PRONAC “Digitalización del Campo Cañero en México para

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 ALIANZA POPULAR, S.A.
DE C.V.
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 03 ALIANZA POPULAR, S.A. DE
C.V. (ALIANZA POPULAR)
Localización del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
El Ingenio Alianza Popular se encuentra situado en la zona sureste del estado de San Luis Potosí.
SAGARPA reporta una superficie de 17, 584 ha, el área de influencia determinada de acuerdo a
los puntos de muestreo realizados en campo es de 16, 751 ha, distribuidas en los municipios de
Tamasopo, Ciudad Valles, Aquismon, Rayon y El Naranjo, pero principalmente en el municipio de
Tamasopo.
Figura 03-1. Localización geográfica del Ingenio Alianza Popular.
Desórdenes no nutrimentales.
El área de abasto del Ingenio abarca varios municipios, que por su extensión y posición geográfica,
condiciona las variaciones climáticas y edáficas. La región montañosa de Aquisimón se encuentra
al noreste-sureste, incluyendo el centro y toda la porción, mientras que la zona de la planicie se
localiza al norte y noreste de la cabecera municipal. La temperatura anual es de 24.7ºC, con una
máxima absoluta de 44.0ºC y una mínima de 7.0ºC. La temperatura cálida comprende los meses
de abril a septiembre y el período frío de octubre a marzo. La precipitación pluvial es de 1,975.3
mm, cuyo período de lluvias va de marzo a noviembre y el de estiaje entre enero y marzo. El tipo
de vegetación predominante es el de selva mediana y bosque de encino y pino. El tipo de suelo
que predomina es de espesor variable y permeabilidad moderada estable, de altos contenidos de
arcilla, color rojizo a café rojizo, ricos en cuarzo y óxido.
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
Figura 03-2. Precipitación mensual y anual en la zona de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Este lugar está configurado en su mayoría por zonas montañosas y cerriles, limitándose las partes
planas a los valles localizados al norte y hacia las cuencas de los ríos existentes en el área.
Cuenta con tres tipos de clima, predominando en la mayor parte semicálido húmedo. Al sur, cálido
subhúmedo, al suroeste semicálido subhúmedo. Su temperatura media anual es de 23.3ºC, con
una precipitación anual de 1,939.3 mm. Su vegetación original es de selva húmeda, rica en
especies arbóreas exuberantes, con grandes zonas de pastizales cultivados. La geología en las
zonas cañeras del municipio está compuesta por rocas de la formación del Cretácico medio, la cual
está integrada por calizas compactadas de color gris a verde pardo. También se presentan
formaciones de tipo calizo, color blanco y café, siendo densa en algunas partes. Esta formación
corresponde en antigüedad al Albiano cenomaniano.
Para puntualizar más sobre los problemas relacionados con desórdenes no nutrimentales, en el
Cuadro 03-1 se muestran los indicadores de la condición edáfica y del riesgo de inundaciones
prolongadas en el área de estudio.
Cuadro 03-1. Indicadores de la condición edáfica y del riesgo de inundaciones prolongadas en el área de abasto del
Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Condición de los suelos
*CE
Sin problemas
Con problemas
99
1
pH
*MO
*Ac lnt.
Porcentaje de los valores observados
100
81
100
0
19
0
*IRI
78
22
*CE=conductividad eléctrica; MO= materia orgánica; A Int.=acidez intercambiable; IRI= Índice del riesgo de tener condiciones de inundación prolongada.
Aunque hay terrenos susceptibles a problemas con posible anegamiento prolongado, la severidad
de su efecto sobre la producción de la caña de azúcar dependerá de la frecuencia e intensidad de
la precipitación en las partes planas, aunado a condiciones de mal drenaje natural. Por lo tanto,
cuando esto sea una condición recurrente es conveniente hacer las obras correspondientes para
drenar los excesos. En el área de abasto del Ingenio todavía se encuentran suelos con suficiente
cantidad de materia orgánica, lo cual hace propicio una serie de condiciones físicas de los terrenos
para la producción de la caña, pero si no se tiene el cuidado de preservarla a través de prácticas
apropiadas de manejo (aportes de los residuos de cosecha, compostas de los materiales de
desecho de la agroindustria, entre otros), dicha condición se perderá paulatinamente causando
problemas de compactación, aireación y disminución de la productividad, lo cual ya se aprecia en
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
varios predios de la zona, donde se acentúan problemas de baja capacidad de almacenamiento de
agua y baja productividad en general.
