2015- VII- Agroecosistemas

Ecología Agrícola y Protección Ambiental
VII- Agroecosistema1
Resumen
El objetivo del presente apartado es aplicar los conceptos estudiados en la teoría ecológica en
la comprensión de las problemáticas ambientales y socioeconómicas vinculadas a la práctica
agronómica. Se destaca la importancia del estudio de los sistemas productivos como ecosistemas transformados por el hombre.
Se describe y analiza al AGROECOSISTEMA como un sistema manejado por el hombre, que
en función de un objetivo de producción, maneja poblaciones, comunidades, interacciones,
ciclos de materiales y flujos de energía.
1. Concepto de agroecosistema.
El agroecosistema es un tipo de ecosistema, es decir, un grupo de componentes bióticos y
abióticos relacionados en un tiempo y espacio determinados, bajo control humano, con el fin de
producir alimentos, fibras y combustibles. (Elliot y Cole, 1989)
De acuerdo con Soriano y Aguiar (1998), un agroecosistema puede ser entendido como un
ecosistema que es sometido por el hombre a frecuentes modificaciones de sus componentes bióticos y abióticos. Estas modificaciones afectan prácticamente a todos los procesos estudiados
por los ecólogos y abarcan desde el comportamiento de los individuos y la dinámica de las poblaciones hasta la composición de las comunidades y los flujos de materia y energía (Ghersa y
Martínez-Ghersa 1991, Hald 1999, entre otros).
La magnitud de las diferencias entre los ecosistemas naturales y agrícolas depende de la intensidad de manejo y de los niveles de modificación. Una vez que el ecosistema natural es modificado y convertido en un agroecosistema, la estabilidad biológica y la elasticidad original se alteran y son reemplazados por una combinación de factores ecológicos y socio-económicos
2. Importancia del estudio de los agroecosistemas.
De todas las acciones humanas que modifican el ambiente, el establecimiento de los agroecosistemas es el que afecta a la mayor superficie terrestre (Solbrig 1999). En efecto, según estimaciones recientes (Solbrig, op. cit.), más de la mitad de la superficie de la corteza terrestre ha sido
destinada a la práctica de la agricultura (12%), la ganadería (25%) o la plantación de bosques
artificiales (15%).
La agricultura utiliza un capital natural renovable que produce un flujo continuo de bienes y
servicios. La capacidad de las plantas de transformar la energía lumínica en productos de cosecha, está determinada y condicionada en los sistemas agrícolas por factores ambientales (temperatura, agua, humedad, plagas, etc.) y por el suministro de ciertos recursos que no pueden considerarse totalmente renovables, como son los combustibles fósiles y los recursos minerales, en un
contexto socioeconómico y político que también actúa como condicionante. Como consecuencia
de esto último, en la agricultura moderna se manifiestan problemas tales como: dependencia creciente de combustibles fósiles, disminución de la eficiencia energética de los sistemas productivos, pérdida de la capacidad productiva de los suelos, contaminación de aguas, pérdida de la
variabilidad genética, etc. Por lo tanto, existe un consenso creciente acerca de que para el logro
de una agricultura sustentable es necesario un cambio en la forma en que se han abordado los
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Material de lectura elaborado la Mgter. Silvina Greco y el Ing. Agr. Alejandro Tonolli, para el estudio del tema
Agroecosistema, de la asignatura Ecología Agrícola y Protección Ambiental, correspondiente a la carrera Ingeniería
Agronómica de la Facultad de Ciencias Agrarias. UNCuyo. Última actualización año 2012.
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sistemas agropecuarios. En esta línea Sarandón (2002) plantea que “hasta el momento, se ha
privilegiado el estudio de los componentes del agroecosistema por sobre el conocimiento de las
interrelaciones entre ellos. Se hace necesario entonces, incorporar la visión sistémica, esto es,
abordarlos como un tipo especial de ecosistema, teniendo en cuenta las interacciones de todos
sus componentes físicos, biológicos, socioeconómicos y el impacto ambiental que éstos producen”.
El agroecosistema es entonces el objeto de estudio y práctica para la agronomía, cualquiera
sea el modelo productivo aplicado (convencional, integrado, agroecológico).
3. Los ecosistemas naturales y los agroecosistemas.
Los conceptos desarrollados por la Ecología para la descripción y comprensión de los ecosistemas naturales resultan pertinentes para la comprensión y manejo de la estructura y funcionamiento de los agroecosistemas. De este modo, los ecosistemas naturales y los agroecosistemas
encuentran varias similitudes: poseen diferentes niveles tróficos, en donde se fija, transforma y
transfiere la energía; se sintetiza y degrada la materia orgánica; se asimilan y metabolizan nutrientes; poseen entradas y salidas de diferentes elementos; presentan diferentes formas de diversidad biológica; están insertos en un proceso de sucesión, etc.
Sin embargo, por el hecho de estar sometidos a una serie de alteraciones de un orden particular, como labores agrícolas, fertilización, riego, extracción periódica de biomasa, reducción de la
diversidad biológica, aplicación de pesticidas, fragmentación del paisaje, etc. determina que algunos de sus rasgos estructurales así como el ritmo y naturaleza de algunos procesos sean distintos a los ecosistemas naturales, donde no existe intervención humana.
Odum (1984) describe 4 características principales de los agroecosistemas:
1. Los agroecosistemas requieren fuentes auxiliares de energía, que pueden ser humana, animal y
combustible para aumentar la productividad de organismos específicos.
2. La diversidad puede ser muy reducida en comparación con la del ecosistema natural.
3. Los animales y plantas que dominan son seleccionados artificialmente y no por selección natural.
4. Los controles del sistema son, en su mayoría, externos y no internos ya que se ejercen por medio de aportes de energía auxiliar al sistema.
A estas cuatro características y siguiendo la propuesta sistémica de análisis realizada por Sarandón (2002), podemos agregar que los sistemas agrícolas son resultantes de la interacción
compleja entre procesos biológicos, químico-físico y sociales externos e internos. Nosotros como
seres humanos intervenimos sobre los agroecosistemas ejerciendo dominación sobre los componentes y las interacciones existentes. Son los agentes sociales los que le dan las características a
los agroecosistemas, por que son ellos lo que les asignan propósitos y objetivos; que según las
condiciones históricas y actuales de estos tipos sociales agrarios (gran productor capitalizado,
minifundista, campesino, etc.) y como interaccionan con el contexto socioeconómico y político,
serán las particularidades del sistema productivo. Por lo tanto, las estrategias agrícolas no sólo
responden a limitantes / presiones del medio ambiente, presiones bióticas y del proceso de cultivo, sino que también reflejan estrategias humanas de subsistencia y de posicionamiento económicos.
