos (5 065 MJ/ha y 5 628 MJ/t), los costos de explotación (66,47 pesos/ha y 77,2 pesos/t) y la polución atmosférica fue de (515 kg/ha y 572 kg/t), empleando aperos más simples y combinados en la siembra con tracción animal
Palabras clave: costos, energía y medio ambiente.
ABSTRACT. Enlarge economical effectiveness decreasing air pollution during the technological process applied to agricultural activities becomes a challenge nowadays. In this study, energetic and operational costs and the emission of pollutants to air were evaluated. For the analysis were use four technological tillage/sow variants for beans cultivation, according to energy sources and available farm tools in different properties of the Cooperative of Credit and Service (CCS) «Nelson Fernandez», municipality San José of the Lajas, province of Havana. As result, in the 3rd technology, with all operations performed using the tractor, energy costs (11 681MJ/ha and 9 984 MJ/t), economic costs (89,4 pesos/ha and 81,20 pesos/t) and the pollution to the atmosphere (983kg/ha and 840kg/t), were superior than those obtained using the 2nd technology, with energy costs (5 065 MJ/ha and 5 628 MJ/t), operational costs (66,47 pesos/ha and 77,2 pesos/t) and atmospheric pollution (515 kg/ha and 572 kg/t), using more simple farm tools and combining with animal traction during the planting process.
Keywords: costs, energy and environment.
Recibido 05/07/07, aprobado 18/09/08, trabajo 48/08, investigación.
1 Dr., Prof. Aux., Universidad Agraria de La Habana (UNAH), Facultad de Mecanización Agropecuaria, La Habana, Cuba, E-mail: felix@isch.edu.cu
2 MSc. Prof. Aux.,UNAH, Facultad de Mecanización Agropecuaria, La Habana, Cuba.
3 Ing., Adiestrado, UNAH, Facultad de Mecanización Agropecuaria, La Habana, Cuba.
4
Tec., UNAH, Facultad de Mecanización Agropecuaria, La Habana, Cuba.
En agosto de 1859 en Titusville, EE. UU, Edwin L. Drake perforó el primer pozo de petróleo, obteniendo el producto que abrió el camino al desarrollo acelerado de la humanidad (9). Pero esta fuente de energía no renovable, trajo dramáticas consecuencias para el medio ambiente y la salud, tales como: la polución con lluvias ácidas, contaminación con óxido de nitrógeno, azufre, plomo, efecto invernadero y otros altamente nocivos (4). Agregase a lo anterior que la reserva de los hidrocarburos son limitadas y su agotamiento definitivo está a la vista (2 y 3), incluyendo el aumento de los precios, que actualmente afecta su adquisición por los países pobres. El uso de los alimentos básicos de la humanidad en la producción de biocombustibles para los automóviles(15); agrega nuevas tensiones con consecuencias impredecibles para el medio ambiente, ya que utilizan maquinaria con energía fósil no renovable, suelo fértil, mucha agua, la difusión de plaguicidas y fertilizantes, que aceleran la compactación, la erosión, la contaminación del suelo, el agua , la atmósfera y otros daños, El derroche de energía y su efecto medioambiental se puede mitigar promoviendo la eficiencia energéticas de los recursos disponibles (3, 15). Sin embargo, las principales reservas para el ahorro de energía en la producción de alimentos se encuentran, entre otras, en las tecnologías de labranza del suelo Las mediciones del requerimiento energético para las labores agrícolas suministran la base para la selección de los implementos y los sistemas de preparación periódica del suelo ya que el consumo energético varía en función del tipo de equipo y del número de operaciones La preparación del suelo requiere más del 70% de la demanda total de energía (7, 14)].
De lo anterior se plantea la necesidad de valorar las tecnologías empleadas en la producción de alimentos teniendo en cuenta, además de los costos que genera la explotación de la técnica como se hace tradicionalmente, los costos y la eficiencia energética y el efecto medioambiental por unidad de producción, lo que permitirá obtener criterios que proporciona información para producciones más limpias y sostenibles.
MATERIALES Y MÉTODOS
Características y condiciones generales del suelo de las fincas.
El estudio se desarrolló en tres fincas de agricultores pequeños asociados a la CCS «Nelson Fernández», ubicada en carretera a Tapaste, km 5 ½ . San José de Las Lajas. Situadas todas en un suelo catalogado, según la nueva versión de clasificación, como Ferralítico Rojo Lixiviado Eútrico (ver Figura 1).