Un factor que también es necesario tomar en cuenta es el ambiente químico edáfico, el cual
presenta condiciones alcalinas y calcáreas en diversas zonas, lo cual puede limitar la disponibilidad
de micronutrientes metálicos. En el Cuadro 03-2 se presenta la distribución de frecuencia de la
concentración de sales solubles, representada por la conductividad eléctrica (CE), pH, sodio y
carbonato de calcio equivalente.
Cuadro 03-2. Distribución de frecuencia de la conductividad eléctrica (CE), pH, sodio y carbonato de calcio
equivalente en el área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
CE
Frecuencia
pH
Frecuencia
Na
-1
dS m
%
%
mg Kg-1
<1
96.1
<6.5
6.9
<100
27.5
100 a 300
1a2
2.6
6.5 a 7.5
2a3
1.3
7.5 a 8.5
65.1
300 a 600
>3
0.0
>8.5
0.4
>600
CaCO3
Frecuencia
Frecuencia
%
%
%
58.4
<2.5
37.5
41.2
2.5 a 5.0
8.0
0.2
5.0 a 10.0
8.0
0.2
>10.0
46.4
En el área de abasto del Ingenio abundan los suelos alcalinos, principalmente los de origen
calcáreo. La alta concentración de sales solubles en la solución del suelo puede afectar de manera
importante la producción de caña si este problema continúa avanzando. Lo anterior se atribuye a
varias situaciones, entre las que destaca el tipo de material que formó a los suelos de la región, las
condiciones climáticas, sobre todo el uso y manejo del agua de riego. Cuando esto se hace de
manera inapropiada, se propicia la acumulación de sales en el perfil del suelo, las cuales
paulatinamente incrementarán su presencia y causarán diversos efectos nocivos tanto en la
absorción de nutrientes como en la capacidad productiva de los suelos. Esto se atenderá durante
la segunda etapa del presente proyecto para hacer un planteamiento del manejo del sistema de
producción. En el anexo 1 se muestran los resultados del análisis de las muestras.
Desórdenes nutrimentales
Nitrógeno
En el Cuadro 03-3 se presenta la cantidad de nitrógeno disponible para la caña de azúcar, en los
terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Cuadro 03-3. Distribución de frecuencia del contenido de nitrógeno disponible para la caña de azúcar en los suelos
del área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Categoría
Nitrógeno disponible
-1
Muy bajo
Bajo
Medio
Alto
Kg ha
<20
21 a 30
31 a 40
>40
Frecuencia
%
100.0
0.0
0.0
0.0
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Etapa I
Figura 03-3. Distribución de Nitrógeno aprovechable en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.
Los valores de nitrógeno disponible indican que para el nivel de rendimiento de la caña de azúcar
en la región, la probabilidad de respuesta a la fertilización nitrogenada varía de muy alta a
moderada, o en otras palabras, en todos los casos se requiere aplicar fertilizante nitrogenado para
mantener o incluso incrementar la productividad del sistema de producción. Los principales aportes
de nitrógeno provienen de la mineralización de las reservas orgánicas que aún tienen los suelos y,
aunque en algunas zonas pudiesen ser abundantes, no son suficientes por sí mismos 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 también es escasa.
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 del nitrógeno orgánico ocasionada por la quema durante la zafra y por la
desnitrificación. En este último aspecto, en los suelos donde predominan las texturas finas
(terrenos arcillosos), la humedad alojada en los micrositios del espacio poroso fomenta la actividad
de la biomasa microbiana anaerobia y acelera la reducción de los nitratos, transformándose a
compuestos gaseosos como óxido nitroso y nitrógeno molecular, perdiéndose este nutriente por el
proceso denominado desnitrificación. Por las mismas razones, al fluir de manera lenta el nitrógeno
inorgánico en la profundidad del suelo, es improbable que ocurra la lixiviación a pesar del régimen
lluvioso, pero en los terrenos donde haya menos de 15% de arcilla, el transporte de este nutriente
a través de la profundidad del perfil del suelo será más acelerado, incrementando de manera
considerable el riesgo de que se pierda por lixiviación, lo que eventualmente contaminará los
mantos freáticos y por ello, para disminuir el riesgo de ocasionar este impacto negativo sobre el
ambiente, es indispensable aplicar el fertilizante de manera apropiada.
En los terrenos donde prevalezca un ambiente químico ácido, no hay condiciones propicias para
que el amonio se transforme a amoniaco, evitando así que se pierda el nitrógeno por volatilización,
pero donde el pH es cercano a la neutralidad o que de plano haya condiciones alcalinas, dicho
proceso se intensificará de manera considerable.
De acuerdo al nivel de rendimiento actual del cultivo, clima, suelo, oferta de nitrógeno y su
eficiencia de recuperación, se calcularon las dosis por terreno muestreado, cuya distribución de
frecuencia para el área de abasto del Ingenio se muestra en el Cuadro 03-4.