Las principales diferencias ecológicas entre un ecosistema natural y un agroecosistema se resumen en la Tabla 1.
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Tabla 1: Principales diferencias entre un ecosistema natural y un agroecosistema
Atributos
Límites espaciales.
Continuidad temporal.
Diversidad.
Ecosistema Natural
Poco notorios, varían gradualmente.
Con mayor continuidad temporal, sin
grandes alteraciones.
Más diversos y se ocupan la mayoría de
los recursos.
Compleja.
Heterogeneidad de
Hábitat.
Especies dominan- Suelen tener varias especies dominantes
o codominantes.
tes.
Individuos con diferentes genotipos, de
Poblaciones.
varias edades y con distinto vigor.
Ciclado de nutrien- Tiende a ser cerrado.
tes.
La regulación biótica es muy importanInteracciones.
te.
Complejas y largas.
Redes tróficas.
Aporte de energía Nulo o despreciable. Dependen sólo del
auxiliar y nutrientes aporte que naturalmente ocurre.
externos.
Productividad neta Media a baja.
del ecosistema
No sincronizada. Estacional
Fenología.
Maduros, clímax.
Etapa sucesional.
Agroecosistema
Bien definidos
Sometidos a disturbios y perturbaciones
periódicas, que alteran su persistencia.
Menos diversos, no se ocupan integralmente
los recursos.
Simple.
Una o muy pocas especies dominantes.
Individuos de idéntico o similar genotipo,
igual o similar edad y semejante vigor.
Abierto.
La regulación biótica es escasa, interacciones reducidas por manejo agronómico.
Simples y cortas.
Dependen de la incorporación de subsidios
energéticos, de materiales, de trabajo y de
información.
Alta.
Sincronizada
Primeras etapas de sucesiones secundarias.
Eliminado: Productividad
primaria bruta.
Eliminado: Alta o media (según
el ambiente)
Eliminado: Media.
Eliminado: primaria
Estas diferencias se hacen más notorias cuanto mayor es el grado de intervención del hombre.
Por ejemplo, en el caso de un manejo convencional las diferencias serán mayores ya que la simplificación del agroecosistema es mayor (caso extremo es el monocultivo). En el caso de un manejo agroecológico el objetivo de manejo es la de asimilar el sistema productivo a las características del ecosistema natural.
4- Estructura y funcionamiento del agroecosistema.
Considerando la teoría de sistemas, debemos describir para los agroecosistemas: componentes, límites, entradas y salidas, procesos ecosistémicos e interacciones entre sus componentes.
4. 1.Componentes del agroecosistema:
Componentes bióticos:
Se agrupan según la fuente de energía que utilizan en: productores, consumidores primarios o
herbívoros, consumidores secundarios o carnívoros y descomponedores.
Productores primarios: transforman y acumulan la energía lumínica en forma de energía
química en los enlaces de los productos orgánicos sintetizados a través de la fotosíntesis. Incluyen las especies de cultivo, las “malezas” y la vegetación circundante.
Consumidores primarios o herbívoros: se ubican en un nivel trófico superior y consumen
parte de la biomasa acumulada por los productores. Comprenden a insectos, liebres, hongos,
aves y también al ganado: vacas, ovejas, etc.
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Eliminado: .
Consumidores secundarios o carnívoros: parte de la biomasa acumulada por los consumidores primarios es consumida por los carnívoros. Comprende a aves rapaces, predadores de insectos, parásitos de los animales, etc.
El hombre puede ubicarse en el segundo y/o tercer eslabón de la cadena, según la fuente de su
alimentación.
Descomponedores: son también consumidores, pero se alimentan del tejido muerto de los
otros organismos (necromasa). Intervienen en la descomposición de la materia orgánica y en el
ciclado de nutrientes.
Componentes abióticos
En el caso de los agroecosistemas además del suelo, nutrientes inorgánicos, agua, clima se
incluyen los alambrados, corrales, casas, galpones, maquinarias, etc.
Componentes socio-económicos:
Como dijimos con anterioridad la comprensión total del agroecosistema se basa no sólo en
conocer las interacciones ecológicas que operan en él, sino también las que se producen entre
éstas y los componentes socioeconómicos que el hombre ubica en el eje de la actividad agrícola.
El componente socioeconómico es de gran complejidad y dinámica, incluye desde las relaciones laborales en forma predial (mano de obra asalariada, familiar, relación de salarios), el efecto
de otros agroecosistemas con similares o diferentes propósitos, las lógicas y trayectorias productivas, la tecnología, los precios, los mercados (producción, distribución y consumo), la propiedad
o no de la tierra, el acceso a créditos y mercado y hasta la política económica y agrícola en particular. Estos factores o elementos constitutivos de los agroecosistemas pueden influir en los sistemas agrícolas tan decisivamente como una sequía, un ataque de plagas o la disminución de los
nutrientes en el suelo.
De este modo y reforzando lo dicho anteriormente “El resultado de la interacción entre características endógenas, tanto biológicas como ambientales en el predio agrícola y de factores exógenos tanto sociales como económicos, generan la estructura particular del agroecosistema. Por
esta razón, a menudo es necesaria una perspectiva amplia para distinguir la diversidad de agroecosistemas, de manejos y lógicas productivas, no sólo para explicar el funcionamiento o impacto
sobre la sociedad del mismo, sino para realizar un asesoramiento y manejo apropiado.
4.2. Límites y estructura del agroecosistema.
Según el objetivo del estudio de un agroecosistema debemos reconocer o definir sus límites,
lo cual resulta indispensable para definir entradas y salidas del mismo. Una correcta definición
de los límites del sistema, requiere tener considerar los distintos niveles jerárquicos. Un sistema
puede ser subsistema de uno de mayor jerarquía y a su vez contener varios subsistemas. Según
Hart (1985) propone que para cualquier estudio, debe tenerse en cuenta por lo menos tres niveles
jerárquicos: el sistema que nos interesa, el que está por encima o lo contiene y los subsistemas o
componentes del mismo.
