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 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 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 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 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 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 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 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 >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 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 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 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 >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 Fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México 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