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fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México.
Etapa I
Cuadro 03-4. Distribución de frecuencia de dosis de nitrógeno que se recomienda aplicar por nivel de rendimiento
de la caña de azúcar en el área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
-1
kg ha
<100
100 a 150
150 a 200
>200
Y alto
%
0.0
0.0
100.0
0.0
Frecuencia
Y medio
0.0
100.0
0.0
0.0
Y bajo
%
100.0
0.0
0.0
0.0
Las variaciones en rendimiento ocasionadas por la cantidad y distribución del agua originan
respuestas diferentes entre aquellos cultivos producidos bajo condiciones de temporal o riego.
Incluso, esto mismo ocurre aunque no haya riego, pero que se tengan diferencias significativas en
la capacidad de almacenamiento de agua por el suelo, lo cual depende del tipo de terreno y
manejo de las reservas orgánicas edáficas. Lo anterior hace propicio que haya respuestas distintas
a la aplicación de nitrógeno en cultivos con más y mejor distribución del agua en comparación con
aquellos que sólo dependen de lo que captan durante las lluvias y que su almacenamiento hídrico
edáfico sea deficiente.
En las zonas donde el comienzo del ciclo de la caña coincida con la época lluviosa, se recomienda
aplicar 1/3 de la dosis al momento de la siembra o inicio del rebrote de la caña y los 2/3 restantes
adicionarlos durante la primera labor del cultivo. Si se empieza en abril o mayo, se puede aplicar la
mitad de la dosis al inicio del ciclo y el resto a la primera labor. Es importante no dejar el fertilizante
expuesto sobre la superficie del suelo, sobre todo si se tienen terrenos con pendientes
pronunciadas o donde haya escurrimientos, puesto que se acarreará con las avenidas causadas
por las lluvias y se perderá el fertilizante.
La elección de las fuentes de nitrógeno que se pueden emplear en el área de abasto del Ingenio
dependerá básicamente de la disponibilidad de los fertilizantes en la región y de su costo. Cabe
mencionar que cualquiera de ellos que libere amonio tendrá un efecto residual ácido (sulfato de
amonio, urea, nitrato de amonio, entre otros). Sin embargo, no se sugiere que por esta razón se
prefieran aquellas que sólo tengan nitratos, puesto que aunque se trate de terrenos con problemas
de acidez, se resuelve esto con el encalado. En los sitios donde el suelo sea neutro o alcalino, se
incrementa el riesgo de volatilización del nitrógeno por la transformación del amonio al gas
amoniaco cuando se emplean materiales con amonio. Esto se evita o disminuye
considerablemente si el fertilizante se entierra y entra en contacto directo con la humedad, pero si
se llega a dejar expuesto sobre la superficie del terreno, las pérdidas de nitrógeno serán
significativas.
Fósforo
En el Cuadro 03-5 se presenta la cantidad de fósforo disponible para la caña de azúcar, en los
terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como
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Etapa I
Cuadro 03-5. Distribución de frecuencia del fósforo disponible para la caña de azúcar en los suelos del área de
abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Categoría
Fósforo disponible
-1
Bajo
Medio
Alto
Muy alto
kg P2O5 ha
<5
6 a 10
11 a 15
>15
Frecuencia
%
82.2
8.0
1.7
8.0
Figura 03-4. Distribución de Fósforo en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.
Hay predios donde se encontró una alta concentración de fósforo en el suelo, lo cual se atribuye al
efecto residual inducido por el historial de fertilización de los terrenos. Al respecto, es común que
se relacione una baja disponibilidad de este nutriente independientemente del tipo de reacción del
suelo (ácido o alcalino), porque se establece una reacción de adsorción entre los iones fosfato con
los minerales del suelo, quedando sólo una fracción del nutriente aplicado de forma disponible para
el cultivo. En el caso de los suelos ácidos abunda la forma H2PO4- que reacciona con óxidos e
hidróxidos de hierro y aluminio presentes en el suelo, mientras que en los alcalinos predomina la
forma HPO42- que reaccionará con los minerales asociados al calcio, primero como un proceso de
adsorción y eventualmente podrá ocurrir la precipitación del compuesto. Sin importar qué tipo de
ión se encuentre presente en la solución del suelo o con qué mineral reaccione, se restringirá la
cantidad de fósforo que pudiese ser aprovechable por el cultivo y de ahí que se suelan aplicar
dosis en suficiente cantidad como para superar las reacciones antes comentadas y que pueda
quedar fósforo para el cultivo. En los terrenos donde hay una escasa cantidad de este nutriente, es
probable que sea consecuencia de una deficiente aplicación de fertilizantes. Si esto es así, se
limitará el rendimiento de la caña de azúcar y sin que necesariamente se aprecien de manera
visual síntomas de carencias nutrimentales.