Esto cobra particular importancia cuando consideramos el impacto ambiental de la agricultura, ya sea dentro del predio como hacia fuera (erosión, contaminación de aguas abajo, fragmentación de hábitat, etc)
Los agroecosistemas se pueden analizar a una determinada escala espacial: a nivel de cuenca,
región, finca, parcelas, plantas, y a una determinada escala temporal: año/s, estación, ciclo productivo, etapa de cultivo, etc.
La estructura de un sistema puede ser simple o compleja y depende de: número y tipo de
componentes y del arreglo entre los componentes. Un ecosistema puede tener numerosos componentes (estructura compleja), por ejemplo, una selva tropical donde coexisten muchas espe4
cies, o pocos componentes (estructura simple), como un sistema de monocultivo de trigo. El
arreglo entre los componentes determina las interacciones entre ellos: puede ser del tipo competitivo, cuando utilizan los mismos recursos o trófico, cuando uno sirve de alimento a otro, entre
otras.
4.3. Procesos en el agroecosistema
4.3.1. Flujo de energía:
El flujo de energía es uno de los modelos conceptuales que mejor organiza el conocimiento
disponible acerca del funcionamiento de los ecosistemas. El diagrama de flujo de energía establece un puente entre disciplinas al relacionar conceptos físicos tales como las leyes de la termodinámica, con procesos bioquímicos, como la fotosíntesis y la respiración o biológicos como las
interacciones entre especie (Paruelo y Batista, 2003)
La comparación del diagrama de flujo de energía entre los sistemas naturales y los sistemas
manejados por el hombre, permite visualizar las modificaciones en los flujos y los recursos que
se imponen en los agroecosistemas por el manejo humano y con ello comprender las prácticas de
manejo. De la capacidad del hombre para manejar el flujo de energía depende la provisión de
alimentos para la humanidad y la sustentabilidad de los sistemas de producción.
Como se vio anteriormente, los componentes del ecosistema se agrupan según la fuente de
energía que utilizan en: productores, consumidores primarios o herbívoros, consumidores secundarios o carnívoros y descomponedores. Cada uno de esos niveles puede ser representado por un
recipiente de tamaño variable en un diagrama. El sistema es dinámico y el contenido de esos
recipientes cambia de manera continua. El volumen contenido en cada recipiente representa la
cantidad de energía acumulada en la biomasa de ese nivel trófico o bien en la necromasa, en el
caso de ser el recipiente de los descomponedores. Los cambios en la cantidad de energía acumulada dependen de las entradas y salidas (flujos).
En los ecosistemas terrestres en general, la principal entrada de energía es la radiación solar.
La cantidad de radiación incidente varía a lo largo del año y con la latitud. Por ejemplo en Tierra
del Fuego en invierno será sólo 1,5 MJ/m2.día mientras que en Misiones en un día de verano
puede alcanzar los 22 MJ/m2.día.
De la radiación solar incidente, la radiación PAR (fotosintéticamente activa, entre 400-700
nm) constituye menos de la mitad de la radiación incidente. Los productores primarios interceptan parte de esa energía, una parte es reflejada, otra es trasmitida y la restante es absorbida. La
cantidad de radiación interceptada depende fundamentalmente del área foliar y de su disposición
en el espacio (ángulo de inserción de las hojas). De la radiación que absorben las hojas, solo una
pequeña parte, entre el 1% y 2% la radiación incidente PAR, se fija como estructuras orgánicas,
dada la baja eficiencia del aparato fotosintético. La energía no utilizada en el proceso de fotosíntesis se pierde como calor. Buena parte de esa energía se utiliza para la evaporación de agua en
las hojas en el proceso de transpiración.
Los productos de la fotosíntesis constituyen la Productividad Primaria Bruta (PPB). Estos
azúcares podrán ser respirados o utilizados en la síntesis de estructuras o sustancias de reserva
para las plantas. Aquella porción de la PPB que no es respirada y que se acumula como biomasa
es la Productividad Primaria Neta (PPN). La biomasa acumulada en los vegetales queda disponible para los niveles tróficos superiores.
Dentro de cada nivel trófico habrá salida de energía como calor (o respiración). Sin embargo
en el paso de un nivel trófico a otro cerca del 10% de la Productividad Neta de un nivel trófico
pasa al nivel superior ya que no todo lo producido por un nivel trófico es consumido por el nivel
superior, no todo lo consumido es asimilado y no todo lo asimilado es transformado en productividad.
En la Figura 1 se representa el flujo de energía en el período de un cultivo de maíz. Puede observarse la magnitud de las pérdidas de radiación, tanto en el paso de la absorción como en el de
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producción primaria. Las pérdidas de radiación, corresponden a todo el período de barbecho (sin
cultivo) y a los períodos de crecimiento y senescencia en que el cultivo no llega a absorber toda
la radiación incidente. Luego hay pérdidas de energía por respiración y transpiración del cultivo.
Es notable la pequeña proporción de energía obtenida en el grano en relación con la radiación
PAR incidente (1,8%) o sería 0,9% si se tomara toda la energía incidente. También debe resaltarse la pequeña relación entre los subsidios de energía en comparación con los ingresos de energía
solar (85 vs. 25500 Giga Joules.ha-1.año-1), pero al mismo tiempo ese pequeño subsidio transforma un sistema natural en uno que produce granos. Por otro lado el subsidio no es pequeño en
relación a lo que se obtiene por la cosecha (85 vs. 470 Giga Joules.ha-1.año-1) (Oesterheld, 2008)
Fig. 1. Flujo de energía en Giga Joules. Ha -1.año-1 en un cultivo de maíz en Balcarce (provincia de
Bs.As) . Las flechas corresponden a los siguientes flujos: a) radiación fotosintéticamente activa incidente,
b) radiación reflejada y trasmitida, c) radiación absorbida, d) pérdida de calor, e) PPB, f) respiración, g)
PPN, h) consumo por herbívoros. Las válvulas representan a la acción de las variables de control. El flujo
se ha simplificado y no incluye otros niveles tróficos. (extraída de Oesterheld, 2008)
En un agroecosistema, el manejo procura conducir la energía solar hacia la obtención de ciertos productos vegetales o animales. Las intervenciones del hombre en el agroecosistema requieren de energía que se aplica en forma de subsidio para el manejo de la radiación solar. De este
modo, el hombre, puede en primera instancia regular la intercepción de la radiación solar incidente por el manejo de canopia, área foliar o cobertura vegetal (recordemos que la luz, como
fotón, es un recurso de vital importancia, por tanto fotón no interceptado es fotón perdido). En
segunda instancia, se puede, a través de la aplicación de subsidios de energía como pueden ser el
riego y la aplicación de fertilizantes, mejorar la eficacia fotosintética de sistema y por ello disponer de mayor energía acumulada en la biomasa vegetal que puede ser traducida en mayor cosecha. Así y en forma conceptual, el componente “productores primarios” del agroecosistema
aumenta su tamaño.
