Buenas
prácticas
ADOPCIÓN
DE INNOVACIONES TECNOLÓGICAS PARA LA AGRICULTURA DE CONSERVACIÓN EN EL CULTIVO
DEL ARROZ EN CUBA
ADOPTION OF TECHNOLOGICAL INNOVATIONS FOR CONSERVATION AGRICULTURE IN
RICE CULTIVATION IN CUBA
Calixto Domínguez Vento I https://orcid.org/0000-0002-2112-5801
Alexander Miranda Caballero II https://orcid.org/0000-0002-4109-6868
Augusto Guilherme de Araújo III
https://orcid.org/0000-0001-5307-7472
Guillermo Díaz López IV https://orcid.org/0000-0001-9875-0317
Amaury Rodríguez-Gonzáles V
https://orcid.org/0000-0002-1817-1436
I Instituto de
Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Pinar del Río, Cuba
II Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas, Mayabeque, Cuba
III Instituto
Agronómico de Paraná, Paraná, Brasil
IV Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas, Unidad Científico Tecnológica de Base Los
Palacios, Pinar del Río, Cuba
V Instituto de
Investigaciones de Ingeniería Agrícola, La Habana, Cuba
*Autor para dirigir correspondencia: alex@inca.edu.cu
Clasificación JEL: 01, 02, 03
Recibido: 24/03/2021
Aceptado: 20/05/2021
Resumen
La agricultura cubana para lograr la sostenibilidad de los sistemas agrícolas, necesita
iniciar
un proceso de transición hacia prácticas de agricultura de conservación; lo que
implica un cambio en los sistemas de producción y las
tecnologías que emplean. Se requiere
maquinaria específicamente diseñada, capaz de operar en suelo no labrado y con
restos de cosechas o plantas de cobertura en distintas formas y situaciones.
En este artículo, se presenta una revisión de las principales innovaciones a
realizar en la maquinaria agrícola a
utilizar en un sistema de agricultura de conservación en agroecosistemas
arroceros.
Palabras clave: Ingeniería agrícola, mecanización agrícola, adopción de tecnología,
cambio tecnológico
Abstract
Cuban agriculture,
to achieve the sustainability of agricultural systems, needs to initiate a
transition process towards conservation agriculture practices; which implies a
change in production systems and the technologies they use. Specifically
designed machinery is required, capable of operating in untilled soil and with
crop residues or cover plants in different forms and situations. In this
article, a review of the main innovations to be made in agricultural machinery
to be used in a conservation agriculture system in rice agroecosystems is
presented.
Keywords: Agricultural
engineering, agricultural mechanization, technology adoption, technological
change
Introducción
En el sector agropecuario cubano, tanto en el modelo agrario convencional
como en el actual modelo agrario encaminado hacia la sostenibilidad sobre bases
agroecológicas, la gestión de la tecnología y la innovación asume la
incorporación de resultados científico técnicos en calidad de componente básico
para garantizar la seguridad alimentaria del país y el desarrollo sostenible1.
Cuba necesita importar más de 400.000 toneladas de arroz al
año, por lo que se lleva a cabo un fuerte programa
inversionista con el propósito de sustituir las importaciones y garantizar antes de 2030 una
producción nacional de al menos el 85 % de las 700.000
toneladas de arroz que
consume el país anualmente.2
Sin embargo, los rendimientos que se obtienen como
promedio en los últimos 25 años no superan las 3,75 t/ha y predomina el sistema
de producción tradicional en la mayoría de las áreas donde se cultiva arroz,3
el cual exige de un alto grado de mecanización (cultivo especializado),
condicionado por las diferentes tecnologías de siembra que se utilizan y las
extensiones que se destinan para su explotación. Una novedosa experiencia se
tiene en la introducción de tecnología de trasplante mecanizado de arroz con
trasplantadora autopropulsada para garantizar la producción de semillas de
nuevos cultivares de arroz4.
Este sistema se caracteriza por el uso de la grada de
discos como herramienta fundamental para la labranza en seco y el empleo de
ruedas y rodillos fangueadores en el caso de campos inundados,
lo que contribuye a la degradación de los suelos e implica un elevado consumo
de agua.5,6
Además, requiere de mucho tiempo, grandes costos energéticos, económicos y
ambientales,7,8,9 por lo que preservar la calidad del
suelo y aumentar la disponibilidad de agua del suelo es un desafío importante
para sustituir las importaciones y garantizar la alimentación de la población
cubana.
