Diagnostico, modelaje y recomendaciones

Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como
Fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México
Etapa I
PRONAC
“Digitalización del Campo Cañero en
México para Alcanzar la Agricultura de
Precisión de la Caña de Azúcar”
RESUMEN
Desarrollo de un Modelo Integral de
Sistema de Información Geográfica y
Edáfica como Fundamento de la
Agricultura de Precisión en la Caña de
Azúcar en México. Etapa I
INGENIO LA GLORIA, S.A.
Enero, 2009
Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como
Fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México
Etapa I
RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN EDÁFICA DEL INGENIO 26 LA GLORIA, S.A. (LA
GLORIA)
Localización del ingenio La Gloria, Veracruz.
El Ingenio La Gloria, S. A, se encuentra situado aproximadamente 35 km al noroeste del Puerto de
Veracruz, ubicado en el municipio de Ursulo Galván, Limita al norte con Actopan, al este con el
golfo de México, al sur con Puente Nacional. Se encuentra situado en la zona central costera del
estado.
Figura 26-1. Localización geográfica del Ingenio La Gloria.
Entre las principales localidades que comprenden el ingenio se encuentran San Isidro, Chalahuite,
Santa rosa, Arrollo de piedra, Jareros, Mata verde, El zapotito, Villa Zempoala, La Gloria, Paso del
Bobo, El arenal, El palmar, Guayabal, La antigua.
El ingenio la gloria comprende un área de aproximadamente 15174 has.
DESORDENES NO NUTRIMENTALES
En el área de abasto del Ingenio hay un gradiente de humedad que por su pluviosidad delimita tres
zonas, esto es, donde precipitan 900 mm de lluvia al año o menos; una intermedia donde se captan
alrededor de 1100 mm anuales y la más lluviosa, recibiendo un volumen agua equivalente a 1300
mm o más durante el año (Figura 26 - 2).
El área de abasto del Ingenio donde llueve menos se encuentra en valles y llanuras donde
predominan suelos de tipo feozem, los cuales tienen suficiente materia orgánica y nutrientes así
como vertisoles, caracterizados por ser duros, con grietas anchas y profundas durante el estiaje,
con tonalidades negras y susceptibles a la erosión. La productividad de estos suelos es relevante
bajo condiciones de riego, alcanzando rendimientos incluso superiores a 110 t ha-1 de caña de
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Fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México
Etapa I
azúcar. Si se conserva de manera apropiada la humedad del suelo y se hace un buen manejo, en
condiciones de temporal también es factible tener producciones aceptables de caña de azúcar,
pero desde luego no comparables con las de los terrenos irrigados. Los terrenos ubicados en la
parte intermedia de humedad predominan los vertisoles con tonalidades negras, grises o rojizas, la
temperatura anual está en 26.5° C, cuyos rendimientos de caña de azúcar son del orden de las
100 ha-1 en los terrenos irrigados, aunque pueden incrementarse sustancialmente a través del
manejo
Figura 26 – 2. Distribucion anual de la precipitacion en la zona de abasto del ingenio La Gloria, Veracruz.
En el Cuadro 26 - 1 se muestra la variación observada de algunos indicadores físicos y químicos
del ambiente edáfico en el área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz, que se relacionan con la
precipitación y la capacidad de almacenamiento de agua por el suelo.
Cuadro 26 - 1. Indicadores físicos y químicos de la condición edáfica en el área de abasto del Ingenio La Gloria,
Veracruz.
Parámetros
*CE
dS m-
pH
0.1
0.4
1.5
221
4.5
7.1
8.4
221
*MO
1
Mínimo
Medio
Máximo
Observ.
0.5
1.7
5.9
221
*A Int.
cMol
Kg-1
0.00
0.04
1.98
221
*SA
*CC
*PMP
%
23
53
107
221
10
36
98
221
4
24
58
221
Arcilla
Limo
Arena
%
%
%
9
37
74
221
6
23
44
221
15
40
82
221
*CE= conductividad eléctrica; MO= materia orgánica; A Int.= acidez intercambiable; SA= saturación con agua; CC= capacidad de campo PMP= punto de
marchitamiento permanente
En el Cuadro 26 - 2 se muestran los indicadores del suelo y del riesgo de anegamientos
prolongados en el área de estudio.