En definitiva nosotros como agrónomos hacemos uso de diferentes formas de energía auxiliar
(mano de obra, química, combustibles) para componer y dinamizar nuestro agroecosistema hacia
objetivos de producción. Así surgen diferentes fases del flujo de energía que deben ser regulados
y con un tipo de subsidio a aplicar. La PPN acumulada en el compartimento de los productores
primarios, puede repartirse de distintas formas entre los individuos de la comunidad vegetal. Las
relaciones de competencia determinan en buena medida esa partición de la biomasa. En el caso
de los agroecosistemas, el hombre aplica subsidios energéticos para regular la competencia interespecífica con la aplicación de herbicidas, desmalezado mecánico o manual y también, regula la
competencia intraespecífica a través de la densidad de plantas de cultivo y manejo de la canopia.
Por último otra forma de optimizar el flujo de energía a cosecha es mejorar el índice de cosecha
o la fracción de la PPN cosechable.
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En esta línea de razonamiento, la aplicación de insecticidas y fungicidas reduce el flujo de la
PPN del cultivo hacia los insectos y hongos plagas (consumidores primarios) y se trata de no
afectar la porción del flujo que va de los insectos a los enemigos naturales (consumidores secundarios) de esas plagas.
En el caso de un agroecosistema ganadero se trata de reducir la proporción de la PPN que no
utilizan los herbívoros mediante el mantenimiento de cargas relativamente altas (aumentando la
fracción consumida), de reducir la proporción de energía consumida que no es asimilada, mediante la utilización de forrajes de alta digestibilidad (aumentando la fracción asimilada) y de
reducir la respiración de los herbívoros a través de la provisión de sombra, abrigo y disminución
del movimiento de los animales. En estos sistemas también se controlan parásitos y enfermedades (consumidores secundarios) del ganado apuntando a disminuir la energía metabolizada de
las que se alimentan estos. Todas estas medidas tendientes a aumentar la Productividad Secundaria o de los herbívoros.
Sin embargo, es útil recordar que medidas tendientes a maximizar el flujo de energía en un
sentido, puede tener efectos no deseados en otro. Por ejemplo al tratar de aumentar la fracción
cosechada de un cultivo, disminuyendo la cantidad de rastrojo, conduce a una reducción de la
biomasa que se acumula en el sistema (Productividad Neta del Ecosistema), reduciendo el aporte
de materia orgánica al suelo, afectando al compartimento descomponedores, el ciclado de nutrientes y la estructura del suelo.
4.3.2. Ciclos de los materiales:
Los materiales que forman la materia orgánica proceden del ambiente, donde están como moléculas inorgánicas. Los autótrofos los incorporan a la materia orgánica mediante el proceso de
fotosíntesis y por absorción de nutrientes. Los materiales circulan como compuestos orgánicos a
través de los seres vivos siguiendo las mismas rutas de la energía y vuelven de nuevo al ambiente
como sustancias inorgánicas cuando los organismos descomponedores usan la materia orgánica
como combustible para cubrir sus necesidades de mantenimiento y crecimiento (respiración).
Estos materiales inorgánicos pueden ser incorporados de nuevo a la materia orgánica por los
autótrofos. A diferencia de la energía, que fluye a través del ecosistema, desde una fuente (luz
solar) hasta un sumidero (biomasa/ respiración) hasta la atmósfera, los materiales pueden circular indefinidamente entre el medio y los seres vivos.
Los materiales inorgánicos se dividen según su lugar de residencia en el medio abiótico: atmosféricos (C, N, O) y sedimentarios cuando forman parte de las rocas o están en el suelo (P, K,
Ca, Mg, Na, S, etc.).
Al contrario de lo que ocurre en los ecosistemas naturales, en los cultivos el reciclado de materiales es escaso y con baja dinámica, siendo la vía principal auxiliar de ingreso los abonos y
fertilizantes y de exportación o salida por la cosecha y la erosión del suelo Hay una constante
pérdida de materiales con la exportación por las cosechas, que obliga a una asistencia permanente (el abonado con fertilizantes orgánicos o inorgánicos que repone los materiales exportados
o perdidos) para hacer posible una producción continua.
En la actualidad la pérdida de suelos agrícolas por erosión hídrica y eólica es un grave problema, se estima que se pierden anualmente entre 13 y 40 tn/ha.año de suelos agrícolas, mientras
que en los suelos no destinados a la agricultura este valor se reduce a 0,01 y 2 tn/ha.año. (Pimentel y Kounang, 1998).
Tabla 2: Entradas y salidas de materiales en un sistema agrícola
Liberación del suelo; Fijación atmosférica; Lluvia o agua; Fertilizantes; Estiércoles de los
Entradas
animales
Cosechas (vegetal o animal); Lixiviación; Desnitrificación y volatilización; Erosión; Quema
Salidas
o exportación de rastrojos- Eliminación de la cubierta vegetal; Escorrentía.
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Los materiales que principalmente se agregan a los cultivos son N y P. Los fertilizantes inorgánicos proceden de rocas fosfatadas en el caso del P y de la atmósfera en el caso del N, de
donde es fijado industrialmente con el método Haber y transformado en amoníaco. La fijación
industrial del N atmosférico requiere mucha energía, entre 12.300 y 18.300 kcal por kg. de N
(Fluck & Baird, 1980) que proviene de combustibles fósiles.