En virtud de ello, el grado de adopción de las
innovaciones promisorias por parte de la matriz institucional, se manifiesta en
el desempeño del ciclo de la sostenibilidad alimentaria en Cuba; con especial
trascendencia en la sustitución de importaciones, además del aprovechamiento de
los recursos naturales y energéticos.10,11
En Cuba, recientemente fue adoptada como política del
país una hoja de ruta para la transición hacia prácticas de Agricultura de Conservación
(AC)12, utilizada con buenos resultados en aproximadamente 180 millones de hectáreas en todo el mundo 13
y reconocida como un sistema de cultivo eficaz
para que los productores se adapten a los escenarios futuros de cambio
climático.14,15 Sin embargo, requiere maquinaria especializada.16
Aplicando los conceptos de la de la AC al cultivo del
arroz, los cambios más marcados resultan de los principios fundamentales de la
AC: la labranza cero, que incluye el fangueo cero, la cobertura permanente de
la superficie y la rotación de cultivos.17 En estas condiciones, se
utiliza maquinaria convencional, pero adaptada con componentes destinados
a la AC o maquinaria específicamente
diseñada para la AC, ambas capaces de operar con restos de cosechas o plantas
de cobertura en distintas situaciones.
Sin embargo, las decisiones incorrectas tomadas con
respecto a la compra de maquinaria agrícola, teniendo en cuenta exclusivamente
efectos económicos, pueden tener efectos medioambientales desfavorables.18
Esto puede provocar un aumento de la contaminación del medio ambiente, un gran
consumo de portadores energéticos, degradación del suelo, compactación del
suelo, un mayor consumo de fertilizantes y productos fitosanitarios.19
Como en Cuba, no existe experiencia suficiente de la
maquinaria agrícola a utilizar en un sistema de AC y sus requerimientos
técnicos, el objetivo de este artículo consiste en recopilar la información que
existe sobre la mecanización agrícola para realizar
la AC en agroecosistemas arroceros, lo que puede convertirse en buenas
prácticas a seguir en el contexto actual.
Desarrollo
La agricultura de conservación representa un cambio en la gestión del
suelo, en el diseño y la gestión del sistema de cultivo, que a su vez implican
innovaciones en las operaciones de campo requeridas, la combinación de las
tecnologías predominantes y los medios mecanizados
adecuados20. Como funciones de la gestión tecnológica se encuentran:
la identificación, evaluación y selección de la tecnología, la desagregación de
paquetes tecnológicos, la negociación de la tecnología, la construcción y
puesta en marcha de plantas industriales, el uso y asimilación de la tecnología
y la generación y comercialización de nuevas tecnologías y entres estas
funciones una adecuada transferencia de tecnología es vital21.
El cambio más significativo es en la preparación de
suelo y las prácticas de siembra. El uso de la labranza como una operación
periódica estándar se elimina completamente en un sistema de AC y se mantiene
solo para tareas muy específicas, como descompactar el suelo o nivelar la
superficie del campo.22 Se reemplazan herramientas tradicionales de
trabajo como el arado, gradas y ruedas fangueadoras, por asperjadoras, cuchillos rotativos y sembradoras
directas capaces de cortar rastrojos y raíces, y remover una línea de siembra
para dejar la semilla adecuadamente ubicada en el suelo. También significa una
gestión eficaz del cambio tecnológico23.