Cada experimento se realizó en parcelas de 1ha (10 000 m2). En la finca uno, se montaron los experimentos empleando las tecnologías 1 y 2 (Tabla 1), y en las fincas dos y tres se realizaron los correspondientes a las tecnologías 3 y 4 respectivamente, todas usadas para la siembra de fríjol según los aperos y fuentes energéticas disponibles por los agricultores.
FIGURA 1. Suelo Ferralítico Rojo Lixiviado Eútrico
La
variedad de fríjol utilizado en los experimentos fue Cuba C. 25 9 de
color negro, y que se caracteriza por tener un rendimiento medio, en nuestras
condiciones, de hasta
1 300 kilogramos por hectárea. A los 47 días comienzan a verse
las primeras flores y a los 100 días se encuentra en óptimas condiciones
para ser cosechado.
TABLA 1. Variantes tecnológicas tradicionales empleadasen el estudio
Tecnología 1: Tractor MTZ-80
Tecnología 2: Tractor MTZ-80
Tecnología 3: Tractor YUMZ- 6M
Tecnología 4: Tractor MTZ-80
Característica de la yunta de bueyes empleada en el surcado en la tecnología 2
Se empleó una yunta de bueyes criollos de seis años de edad, cuyos parámetros físicos principales se observan en la Tabla 2.
TABLA 2. Valores de los parámetros físicos de los animales de la yunta
Característica de los agregados
TABLA 3. Característica de la fuente motriz utilizada
En la Tabla 4 se registran algunas características de los implementos empleados
TABLA 4. Característica de los implementos en estudio
Metodología para determinar los costos energéticos en las diferentes variantes
Para determinar costos energéticos en todas las tecnologías se utilizó la metodología planteada por Hetz E. y A. Barrios (5`), siguiendo el procedimiento propuesto por ASAE [1] y las sugerencias de Paneque et al. (13), en las condiciones de Cuba. Incluye toda la energía secuestrada y directa que participó en la ejecución de los procesos de cada tecnología
Metodología para determinar la energía empleada por el trabajo animal
En
la tecnología 2, se utilizó un agregado de tiro animal, empleado
para surcar el suelo antes de regar la semilla de forma manual. Se midieron
los parámetros físicos de los dos animales de la yunta- Se consideró
que el bovino realiza una fuerza sostenible en una jornada de trabajo equivalente entre el 10
y el 14% de su peso corporal. Para determinar el gasto energético de
los animales, se empleó la expresión de Lawrence y Pearson, utilizada
por Cabeza en 1994 (4)
Método para determinar el gasto de energía
del hombre
La energía del hombre se empleó en la operación del tractor, en el manejo de la yunta y en la siembra manual. Se realizó el cronometraje del tiempo así como el rendimiento de cada operación tecnológica. También se tuvo en cuenta la masa corporal de los hombres. La evaluación de los gastos energéticos del hombre se basó en índice dado por Laptev y Minj (8) y Fluck (7) en actividades agrícolas.
Se parte del principio de funcionamiento del motor de combustión interna (MCI), donde al quemarse un kg de combustible Diesel cuando la combustión es completa, la atmósfera recibirá el equivalente a:
Gt = (1 +al0) nC, kg/ha, (1)
donde:
Gt—polución contaminante que genera el combustible Diesel quemado para ejecutar la tecnología, en kg/ha;
a - coeficiente de llenado; para el combustible Diesel se consideró 1,4;
l0- cantidad de aire en kg, necesario para quemar un kg de combustible;
nC cantidad de kg de combustible consumido por hectárea en cada tecnología.
Para la determinación de la polución atmosférica se consideró solo el combustible Diesel que se gastó en las operaciones de cada tecnología. El aporte contaminante total (Tabla 6 y la Figura 4), considera las emisiones de oxido de nitrógeno (NX) que genera lluvias ácidas, el anhídrido carbónico (CO2), otro gas dañino producto de la combustión, además, los vapores de agua (H2O) que se incorporan al efecto invernadero. Cuando la combustión es completa no se toma en cuenta el monóxido(CO)
Método utilizado para la evaluación de los costos de explotación
Se
cronometró el tiempo de la jornada de trabajo (11) con la finalidad
de determinar los rendimientos de cada agregado en la realización de
las operaciones tecnológicas. También se tomaron los datos fundamentales
de cada implemento para conformar la base de cálculo, y se utilizó
además, la NC-34-38 «Metodología para la evaluación
económica», con su correspondiente ajuste para evaluar los diferentes
agregados,
(12)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El potencial productivo máximo de esta variedad de fríjol usada en Cuba es de 1 300 kg/ha, por lo que la tecnología 1 rindió el 84% de dicho potencial, la tecnología 2 y 4 es el 70% respectivamente y la tecnología 3 es el 90%, por lo que esta última está más cerca de su potencial productivo (ver Tabla 5). Estas variaciones en los rendimientos se deben, entre otras causas, al efecto de las condiciones creadas por cada tecnología de preparación de suelo para el aprovechamiento de los nutrientes por el cultivo.