Cuadro 26 – 2.- Indicadores de la condición edáfica y riesgo de inundación en el área de abasto del Ingenio La
Gloria, Veracruz.
Condición de los suelos
*CE
pH
*MO
*Ac lnt.
*IRI
Porcentaje de los valores observados
Sin problemas
100
64
29
96
83
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Etapa I
Con problemas
0
36
71
4
17
*CE=conductividad eléctrica; MO= materia orgánica; A Int.=acidez intercambiable; IRI= Índice del riesgo de tener condiciones de inundación prolongada.
La mayor parte de los terrenos evaluados indican que no presentan problemas severos de
anegamiento prolongado, aunque en 17% de los casos sí se apreció esto, cuya severidad se
acentúa durante la época lluviosa (de junio a septiembre) en los terrenos que presenten mal
drenaje natural. En estos predios será necesario encausar los excesos hídricos a través de las
obras apropiadas para que no afecte a la producción de la caña.
La cantidad de materia orgánica original proveniente del ecosistema se ha perdido
considerablemente en casi toda el área de abasto del Ingenio, de tal manera que ahora 71% de los
terrenos presentan valores de reservas orgánicas activas inferiores a los deseables, lo cual puede
traer consecuencias negativas a la productividad y rentabilidad del sistema de producción, como es
el caso de problemas por compactación, aireación, capacidad de almacenamiento de agua, entre
otras.
Es muy recomendable que se implemente un programa de enmiendas orgánicas para mejorar la
fertilidad física edáfica, si se desea conservar la productividad de los suelos. Al respecto, los
aportes de materiales orgánicos van encaminados a mejorar una serie de propiedades físicas
fundamentales ya comentadas, cuyo aporte nutrimental sólo debe verse como un valor agregado.
Si se requiere nutrir al cultivo, basta con la adición de fertilizantes químicos si se hace de manera
apropiada, pero si no se atiende el problema que causa el bajo nivel de reservas orgánicas activas,
dentro de poco no tendrá ningún impacto la aplicación de fertilizantes y se deteriorarán los
sistemas de producción. El ambiente químico edáfico no presenta un problema en 64% de los
terrenos del área de abasto del Ingenio; sin embargo, en 31% de los suelos se detectó que el pH
del suelo está entre 8.0 y 8.4, lo que puede afectar la disponibilidad de microelementos metálicos,
como es el caso de hierro, manganeso, zinc y cobre, lo cual se discutirá más adelante en el
presente documento. Respecto a la presencia de sales solubles, no se apreció que hubiesen la
necesidad de llevar a cabo enmiendas debido a que no están en una concentración que afecte el
desarrollo del cultivo. En contraste, en 4% de los terrenos es necesario que se controle la acidez
de los suelos, donde la presencia de aluminio intercambiable pudiese alterar negativamente el
desarrollo de la raíz del cultivo.
DESORDENES NUTRIMENTALES
Nitrógeno
En el Cuadro 26 - 3 se presenta la cantidad de nitrógeno disponible para la caña de azúcar, en los
terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Cuadro 26 - 3. Distribución de frecuencia del contenido de nitrógeno disponible para la caña de azúcar en los
suelos del área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Categoría
Nitrógeno disponible
-1
kg ha
Muy bajo
Bajo
<20
21 a 30
Frecuencia
%
84.2
14.9
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Fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México
Etapa I
Medio
Alto
31 a 40
>40
0.5
0.5
La cantidad de nitrógeno disponible en toda el área de abasto del Ingenio es consecuente con la
pobre concentración de reservas orgánicas activas, por lo que la probabilidad de respuesta a la
fertilización nitrogenada es muy alta prácticamente en todos los casos. Como ya se discutió, los
principales aportes de nitrógeno provienen de la mineralización de las reservas orgánicas que aún
tienen los suelos, los cuales no son suficientes como para satisfacer la demanda del cultivo. Otra
fuente de nitrógeno es el contenido en las raíces que quedan después de la cosecha, pero su
contribución a la oferta del suelo es muy limitada, haciendo indispensable complementar la oferta
del suelo con la aplicación de materiales fertilizantes. Los tipos de suelo, condiciones topográficas
donde se cultiva la mayoría de la caña de azúcar y el régimen climático que predomina, apuntan a
que las principales pérdidas de nitrógeno del suelo estén relacionadas con la cantidad de este
nutriente contenida en los productos cosechados, la volatilización por la transformación del amonio
hacia amoniaco en suelos alcalinos y calcáreos, así como la que se ocasiona por la quema durante
la zafra. Las pérdidas por desnitrificación pueden ser también relevantes en los sitios donde
predominan texturas finas y que tengan períodos relativamente prolongados con humedad en el
perfil del suelo, lo que fomenta la actividad de la biomasa microbiana anaerobia y acelera la
reducción de nitratos y consecuente pérdida de los mismos. En los terrenos con suelos de texturas
más arenosas es más probable que se pierda el nitrógeno por lixiviación, sobre todo si coincide la
aplicación del fertilizante con el mes de mayo en adelante. De acuerdo al nivel de rendimiento
actual del cultivo, clima, suelo, oferta de nitrógeno y eficiencia de recuperación de este nutriente, se
calcularon las dosis por terreno muestreado, cuya distribución de frecuencia para el área de abasto
del Ingenio se muestra en el Cuadro 26 - 4.