Cambios en la
mecanización y las operaciones de campo
Luego de introducidos los principios básicos de la AC,
no se realiza más preparación del suelo y antes de la siembra habitualmente se
hace el manejo de las coberturas vegetales por método químico, mecánico o una
combinación de ambos. El manejo químico emplea la pulverización (aplicación de
herbicida) para el control de la flora adventicia y la siega química de las
cubiertas vivas, y el mecánico utiliza equipos de corte con cuchillas
(segadoras, cortadoras o rollo cuchillo) para aplastamiento y corte parcial o total del
material vegetal.24
Los diques (taipas) son conservados de años anteriores
y, eventualmente, reparados algunos de ellos si fuera necesario. A diferencia
de los diques tradicionales, estos deben construirse más anchos, más bajos y
con una sección más suave, para facilitar el tránsito por ellos, tanto para la
siembra como para la cosecha. Ocasionalmente, también puede ser necesario
rectificar la nivelación, realizar una subsolación
o labor de escarificado.26
Manejo de la
cobertura y gestión del suelo
La retención de residuos de cultivos es uno de los
tres componentes clave de la AC, ya que brinda protección al suelo,
conservación del agua y contribuye al mantenimiento de la materia orgánica y la
salud del suelo. Sin embargo, debe manejarse de forma adecuada para lograr una
siembra eficaz y controlar las plagas y tiene varias implicaciones para la
elección de la maquinaria.21
El manejo de residuos comienza en la cosecha y
continúa hasta la siembra del cultivo siguiente. La forma óptima de gestionar
los residuos de cultivos variará de una región a otra y se requiere un enfoque
de sistemas que tenga en cuenta la rotación de cultivos, el estado de los
residuos (por ejemplo, tipo, edad, seco o húmedo), cantidades de residuos,
riesgo de enfermedades, los posibles efectos alelopáticos, espectro de malezas
/ herbicidas y maquinaria disponible.21
Maquinaria para el
manejo mecánico de la cobertura
El método de manejo de la cobertura del suelo depende del tipo de material
vegetal utilizado y ha de ir encaminado a lograr la máxima persistencia
temporal del resto vegetal en la superficie del suelo. Además, cuando se
emplea el riego superficial en terraza como es el caso del arroz, hay que
evitar, que los rastrojos se desplacen con el flujo de agua o que lo obstruyan.
Para esto, es aconsejable dejar los rastrojos en trozos grandes y evitar un
corte muy pegado al suelo.17
El manejo de los residuos de cultivos dentro del
sistema agrícola tiene tres etapas fundamentales: (1) cosecha, (2) poscosecha y
(3) siembra. Cada etapa se puede gestionar de forma aislada, aunque, para
obtener los máximos beneficios, se requiere un enfoque integrado desde la
cosecha hasta la siembra del cultivo.25
1.
Manejo de cosecha
En el caso de residuos de cultivos productores de granos, el manejo de los
restos culturales comienza en el momento de la cosecha, cortando
a la altura adecuada y esparciendo los residuos lo más uniformemente posible en
el área cosechada.25-27
A medida que los frentes de corte de las cosechadoras
se ensanchan, resulta más difícil lograr una distribución uniforme de los
residuos. Igualmente, cuando se reduce la altura
de corte a menos de 20 cm, pasa más material por la cosechadora que es
necesario esparcir, con lo que aumentan los costos de cosecha y se disminuye la
uniformidad de la distribución del residuo, lo que a su vez puede crear
problemas en la siembra.25
Los frentes “stripper” son cada vez más populares en
países como Australia, vinculados a un enfoque reciente que consiste en cortar
el residuo relativamente alto (30 cm) para aumentar la cantidad de rastrojo
anclado, reduciendo así la cantidad de residuo sueltos que se encuentra en el
suelo, y luego realizar una siembra de alta precisión guiada por GPS para
colocar la nueva hilera de cultivo entre las hileras de residuos anteriores.25,28
Por otro lado, el manejo de los residuos está
condicionado por la sembradora que se vaya a utilizar. Para sembradoras de
rejas resulta aconsejable picar los residuos lo máximo posible y esparcir lo
más uniforme posible por todo el ancho de la cosechadora. En
caso de sembradoras de discos dobles, es más apropiado proceder sólo al
esparcido, sin realizar un picado previo.29,30
Para
lograr una distribución uniforme de los residuos sobre todo el campo,
pueden colocarse en la cosechadora distribuidores de paja que no trituran el
material o un aditamento que pique y distribuya
adecuadamente la paja picada.30,31,32 Se recomienda emplear
cosechadoras con esparcidores centrífugos de caucho o metálicos.26,27
No obstante, varios diseños de esparcidores están
disponibles comercialmente con tecnologías mejoradas, incluido el picador /
soplador de máxima velocidad del aire, el esparcidor de disco de paleta única
ajustable y la plataforma trasera de fundición eléctrica detrás del picador.25
2.