Los fertilizantes inorgánicos son solubles y pasan directamente a la solución del suelo, donde
están inmediatamente disponibles para las plantas. Si no son absorbidos, se lixivian (nitratos) o
se inmovilizan (fósforo).Las salidas de nitrato del ecosistema van a acuíferos y ecosistemas
acuáticos, contaminando el agua. Los fertilizantes orgánicos como estiércol, compost y residuos
de cosecha, entre otros, no proporcionan inmediatamente N y P a la solución del suelo, ya que
primero debe descomponerse la materia orgánica, por lo que la liberación paulatina hace más
difícil la pérdida de N o la inmovilización del P. Estos abonos orgánicos, mejoran además la
estructura del suelo con sus beneficios correspondientes en permeabilidad y aireación.
En la figura 2 se esquematiza la circulación del N y P en los cultivos
Fig. 2. Circulación de N y P en los agroecosistemas. Flechas negras: N y P como materia orgánica. Flechas grises: N y P inorgánico. Flechas blancas: P inorgánico. Flechas rayadas: N inorgánico (extraído de
Fernández Ales y Leiva Morales, 2003)
4.3.3. Sucesión en el agroecosistema:
Las especies que componen el ecosistema cambian con los años, por lo que los ecosistemas
no son estáticos y la sucesión de especies culmina en un ecosistema estable llamado clímax. En
el clímax, la productividad neta del ecosistema es generalmente cercana a 0, es decir que la fotosíntesis es similar a la respiración.
En el caso de los agroecosistemas, el productor a través de un disturbio (labranzas) elimina la
vegetación existente en un lugar, dejando a disposición recursos para ser ocupados principalmente por el o los cultivos seleccionados En la Figura 3 se esquematiza la sucesión de un ecosistema
interrumpida por el establecimiento de un cultivo.
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Esquema de sucesión en un ecosistema
natural desde etapas temprana a tardías.
Interrupción de la sucesión natural
por un disturbio (desmonte)
Esquema de poblaciones
en un agroecosistema
Mantenimiento del agroecosistema en etapas
tempranas mediante disturbios (Labranzas - Herbicidas)
Fig. 3. Interrupción de la sucesión natural con la implantación de un cultivo.
El manejo humano mantiene a los agroecosistemas en etapas sucesionales tempranas, que
son las de mayor productividad neta del ecosistema. Sin embargo, los agroecosistemas, como
todos los ecosistemas, tienen una tendencia hacia la complejidad y hacia la madurez. . Como
consecuencia de esto, espontáneamente aparecen otros componentes del sistema que no fueron
sembrados (“malezas”) y ocupan recursos disponibles.
El mantenimiento del estado juvenil de nuestro agroecosistema debe ser hecho a costa de invertir energía en forma de trabajo o herbicidas para revertir esta tendencia natural hacia la complejidad. Mientras más alejado esté nuestro sistema del sistema maduro de nuestra zona, mayor
será la cantidad de energía que tendremos que invertir para mantenerlo en ese estado Por ejemplo, no es lo mismo mantener una pastura polifítica en la Pampa Húmeda cuya formación climáxica es el pastizal, que mantener la producción de tomate en Mendoza cuya formación climáxica es una estepa arbustiva del desierto. En este último caso se requieren más subsidios de
energía.
La baja diversidad de especies en relación a la alta disponibilidad de recursos determina que
en los agroecosistemas la utilización de recursos es ineficiente. En algunos casos los recursos
son utilizados por otras especies (“malezas”) o se pierden o salen del sistema (caso nitratos). Se
ha demostrado que los sistemas más diversos aprovechan mejor los recursos y tienen mayor productividad que los sistemas menos diversos (Hector, 1999).
4.3.4. Procesos de regulación biótica
Las interacciones entre especies condicionan la cantidad de energía que fluye por las distintas
rutas de la red trófica. Las especies de un mismo nivel trófico compiten por el alimento, de tal
manera que la más competitiva consume más recurso y por allí fluirá más energía que por la ruta
que parte de sus competidores. Como consecuencia si modificamos la abundancia de una población en una red trófica esto va a repercutir en sus presas, competidores y predadores, lo que a su
vez afectará a presas, competidores y predadores de éstos.
La agricultura consiste básicamente en manipular las redes tróficas de los ecosistemas para
desviar la mayor parte de la energía hacia las poblaciones humanas y con ello, no solamente
afecta a las poblaciones que le interesan sino a todas.
El hombre utiliza métodos diversos para controlar las plagas (malezas, insectos, enfermedades) de los cultivos, ya sea métodos químicos, mecánicos, biológicos, culturales y preventivos,
con efectos muy diversos sobre los agroecosistemas y los ecosistemas naturales circundantes.
Los métodos poco específicos, afectan no solamente a las especies que se pretenden erradicar,
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sino también a organismos de niveles tróficos superiores (parásitos y predadores), lo que a largo
plazo contribuye a incrementar las poblaciones de plagas, al carecer de especies que las consuman. Además, el uso de plaguicidas y herbicidas poco degradables puede dar lugar a fenómenos
de bioacumulación en las cadenas tróficas de ecosistemas naturales adyacentes y pueden afectar
también al hombre. Los métodos biológicos tampoco están exentos de efectos ambientales negativos, ya que si se introducen enemigos exóticos de las plagas, estos pueden escapar a ecosistemas naturales circundantes e integrarse en sus cadenas tróficas, con efectos imprevisibles.
La lucha integrada de plagas, la cual consiste en el uso combinado de varios métodos de control con el menor impacto posible sobre el medio ambiente, requiere un buen conocimiento de la
ecología de la especie a combatir, así como de las condiciones ambientales y la estructura de las
cadenas tróficas de los agroecosistemas, sumado a que debe ser compatible con las prácticas de
manejo encaminadas a obtener una aceptable producción del agroecosistema.
5. Diversidad en el agroecosistema.
Este concepto se relaciona con las características estructurales de la comunidad biótica del
ecosistema, como la riqueza de especies que la forman y la forma que se distribuyen los recursos disponibles entre ellos (equitatividad)
La diversidad de una comunidad es entonces la riqueza de especies afectada por la equitatividad entre ellas. La abundancia relativa de las especies se puede medir como biomasa, cobertura
o número de individuos (esto último en el caso que estos tengan tamaño similar).