Figura 26 – 3. Rangos de frecuencia de Nitrógeno aprovechable de acuerdo a la cantidad de arena en el suelo.
Cuadro 26 – 4. Distribución de frecuencia de dosis de nitrógeno que se recomienda aplicar a la caña de azúcar en
los suelos del área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Frecuencia
-1
kg ha
<50
50 a 100
101 a 150
Riego
Temporal
%
0.0
0.0
0.0
%
0.0
0.0
100.0
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Etapa I
>151
100.0
0.0
Las variaciones en rendimiento ocasionadas por la cantidad y distribución del agua pueden ser del
orden de un 50%, lo que desde luego origina respuestas distintas a la aplicación de nitrógeno en
cultivos irrigados en comparación con aquellos que sólo dependen de lo que captan durante las
lluvias. Por lo anterior, los terrenos irrigados tendrán una mayor productividad y por ende, más
necesidad de nitrógeno. En las zonas donde precipitan 1100 mm de lluvia al año o menos, se
recomienda aplicar 2/3 de la dosis de nitrógeno al momento de la siembra o inicio del rebrote de la
caña y el resto adicionarlo durante la primera labor del cultivo, siempre y cuando el inicio del ciclo
no coincida con el mes de mayo. Si este fuese el caso, entonces se sugiere modificar las
proporciones del fertilizante a 1/3 al inicio y 2/3 en el primer cultivo, lo cual debe hacerse también
en las áreas lluviosas del área de abasto del Ingenio (más de 1300 mm de lluvia al año),
independientemente de la fecha en que se establezca el cultivo. En todos los casos no se debe
dejar el fertilizante expuesto sobre la superficie del suelo, puesto que esto disminuirá la eficacia de
la fertilización por pérdidas de nitrógeno, ya sea por escurrimientos superficiales o volatilización.
La elección de las fuentes de nitrógeno depende del ambiente químico edáfico y de la
concentración de materia orgánica del suelo. En los sitios donde el pH sea ácido o neutro, se
pueden elegir de acuerdo a la disponibilidad de los fertilizantes en la región y de su costo sin
ningún problema, siempre y cuando se corrija previamente la acidez del suelo en los casos donde
lo amerite. En los terrenos donde el pH sea mayor a 7.5 no se recomienda emplear urea, puesto
que el ambiente alcalino incrementa considerablemente el riesgo de que el amonio se transforme a
amoniaco, acentuado esto aún más durante la hidrólisis de la urea. En todo caso si no hay otra
fuente de nitrógeno al alcance, se deberá incorporar el fertilizante y taparlo inmediatamente, para
evitar lo más que se pueda las pérdidas por volatilización.
Fósforo
En el Cuadro 26 - 5 se presenta la cantidad de fósforo disponible para la caña de azúcar, en los
terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Cuadro 26 - 5. Distribución de frecuencia del fósforo disponible para la caña de azúcar en los suelos del área de
abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Categoría
Fósforo disponible
-1
Bajo
Medio
Alto
Muy alto
kg P2O5 ha
<5
6 a 10
11 a 15
>15
Frecuencia
%
16.7
18.1
19.0
46.2
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Etapa I
Figura 26 – 4. Distribución de Fósforo aprovechable en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.