Manejo poscosecha
La estrategia de manejo de residuos poscosecha depende
de la cantidad de residuos que quedan en el campo y la cantidad de residuos que
la maquinaria de siembra puede manejar.
Si
la máquina cosechadora no cuenta con elementos para picar y esparcir los
residuos, se debe utilizar un triturador de residuos, que puede montarse en el
enganche de tres puntos del tractor y es accionado por la toma de fuerza,27
tales como, las segadoras y cortadoras. Estos equipos tienen ejes horizontales
o verticales rotativos accionados por la toma de fuerza y en el que se fijan
cuchillos de diferentes tipos para cortar la vegetación. Existen varios modelos
de segadoras y cortadoras con cuchillas basculantes (balancín), doble hoja,
tambor con discos, barras de corte y otras.
Otra
alternativa, muy usada en regiones arrocera de Argentina y Brasil es el cuchillo rotativo ‘‘rodillo
de cuchillas o rolo cuchilla’’, 25,26que representa una herramienta útil
para el manejo de los residuos cuando se busca una baja tasa de descomposición
y mayor persistencia de la cobertura del suelo, además de una cobertura
uniforme del suelo.33,34
En cultivos de cobertura
muy densos que son asperjados con herbicida antes del tratamiento mecánico, el
dosel foliar principal puede impedir que el producto llegue a las malezas que
cresen debajo. Como alternativa el cultivo de cobertura puede ser tratado con
un rolo cuchillas y entonces asperjado, siempre que se proporcione suficiente
tiempo a las malezas para aparecer a través del dosel foliar doblado a fin de
asperjarlas debidamente. Esta opción es adecuada para los cultivos de cobertura
densos, pero se debe tener en cuenta que el asperjado es más efectivo cuando el
cultivo de cobertura no es denso. Si el cultivo de cobertura es denso y la
incidencia de las malezas es baja, un rodillo de cuchillos puede ser suficiente
para preparar el campo.30
3.
Gestión de la siembra
La eficiencia de la siembra está relacionada con el
tipo de residuos y abridores de surcos de la sembradora. Estudios
realizados señalan que una cantidad de rastrojo de arroz superior a 6000 kg ha-1
al momento de la siembra, afecta la calidad de la labor y el posterior
establecimiento del cultivo.35 En suelos de hidromórficos en Brasil,
indican que la cantidad óptima de cobertura para la siembra directa en el
cultivo del arroz de riego se sitúa entre 2 a 3 t/ha.36
Los residuos en pie, anclados en el suelo, o al menos
un rastrojo alto pueden facilitar la siembra, particularmente en situaciones de
residuos altos o difíciles, como en el caso del arroz de alto rendimiento.22
Para realizar siembra directa en la agricultura de
conservación basada en la movilización reducida del suelo, el equipo para sembrar
debe poder depositar la semilla a la profundidad y densidad de siembra
deseadas, en el suelo no cultivado que, idealmente, está cubierto con una gran
cobertura de residuos de cultivos.22,31
Por esta razón, la máquina de siembra directa tiene
que ser lo suficientemente robusta como para resistir las mayores fuerzas del
suelo y más pesado que una sembradora convencional, particularmente cuando se
usan abridores de surcos de tipo disco como los recomendados en el cultivo del
arroz. Además, el equipo debe tener abridores de surcos especialmente diseñados
que puedan penetrar la capa de residuos sin amontonarlos o empujarlos hacia el
suelo, y posibilitar regular la dosificación y espaciamiento de semillas de
distinto tamaño, asegurar un adecuado recubrimiento de las semillas y admitir
elementos de abonado y tratamientos.22,
31,37
Comúnmente las principales funciones que debe realizar
una sembradora directa son: manejo de residuos en la línea de siembra, apertura
del surco, distribución de semillas y fertilizantes, cubrimiento y compactación
del surco.38 Aunque, actualmente con el uso de tecnologías GPS
pueden realizar control de sección automática y funciones adicionales, tales
como: prensado de semillas, incorporación de herbicidas preemergentes, colocación
en hileras de enmiendas y pesticidas para manejo de plagas y enfermedades en la
siembra, pudiendo dosificar hasta siete productos granulados o líquidos.34
También, existen nuevos
sensores colocados en el tren de siembra de las máquinas que relevan información
sobre materia orgánica, limpieza del surco, cámara de aire, temperatura,
humedad del suelo y capacidad de intercambio catiónico.34
Igualmente, innovaciones recientes en las máquinas
cosechadoras pueden brindar la posibilidad de sembrar junto con la cosecha del
cultivo anterior. Esto se logra mediante cosechadoras combinadas equipadas para
una distribución esparcida de la semilla inmediatamente después de la barra de
corte y, por tanto, antes de que la paja caiga al suelo.12 Sin
embargo, en la práctica, resulta complejo.