En la Tabla 5 y Figura 2 se observa que la tecnología 2, comparada con las tres restantes, es la de menor rendimiento (0,90 t/ha). Sin embargo, es a su vez la de menor costo energético por unidad (5 065 MJ/ha y 5 629 MJ/t), la de menor costos de explotación(66,47 pesos/ha y 73,82 pesos/t), e incluso, la que envía menor cantidad de contaminantes a la atmósfera, como se observa en las Figuras 2, 3 y 4 respectivamente Este resultado esta influenciado por el uso de implementos como el multiarado M-170 y el cultivador ZT-11, que tienen un mayor ancho de trabajo y una menor demanda energética, comparado con el arado de disco ADI-3 y el de vertedera PLN-3-35. El uso de la yunta con el arado de madera y la siembra del grano manual, también reduce los costos energéticos y en menor escala los costos de explotación, y como no utilizan combustibles fósil tampoco emiten contaminantes a la atmósfera.
La tecnología 3 es la que presenta el más alto costos energético y de explotación y una mayor emisión de gases contaminantes por unidad de área (Tabla 5 y Figuras 2, 3 y 4), comparadas con las restantes. Estos altos índices por hectárea de esta tecnología 3 se debe a que todas las operaciones son mecanizadas, empleando como fuente energética principal el tractor YUM-6M.
TABLA 5. Resumen: rendimiento del fríjol, t/ha; costos energéticos, MJ/ha y MJ/t; costos de explotación, peso/ha y peso/t; polución atmosférica, kg/ha y kg/t
Un elemento importante es que esta tecnología 3 es la de mayor rendimiento (ver Tabla 5). Este efecto sobre el rendimiento se produce por la buena preparación que presentó el suelo y que influye positivamente sobre el desarrollo del cultivo. Esta es la causa de que la tecnología 3, demanda menos energía, menores costos de explotación y una menor polución atmosférica para producir una tonelada de fríjol cuando se compara con la tecnología 4, como se observa en dicha Tabla 5.
Este resultado demuestra la importancia de una buena preparación del suelo acorde con las exigencias del cultivo, y que permita aumentar por esta vía, los rendimientos, sobre todo empleando implementos más conservacionistas como es el multiarado y el cultivador de rejas, y hacer la siembra con sembradoras de altos rendimientos en extensiones grandes.
FIGURA 2. Costo energético de cada tecnología, MJ/ha
Esto permite disminuir los costos y los efectos al medioambiente por unidad de producto cosechado.
Se observa que los agricultores de la zona tienen preferencia por el uso del cultivador de reja ZT-11 ó «Tiller», como popularmente se le conoce en la región (Tabla 1), ya que este implemento permite realizar una labor profunda que mejora las condiciones del suelo para el crecimiento de las raíces de las plantas.
FIGURA 3. Costo de explotación de cada tecnología, peso/ha.
FIGURA 4. Polución atmosférica, kg/ha
La tecnología 1 que empleó el cultivador de reja ZT-11 para mullir el suelo y el surcador SA -3 en el surcado y la siembra manual, también presenta menores costos energéticos, de explotación y de contaminación atmosférica que las tecnologías 3 y 4 (Figuras 2, 3, 4 y Tabla 5)
CONCLUSIONES
• La tecnología 2, donde se emplean implementos mas simple y conservacionista para preparar el suelo y se combina con tracción animal para el surcado y siembra manual, presenta menores costos energético, menores costos de explotación y una menor contaminación atmosférica, tanto por unidad de área como por unidad de productos cosechados, comparada con las demás estudiadas.
• La tecnología 3 es la más costosa y la de mayor emisión a la atmósfera por unidad de área, pero fue la de mayor rendimiento y por ese motivo, tiene menores índices de costos y contaminación por toneladas producida, comparada con la tecnología 4.
• Los resultados demuestran que el tipo de agregados y su correcta explotación, el número de operaciones tecnológicas y el rendimiento del cultivo, decide sobre los costos energéticos, de explotación de la técnica y ambientales en la producción de cultivos alimenticios.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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