La cantidad de fósforo en el suelo es muy variada, aunque en 65% de los sitios evaluados se
presenta una disponibilidad de este nutriente de alta a muy alta. Esto se atribuye
fundamentalmente al historial de fertilización de los predios, que ocasiona un efecto residual que
repercute sobre una mayor cantidad de fósforo en el suelo.
El área de abasto del Ingenio comprende un ambiente químico muy heterogéneo, que va desde
suelos muy ácidos hasta muy alcalinos, con predominio de éstos últimos. En ambos extremos del
pH hay las condiciones propicias para que los iones fosfato reaccionen con los minerales del suelo
y limite esto la eficiencia de recuperación del fósforo aplicado. En suelos ácidos, los fosfatos en su
forma H2PO4- se adsorben principalmente con los hidróxidos de aluminio. En suelos neutros y
2ligeramente alcalinos los aniones H2PO4 y H2PO4 con óxidos de hierro, mientras que en los
terrenos muy alcalinos domina la forma H2PO42-, la cual interacciona con el calcio primero como
una reacción de adsorción y posteriormente precipita por la formación de compuestos insolubles.
Todos estos procesos restringen la cantidad de fósforo que pudiese ser aprovechable por el cultivo
y de ahí que se suelan aplicar dosis mucho mayores a las que realmente se ocupan.
Los mecanismos de pérdida de fósforo se relacionan fundamentalmente con la cantidad de este
nutriente contenida en los productos cosechados y la erosión del suelo. Por lo tanto, el fósforo
tiende a acumularse en el suelo y, si a través de los ciclos continúan las aplicaciones de este
nutriente en cantidades mayores a las que la caña de azúcar aprovecha, en un determinado tiempo
llegará a encontrarse en un nivel de superávit, esto es, la oferta superará la demanda del cultivo.
Como no se produce un equilibrio natural bajo estas condiciones, la magnitud de fósforo en el
suelo cada vez será mayor cuyo exceso en ambientes alcalinos causará problemas de interacción
con los elementos metálicos menores, llegando incluso a provocar deficiencias sobre todo de hierro
y zinc. De ahí la importancia de establecer un tope para no extralimitarse en las aplicaciones de
fertilizante, porque además de repercutir negativamente sobre la economía del productor,
incrementa el riesgo de eutrofizar los cuerpos de agua, originado con el suelo transportado por la
erosión y que es depositado sobre los ecosistemas acuáticos. En el Cuadro 26 - 6 se presenta la
distribución de frecuencia para las dosis de fósforo recomendadas para el área de abasto del
Ingenio La Gloria, Veracruz.
Cuadro 26 - 6. Distribución de frecuencia para la dosis de fósforo que se recomienda aplicar a la caña de azúcar en
los suelos del área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Frecuencia
-1
kg P2O5 ha
<50
50 a 100
101 a 150
Riego
Temporal
%
11.8
%
25.8
29.9
60.2
52.9
14.0
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Fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México
Etapa I
>151
5.4
0.0
Las diferencias en las dosis recomendadas obedecen en primer término a los distintos niveles de
disponibilidad de fósforo en la región y a la producción de la caña de azúcar en el área de abasto
del Ingenio, tanto en temporal como riego. En segundo término, es importante hacer énfasis en que
la dosis no depende exclusivamente del nutriente disponible ni de su relación con la meta de
rendimiento, sino también de la eficiencia de recuperación del fósforo, la cual está condicionada en
la zona por la intensidad de la reacción de los fosfatos con los minerales del suelo, ya sea en
ambientes ácidos o alcalinos. El fertilizante fosfatado debe incorporarse al suelo en su totalidad al
momento de la siembra o inicio del rebrote de la caña durante las socas. No tendrá ningún efecto
positivo si esto se hace ya avanzado el ciclo del cultivo o si se deja el fertilizante sobre la superficie
del terreno. El fósforo en el subsuelo prácticamente no se mueve y, por lo mismo, debe procurarse
que este quede abajo y a un lado de la raíz del cultivo. Dadas las condiciones climáticas, edáficas y
de manejo, por ningún motivo se debe emplear roca fosfórica como fuente de fósforo, porque dicho
material no tendrá la capacidad de liberar fósforo en condiciones alcalinas. Lo que sí es totalmente
factible es el uso de cualquier fertilizante sólido soluble como el superfosfato de calcio triple o
simple, fosfato diamónico o monoamónico, entre otros. En estos casos, el criterio de selección
debe estar de acuerdo con la disponibilidad de insumos en la región y su costo, siempre y cuando
se sigan las sugerencias de su aplicación aquí presentadas
Potasio
La oferta de potasio de los suelos del área de abasto del Ingenio está en relación directa con el tipo
de minerales presentes en el suelo, contenido de arcilla y sus características químicas, así como el
nivel de rendimiento del cultivo y manejo que se practica. Lo anterior se aprecia con claridad en el
Cuadro 26 - 7, donde se presenta la cantidad de potasio disponible para la caña de azúcar, en los
terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Cuadro 26 - 7. Distribución de frecuencia del potasio disponible para la caña de azúcar en los suelos del área de
abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Categoría
Potasio disponible
-1
Bajo
Medio
Alto
Muy alto
Kg K2O ha
<50
51 a 100
101 a 150
>150
Frecuencia
%
0.0
5.0
5.9
89.1
Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como
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Etapa I
Figura 26 – 5. Disponibilidad de Potasio en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.