Equipos para
manejo químico de la cobertura
El control de la flora adventicia y la siega química
de las cubiertas vegetales vivas se realiza con herbicidas
sistémicos de acción total como el paraquat, glufosinato de
amonio y glifosato, entre los más usados en el cultivo del arroz.38 Para su
aplicación se utilizan barras de tratamientos o de
aplicación de fitosanitarios, que pueden ser autopropulsadas, acopladas al
tractor o a un equipo aéreo.
La eficiencia de los equipos autopropulsados
y acoplados al tractor depende
básicamente del tamaño del tanque, del tipo de bomba y de la tasa de aplicación
de la mezcla, y a su vez, la tasa de aplicación de la mezcla depende del tipo
de boquilla, presión de trabajo y de la velocidad de operación. No obstante,
estos equipos son adecuados para extensiones medianas y son más baratos que la
aplicación área. Además, el costo de operación y mantenimiento también es
menor.29
En la actualidad, se ha incrementado el uso de
pulverizadoras autopropulsadas con un desarrollo tecnológico avanzado, las
cuales pueden estar equipadas con piloto automático y aplicación con cortes por
sección de la barra de pulverización, lo que evita la sobreaplicación de
insumos en el lote. Sin embargo, el costo significativamente más alto de las
unidades autopropulsadas limita su adopción en áreas de pequeña y mediana
extensión.29
Control de malezas
La disponibilidad de herbicidas no selectivos como
paraquat y glifosato, permitió un control eficaz de las malezas antes de la
siembra.39 Sin embargo, las poblaciones de malezas resistentes a los
herbicidas han evolucionado en todas las regiones de cultivo del mundo,40
por lo que la labranza estratégica ha recibido gran atención entre los investigadores
y agricultores de varios países. En este sentido, una labranza profunda
utilizada ocasionalmente, una vez cada 5-10 años, al campo completo o dirigida
a rodales de malezas puede reducir la emergencia de plántulas de malezas y
conservar los efectos positivos de los sistemas de cero labranzas en la
condición del suelo.41
Igualmente, se han obtenido buenos resultados,
combinando la labranza estratégica con prácticas agronómicas como la rotación
de cultivos con inclusión de especies seleccionadas para reducir la población
de malezas resistentes, tasas de siembra más altas y alteración de la
orientación de las hileras para mejorar la competencia de los cultivos con las
malezas y reducir la formación de semillas de malezas.42,43
Las opciones futuras pueden incluir el uso de
tecnología robótica para aumentar el control de malezas.43 Ya están
disponibles máquinas robóticas comerciales que utilizan GPS cinemático en
tiempo real para el control de malezas, combinando métodos mecánicos y
químicos. Mecánicos basados en un robot con un brazo que elimina físicamente la
maleza y químicos con dosis bajas de herbicida aplicadas directamente a la
planta de malezas. También se están considerando otras opciones como rayos
infrarrojos y láser.16
Los tractores
En general, los tractores se han vuelto más potentes
para su peso y tamaño, más eficientes energéticamente, lo que les permite
funcionar más tiempo con un tanque de combustible determinado, a la vez que son
menos ruidosos y son más limpios para el medio ambiente. También se han vuelto
mecánicamente más fiables, 29 aunque en países poco desarrollados
como Cuba, obligados a comprar tecnologías más baratas, los equipos son menos
fiables y duraderos.