Asimismo, la diversidad puede considerarse desde distintas dimensiones: genética (variabilidad en los genes: variedades, híbridos, clones), de especies, funcional (procesos de fijación biológica, ciclaje de nutrientes, descomposición de la materia orgánica, polinización, etc.), temporal
(grado de heterogeneidad en el tiempo: rotaciones, ciclos diferentes) y espacial (distintos cultivos, cortinas forestales, cercos vivos).
Por último, según la escala espacial considerada, la diversidad puede ser clasificada en:
Diversidad alfa: es la diversidad en cada parcela de la explotación: un maizal, un pastizal, un
viñedo. La diversidad alfa en general es baja en los cultivos muy subsidiados (fertilizantes, labranzas, herbicidas, plaguicidas). En el caso de los pastizales es muy variable, dependiendo de la
carga ganadera y del manejo.
Diversidad beta: es la diversidad de parcelas que forman una explotación. Una explotación
agrícola será muy diversa si tiene muchas parcelas pequeñas de diferentes cultivos o combina
agricultura con ganadería y por el contrario, será poco diversa si es un monocultivo.
Diversidad gama: es la diversidad de paisaje, zonas productoras de determinados cultivos.
La agricultura moderna se caracteriza por su uniformidad a nivel genético y específico (ej:
híbridos simples de maíz), a nivel de parcela (toda la parcela sembrada con la misma especie, sin
malezas o vegetación espontánea), a nivel finca (grandes superficies con unos pocos cultivos) y a
nivel región (zonas productoras de determinados cultivos, por ejemplo: caña de azúcar, soja) lo
que se traduce también en uniformidad del paisaje.
Se puede establecer una relación entre la diversidad en los agroecosistemas y la estabilidad
productiva. Por ejemplo la producción de un cultivo de una única variedad de una única especie
es más susceptible a variaciones ambientales y a ataque de plagas y enfermedades que un policultivo. Esto se debe a que en sistemas con más componentes (de estructura más compleja), el
disturbio externo tiene más oportunidades de ser canalizado y disipado, que en sistemas simples
con menos componentes (de estructura simple) (Viglizzo, 1994).
Se debe destacar la importancia de reconocer la diversidad funcional más que la simple suma
de especies diferentes, es decir tener especies que cumplan los distintos roles o funciones en el
agroecosistema por ejemplo: polinización, descomposición de la materia orgánica, albergue de
enemigos naturales, consumo de biomasa vegetal, etc. Por lo tanto es fundamental identificar
aquellos componentes claves de la biodiversidad en los agroecosistemas, responsables del man10
tenimiento de los procesos naturales y ciclos, y a su vez, monitorear y evaluar los efectos de las
diferentes prácticas y tecnologías agrícolas sobre esos componentes.
6. Sistemas productivos y capacidad de carga de los agroecosistemas:
Esquemáticamente se podrían resumir los 4 sistemas productivos más comunes en agricultura de acuerdo a la Fig. 4.
Cosecha
Cosecha
Animal
Humano
Humano
Pastura
Cosecha
Animal
Pastura
Animal
Humano
Humano
Sin embargo, la capacidad de carga de los agroecosistemas varía para los diferentes sistemas
productivos de acuerdo a lo siguiente:
Capacidad de carga de los agroecosistemas: es el número máximo de animales o de personas que puede soportar la productividad primaria neta de un área en forma sustentable o durante
tiempos prolongados. Podemos entender la capacidad de carga para una especie en un agroecosistema K= capacidad de carga (animal/ha, personas/ha)
P= producción neta (kg biomasa/ha.año)
K= P. Kc. Kd. EB.
Kc= fracción consumida
ER
Kd= fracción digerida
EB= energía bruta del alimento (MJ/kg)
ER= energía requerida anual por animal (MJ/animal)
La capacidad de carga de un agroecosistema varía según el sistema productivo aplicado, así la
capacidad de carga del sistema forraje – herbívoro – hombre es diferente de la del sistema cereales – hombre. Para comprobar esto podemos calcular la capacidad de carga para una parcela de la
siguiente forma:
FORRAJE – HERBIVORO-HOMBRE
Forraje Animal (P)
15.000 kg/ha
Energía Forraje (EB)
17 MJ/kg
Energía Total Bruta
255 GJ/ha
Kc=0,7; Kd=0,7
0,5 eficiencia
forrajeable
Energía Neta
ER (de 1 animal)
125 GJ/ha
125:83
1,5 animales = 9.225 kg leche, equivalen a 28 GJ/ha
(11% Energía total, 22% Energía Forrajeable)
28 GJ: 3,8GJ/persona.año
7,4 personas/ha
Proteína en 9225 kg de leche
314 kg.proteína
314:18,2kg.proteína.persona
17,2 personas/ha
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SISTEMA CEREALES – HOMBRE
Trigo
15.000 kg/ha
Indice de Cosecha (0,4)
6000 kg/ha
Energía Forraje (EB)
17 MJ/kg
Energía Total Bruta
102 GJ/ha
Kc=0,8; Kd=0,85
0,68 eficiencia alimentación
Energía neta
ER (1 persona)(=329
kg/año)
= 69 GJ/ha
3,8 GJ/ persona.ha.año
69 GJ/ha : 3,8 GJ/persona
18 personas/ha.
Proteína
25 personas/ha.
La capacidad de carga de un sistema cereales- hombre es mayor que en el sistema forrajeherbívoro-hombre. Esto se debe a que este último sistema es menos eficiente en términos energéticos, ya que las pérdidas de energía son mayores cuanto más larga es la cadena trófica aplicada.
7. Propiedades de los agroecosistemas.
Los agroecosistemas presentan propiedades particulares, ya que comparten propiedadeso atributos tanto de los sistemas ecológicos como de los sistemas económicos.