Los mecanismos de pérdida de fósforo se relacionan fundamentalmente por 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 no causará problemas fisiológicos a la planta ni
interferencias con otros nutrientes por las condiciones edáficas de la región (a menos que el suelo
sea muy alcalino). 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
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Etapa I
productor, incrementa el riesgo de eutrofizar los cuerpos de agua, originado con el suelo que se
transporte del terreno por erosión y que es depositado sobre los ecosistemas acuáticos.
En el Cuadro 03-6 se presenta la distribución de frecuencia para las dosis de fósforo
recomendadas para el área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Cuadro 03-6. Distribución de frecuencia para la dosis de fósforo que se recomienda aplicar por nivel de rendimiento
de la caña de azúcar en el área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
-1
kg P2O5 ha
0
50 a 100
100 a 150
>150
Frecuencia
Y medio
%
5.4
9.3
85.2
0.0
Y alto
%
4.1
5.2
39.7
51.0
Y bajo
%
6.7
82.6
10.6
0.0
La tendencia de la dosis recomendada está en el sentido inverso a los valores de fósforo
disponible en la región ya comentados, lo cual pudiese ser obvio hasta cierto punto. Sin embargo,
cabe recordar que la dosis no depende exclusivamente de la cantidad de nutriente disponible ni
tampoco de su relación con la meta de rendimiento, también es fundamental considerar 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, lo cual varía en los distintos predios del área
de abasto del Ingenio.
El fósforo debe ser incorporado 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 cercano a la raíz del
cultivo.
Dadas las condiciones climáticas, edáficas y de manejo, se pueden emplear como fuente de
fósforo cualquier fertilizante sólido soluble (superfosfato de calcio triple o simple, fosfato diamónico
o monoamónico, mezclas físicas, entre otras), por lo que 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
En el Cuadro 03-7 se presenta la cantidad de potasio disponible para la caña de azúcar en los
terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Cuadro 03-7. Distribución de frecuencia del potasio disponible para la caña de azúcar en los suelos del área de
abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
Categoría
Potasio disponible
-1
Bajo
Medio
Alto
Muy alto
Kg K2O ha
<50
51 a 100
101 a 150
>150
Frecuencia
%
24.7
5.9
0.7
68.8
Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como
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Etapa I
Figura 03-5. Disponibilidad de Potasio aprovechable en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.
En condiciones naturales (no agrícolas), se espera que haya una abundante cantidad de potasio
en suelos arcillosos, sobre todo en aquellos donde predominen arcillas del tipo 2:1 (caso de los
Vertisoles o con características vérticas), en contraste a lo que suele haber en los suelos de
texturas arenosas o con otro tipo de arcillas diferentes a las 2:1 (caso de las 1:1, sesquióxidos y
óxidos de hierro y aluminio, alofanos, entre otras); sin embargo, esto no es una regla general en
terrenos cultivados, ya que la variación del potasio depende de las prácticas de manejo, extracción
de potasio asociado al rendimiento y productos cosechados, fertilización, entre otros.
El potasio prácticamente no se mueve cuando se trata de suelos arcillosos, 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 del suelo 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. Una causa adicional por la que se puede perder el potasio ocurre en los
terrenos arenosos, donde se incrementa considerablemente el riesgo de que se lixivie.
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 03-8.
Cuadro 03-8. Distribución de frecuencia de la dosis de potasio que se recomienda aplicar por nivel de rendimiento
de la caña de azúcar en el área de abasto del Ingenio Alianza Popular, San Luis Potosí.
-1
kg K2O ha
0
50 a 100
100 a 150
>150
Y alto
%
69.4
2.0
8.7
20.0
Frecuencia
Y medio
%
69.6
13.9
10.2
6.3
Y bajo
%
83.9
16.1
0.0
0.0
Cabe mencionar que aunque los procesos que inducen la salida del potasio del suelo son
aparentemente no 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
Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como
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Etapa I
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.
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 o que la capacidad de
almacenamiento de agua por el suelo no es suficiente, provocando menor rendimiento en contraste
con la productividad que es factible lograr en terrenos irrigados o con buena disponibilidad de
agua.
Por el tipo de suelos de la región, la forma de aplicación de potasio es similar al fósforo, esto es,
enterrarlo 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 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. En suelos muy arenosos, se sugiere fraccionar la aplicación del potasio en la misma
proporción y oportunidad que la recomendada para el nitrógeno, para evitar o disminuir el riesgo de
pérdidas por lixiviación.