Mundialmente se ha prestado mayor atención a la
reducción de la compactación de los tractores en los campos,43 por
lo que, en los sistemas de AC, los aspectos críticos de un tractor son su
rendimiento de tracción y la presión sobre el suelo. En estos sistemas donde la
labranza a menudo no es una opción aceptable para descompactar el suelo, se
recomienda usar prácticas de balanceo del tractor y neumáticos de alta
flotación.44 Por lo general, la cantidad de neumáticos por eje se
puede aumentar y al mismo tiempo reducir su presión de inflado, lo que aumenta
el apoyo del tractor y mejora la tracción, haciéndolo más liviano.29, 44
Por otro lado, los tamaños de las bases de las ruedas
se han ampliado y el uso de máquinas de orugas y tranvías de tráfico
controlado, ha contribuido a concentrar la compactación del suelo en un área
más pequeña del campo.43 Además, han aumentado las velocidades de
desplazamiento, acompañado de mejoras en la suspensión y los frenos, lo que
permite alcanzar mayor productividad de actividades como la pulverización y la
aplicación de fertilizantes.29
La introducción de GPS vinculado con Sistemas de
Información Geográfica (GIS) ha habilitado capacidades tales como dirección
automática, agricultura de precisión y tecnología de tasa variable. El uso de
sistemas de navegación cinética en tiempo real (RTK) con un nivel de precisión
de 2 cm ha dado a los productores la capacidad de recopilar y utilizar más
información sobre sus campos y el rendimiento de sus cultivos. Estos sistemas
han permitido incrementar las horas de trabajo de los operadores y el tiempo de
turno, así como las condiciones en las que se pueden operar los tractores; por
ejemplo, en condiciones de poca visibilidad como de noche o con niebla.43
Aunque, en el sector agrícola, actualmente no existe
un sustituto rentable para la energía diésel que permita que la agricultura
produzca más con menos insumos de energía. Están disponibles comercialmente en
el mercado tractores que utilizan motores industriales que funcionan con metano
o biogás, que es más económico cuando se puede producir en la granja o finca.45
Desde 2016 se han presentado prototipos de tractores
eléctricos de hasta 400 Hp con baterías de alto rendimiento y autonomía de
hasta 4 horas, dependiendo de las operaciones realizadas. Además, poseen la
capacidad de recarga desde la fuente de energía de restauración.29
Sin embargo, las baterías eléctricas en términos de potencia y peso, presentan
limitaciones que complejizan su uso en tractores para la labranza o la
preparación del suelo.17 En la práctica, el sector agrícola no está
preparado para esta tecnología y por el momento parece una alternativa más
apropiada para tractores pequeños comúnmente usados en la agricultura a pequeña
escala o tractores ligeros.
Como una respuesta integral al futuro de la
agricultura se desarrolla el sistema de tractor e implemento totalmente
autónomos, dependiendo del control remoto del operador para intercambiar
implementos e información de posición GPS RTK para seguir los planes de ruta
establecidos por los agricultores para las operaciones de campo.16,29
Conclusiones
A pesar de que las tecnologías mecanizadas normalmente
tienen que adaptarse a cada entorno de producción específico, los mayores
cambios en la maquinaria agrícola al transitar de un sistema de labranza
tradicional a un sistema de AC están en la preparación de suelo y las prácticas
de siembra.
Las experiencias obtenidas a nivel mundial sobre la
adopción y difusión de la AC, indican la posibilidad de adecuar algunas
máquinas concebidas como un primer paso a seguir en Cuba para la transición a
una agricultura de conservación basada en cero labranzas en agroecosistemas
arroceros.
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Conflicto de intereses
Los
autores declaran que no existe conflicto de intereses.
Contribuciones de los
autores
·
Calixto
Domínguez Vento: Conceptualización, investigación, metodología, redacción del
borrador, validación, visualización, redacción, revisión y edición del trabajo
final.
·
Alexander Miranda Caballero: Conceptualización, análisis formal, metodología,
supervisión, redacción, revisión y edición del trabajo final.
·
Augusto Guilherme de Araújo: Metodología, supervisión, visualización,
redacción, revisión.
·
Guillermo Díaz López: Investigación, metodología, supervisión,
validación, visualización, redacción del borrador.
·
Amaury Rodríguez Gonzáles: Recursos, administración del proyecto.