Pueden ser consideradas como atributos de los agroecosistemas:
Atributos ecológicos
Productividad - Producción
Estabilidad (variación, persistencia)
Resiliencia y resistencia
Sustentabilidad
Atributos sociales
Equidad
Autonomía
Suficiencia
7.1. Biomasa, Productividad y Producción.
- Biomasa: Se la define como la cantidad de materia seca por unidad de área que existe en un
momento determinado en un ecosistema. Ej. 10000 kg./ha. La misma es una determinación instantánea, que no considera el tiempo. Por lo tanto, la medida de la biomasa de un determinado
ecosistema no es comparable con la de otros ecosistemas
- Productividad Primaria Neta: Es la cantidad de materia seca vegetal por unidad de área y
de tiempo producida por un ecosistema determinado. Ej. 10000 kg MS vegetal. /ha. Año
- Productividad Secundaria: Es la cantidad de materia seca animal por unidad de área y de
tiempo producida por un ecosistema determinado. Ej. 1000 kg carne. /ha. Año
- Producción: Quizás sea, el atributo más importante de los agroecosistemas. A los fines agrícolas se la define como el rendimiento (cantidad) de un producto útil por unidad de superficie
y tiempo (Loomis and Connors, 1992). También mide la eficiencia del uso de los insumos utilizados en esa explotación. Otros autores (Conway 1987) la definen como el producto obtenido
por unidad de recurso insumido.
La producción o rendimiento de un agroecosistema es la proporción de la productividad primaria o secundaria de un predio de interés económico para el productor. Por lo tanto es la productividad afectada por el Índice de Cosecha (IC).
La producción vegetal de un área determinada en un tiempo dado se puede expresar por:
Producción = Q. IT. EF. IC
Q = radiación fotosintéticamente activa; IT = Intercepción de luz por el cultivo; EF = Eficiencia
fotosintética del cultivo; IC = Índice de Cosecha
7.2. Estabilidad:
Marteen (1988) usó el término estabilidad para medir el grado de variación de los rendimientos por cualquier factor perturbador (clima, enfermedad, mercado etc.) Aquellos sistemas agrícolas que muestran menores fluctuaciones y/o retornan más rápido al equilibrio luego del disturbio son los más estables.
Los principales factores que hacen fluctuar los sistemas agrícolas son los climáticos y los
económicos (heladas, granizo, precio, crédito).
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Eliminado: o animal
Con formato: Fuente: Cursiva
Con formato: Fuente:
Negrita, Cursiva
Agroecosistema con trayectoria inestable
P
Agroecosistema con trayectoria estable
P
T
T
P= producción. T= tiempo
Fig. 5. Trayectoria del atributo estabilidad en dos agroecosistemas, uno inestable y otro estable.
7.3. Resiliencia y resistencia:
La resiliencia desde el punto de vista ecológico es la capacidad que tiene un sistema de volver al estado original luego de un disturbio. Por su parte la resistencia es la capacidad que tiene
un sistema de no cambiar o persistir ante un disturbio. Por ejemplo: con un fuego, un ecosistema
presenta buena resiliencia cuando después del fuego vuelve rápido al estado original y va a ser
resistente si el fuego no lo afecta. En ambos casos hay un umbral donde el sistema pierde la capacidad de recuperación y necesita mucho tiempo o una fuerza externa para recuperarse.
Un ejemplo de agroecosistema donde se ha sobrepasado el umbral de resiliencia es el de las
estepas patagónicas en la provincia de Santa Cruz (Oliva et al., 1995). Allí, el ganado ovino fue
introducido a fines del siglo XIX. El número de cabezas creció hasta un máximo de 7,5 millones
de cabezas en 1937. A partir de esa fecha la población de ovejas ha decrecido en forma continua.
Esto se debió a un proceso de deterioro de la vegetación y los suelos (desertización) provocado
por un mal manejo de los pastizales debido a falta de asesoramiento técnico y aspectos económicos financieros como expectativas de rendimiento, alto precio de la lana, etc. La carga animal
excesiva determinó pérdida de gramíneas y herbáceas, aumento de la proporción de suelo desnudo, aumento de la erosión, aumento de la cobertura de arbustos y plantas de cojín. El resultado
ha sido una disminución irreversible de la capacidad de carga animal de esos pastizales. (Fig. 6)
Fig. 6. a) Máxima carga animal (Equivalente Ovejas/Ha) que alcanzó cada departamento de acuerdo con
los censos ganaderos realizados en la provincia de Santacruz. Debajo de cada carga figura el año en el que
se alcanzó dicha carga. b) Carga animal en EO/Ha. registrada por la encuesta ganadera de 1992. Debajo
de cada carga se indica el porcentaje respecto a la carga máxima (Oliva y col. 1995)
13
7.4. Sustentabilidad:
La idea de sustentabilidad es un concepto surgido décadas pasadas, que a medida que ha ido
pasando el tiempo se ha ido pensado y reformulando. Por ello será desarrollada con mayor exhaustividad en un capítulo aparte, denominado Agricultura Sustentable. No obstante se anticipa
que la idea de sustentabilidad está referida a realizar una actividad productiva manteniendo o
mejorando la misma, ya sea en los aspectos ambientales, sociales o económicos. De este modo la
sustentabilidad ambiental esta orientada a obtener una producción constante o en aumento, manteniendo la calidad y cantidad de recursos naturales puestos en producción: suelo, agua y diversidad. También como para el caso del atributo estabilidad, podemos observar trayectorias sustentables e insustentables.
Agroecosistema con trayectoria sustentable
P
Agroecosistema con trayectoria insustentable
P
T
T
P= producción. T= tiempo
Fig. 7. Trayectoria del atributo sustentabilidad en dos agroecosistemas, uno sustentable y otro insustentable.
Muchos casos de deterioro irreversible (o reversible sólo a costa de importantes aportes de
energía) de los agroecosistemas muestran que muchas formas de manejo agrícola son no sustentables. Las alteraciones como erosión, salinización, extinción de especies, contaminación de
suelo y agua, etc. son ejemplos del deterioro del capital biofísico de los agroecosistemas.
En la Figura 8 se muestra el Índice de Bienestar Económico Sustentable que toma en cuenta
las pérdidas de capital natural. Este índice se usó para corregir el cálculo del Producto Bruto Interno de los EEUU (Constanza y Daly,1992).
Fig. 8. Producto bruto interno de EEUU (GNP entre 1950 y 1985).Variación GNP corregido por un índice
que toma en cuenta el deterioro del capital biofísico (ISEW1). GNP corregido además por el agotamiento
de los recursos naturales renovables (ISEW2). Constanza y Daly (1992).