En la mayoría de los suelos de la región, el potasio prácticamente no se mueve porque
rápidamente es adsorbido en el complejo de intercambio e impide su desplazamiento hacia las
partes inferiores del perfil del suelo. Además, como no se pierde por volatilización durante las
quemas provocadas en las zafras, el potasio contenido en la biomasa remanente después de la
cosecha se reintegrará al suelo. Entonces, las vías por las que sale este nutriente en estos suelos
son básicamente dos: a) la cantidad de potasio contenida en los productos cosechados y; b) las
pérdidas que se producen por la erosión del suelo. Otra situación es la que se presenta en aquellos
sitios donde predominen texturas arenosas, ya que incrementa la probabilidad de que este catión
se desplace en forma vertical, incluso llegando a lixiviarse en condiciones extremas. Considerando
la meta de rendimiento bajo condiciones de riego y temporal, así como la disponibilidad de potasio
en el suelo y la eficiencia de recuperación de este nutriente, se calculó la dosis correspondiente por
terreno muestreado, cuya distribución de frecuencia para toda el área de abasto se presenta en el
Cuadro 26 - 8.
Cuadro 26 – 8.- Distribución de frecuencia de la dosis de potasio que se recomienda aplicar a la caña de azúcar en
los suelos del área de abasto del Ingenio La Gloria, Veracruz.
Frecuencia
-1
kg K2O ha
<50
50 a 100
101 a 150
>151
Riego
Temporal
%
91.9
1.8
4.5
1.8
%
99.1
0.9
0.0
0.0
Debido a que la oferta de potasio en más del 90% de la región es muy abundante, prácticamente
no se requiere aplicar este nutriente en la mayoría de los terrenos, a excepción de algunos casos
donde sí se amerita. La menor proporción de dosis de potasio requerida por los cultivos del área de
abasto del Ingenio se ubica en los que son producidos bajo condiciones de temporal, que son de
menor rendimiento en contraste con la productividad que es factible lograr en terrenos irrigados.
Cabe mencionar que aunque los procesos que inducen la salida del potasio del suelo
aparentemente no son significativos, sin duda alguna la cantidad de este nutriente se abatirá a
través del tiempo si no se toma la precaución de reponerla mediante la adición de materiales
fertilizantes, ya sean químicos u orgánicos, lo cual se puede evaluar de manera eficaz a través de
estudios como es el caso del presente trabajo. Lo anterior es particularmente importante para
suelos arcillosos, debido a que superar una deficiencia de potasio resultará más costoso en
comparación a la que se presente en suelos arenosos, por la interacción entre este nutriente y la
fracción fina edáfica, lo que modifica la eficiencia de recuperación del potasio. Por el tipo de suelos
de la región, la forma de aplicación de potasio es similar al fósforo, esto es, incorporarlo todo al
momento de la siembra o inicio del rebrote de la caña durante las socas, procurando que quede
cercano a la raíz del cultivo. Dadas las condiciones climáticas, edáficas, de manejo y cantidad
recomendada, se puede emplear como fertilizante el cloruro de potasio sin ningún riesgo. No es
Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como
Fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México
Etapa I
necesario aplicar otras fuentes (como sulfato o nitrato de potasio), a menos que se justifique por su
disponibilidad en la región y su precio por unidad de nutriente en el fertilizante