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La sustentabilidad es un concepto complejo porque implica cumplir con varios objetivos en
forma simultánea que involucran dimensiones ecológicas, sociales y económicas, de este modo
se dan casos en que la mejora en la productividad/producción de una agroecosistema, se realiza
a costa del uso excesivo de unos de los factores puestos en producción, como ser el social o el
ambiental.
Por último y en relación a la idea de sustentabilidad se han realizados variados esfuerzos por
lograr medir lo que es y lo que no es sustentable, así existen en la actualidad diferentes metodologías para la evaluación de la sustentabilidad de los agroecosistemas, las cuales se basan en la
construcción de indicadores y la identificación de los puntos críticos de la sustentabilidad, pero
que dependen en definitiva del objetivo o tipo de pregunta que se busca responder. (Este tema
será desarrollado en capítulo de Evaluación de Agroecosistemas.)
7.5. Equidad
Se refiere a la justicia en la distribución de beneficios dentro de un agroecosistema determinado y entre éste y el resto de la sociedad. Es la paridad de distribución de la productividad del
ecosistema entre las personas que son sus beneficiarios. Puede ser evaluada con respecto a la
distribución de los productos agrícolas o en relación con el grado de acceso a la tierra, a la energía, al crédito o a la información técnica. Esta propiedad está íntimamente relacionada con los
aspectos éticos del uso de los recursos naturales en general y de los que se canalizan a la producción agrícola en particular.
7.6. Autonomía:
Este atributo se refiere al grado de indenpendencia/dependencia que tiene un agroecosistema
con respecto a la sociedad. Así los agricultores de subsistencia tienen alta autonomía (baja utilización de insumos tecnológicos) pero contribuyen muy poco a la economía urbana. Excepto esos
casos, la agricultura tiene muy poca autonomía y depende estrechamente del resto de la sociedad
y de las medidas gubernamentales.
7.7. Suficiencia:
La alimentación es un derecho humano universal y la misma es garantizada por distintos eslabones de la cadena productiva (agricultura, ganadería, pesca e industrias) La agronomía cumple
un papel muy importante en ella, a partir de que debe lograr que la agricultura sea capaz o suficiente de proveer alimentos en cantidad y calidad para la sociedad / humanidad. Este atributo
está muy relacionado con los conceptos de seguridad y soberanía alimentaria. La soberanía alimentaria hace referencia al derecho que disponen las personas de un agroecosistema, localidad,
región, provincia o país, de decidir quién, con qué y con cuanto alimentar a su población (es decir a definir sus políticas agrarias por encima de los intereses comerciales). Por otra parte y relacionado con el anterior, el concepto de seguridad alimentaria hace referencia a la posibilidad
de abastecer de alimentos en forma segura (en cantidad y calidad) a una población. Existen casos
de países como lo es Cuba (a consecuencia del bloqueo en la comercialización que se le ha aplicado a ese país y al hecho de haber tenido previamente una matriz productiva basada en el comodity azúcar) o Venezuela (que no disponía de mucho de desarrollo agrícola e industrial y se
abastecía de mercancías alimenticias compradas en un mercado internacional mediante el dinero
obtenido por petróleo) han pasado por momentos de falta de soberanía y de inseguridad alimentaria, lo cual los llevo a trabajar sobre estos dos conceptos y a desarrollar y modificar sus matrices productivas para garantizar el acceso a la alimentación a los integrantes de sus pueblos.
8. Diversidad y riesgo en agricultura.
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La persistencia de los cultivos en un sistema agrícola depende de razones muy distintas a las
que operan en ecosistemas naturales. Mientras un cultivo no tenga graves problemas de enfermedades y sea rentable, los agricultores seguirán cultivándolo y persistirá en el agroecosistema,
aún quizas a pesar del aumento de los insumos necesarios.
A medida que aumenta la rentabilidad de un cultivo el productor está dispuesto a aceptar mayores riesgos. Por ejemplo: almendros en Mendoza y el riesgo de helada o el cultivo de frutales
y el riesgo de granizo. En el caso de enfermedades puede suceder que una determinada plaga o
enfermedad elimine un cultivo de una gran región (Ej. papa en Irlanda ó remolacha azucarera en
Mendoza). Ese cultivo puede resurgir luego al obtenerse variedades resistentes o productos que
controlen la enfermedad.
8.1. Diversidad y riesgo creciente.
En general, los productores eligen entre los cultivos posibles de una región, a aquel que consideran el más seguro y rentable. En algunos casos surge la pregunta de si aumentando el número
de cultivos dentro de una finca no se disminuye el riesgo de la explotación total.
La seguridad debe ser definida en términos económicos y también climáticos y sanitarios.
En general, al aumentar el número de otros cultivos, aumenta el riesgo si lo comparamos con
el cultivo de menor riesgo. Consideremos un caso sencillo donde la rentabilidad de tres cultivos
es la misma pero la vulnerabilidad climática es creciente para el cultivo 1, 2 y 3. Si la probabilidad de fracaso para el primer cultivo es 0,1, para el segundo es 0,2 y para el tercero es 0,3, el
riesgo medio (R) de la explotación con 1/3 de la superficie plantada con cada cultivo será:
R = 0.33 (0,1 + 0,2 + 0,3) = 0,2
Este valor de 0,2 es el doble del correspondiente al cultivo más seguro. Una visión favorable
sería considerar qué sucede cuando un desastre elimina sólo al más seguro, pero esto pone en
duda que la elección como más segura haya sido hecha adecuadamente El problema real del
tema es que los productores rara vez tienen información perfecta sobre los factores de riesgo de
los distintos cultivos.
8.2. Diversidad y reducción de riesgos
A pesar de lo dicho anteriormente, en otros casos la diversidad puede ser necesaria para reducir los riesgos. Por ejemplo, en grandes explotaciones el tiempo de siembra de un cultivo es limitado y el hecho de cultivar varias especies optimiza el uso de maquinaria y mano de obra. Otra
forma de disminuir riesgos aumentando la diversidad es a través de la rotación de cultivos lo cual
disminuye el efecto de plagas, enfermedades y malezas. Además, la diversidad de cultivos es
una forma de sustentabilidad en situaciones económicas con precios muy variables y esa es la
razón por la cual en horticultura muchas veces existen pequeñas parcelas con varias especies
que permiten compensar precios bajos con otros remunerativos.
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