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UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGRÍCOLA Tesis en opción al título académico de Master en Ingeniería Agrícola LA IRRIGACIÓN COMO UNA SOLUCIÓN A LA COMPACTACIÓN DEL SUELO EN LA EMPRESA AGROPECUARIA VALLE DEL YABU Ing. Alay Jiménez Medina Dr. C. Omar González Cueto Santa Clara, 2015

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UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

Tesis en opción al título académico de Master en Ingeniería Agrícola

LA IRRIGACIÓN COMO UNA SOLUCIÓN A LA

COMPACTACIÓN DEL SUELO EN LA EMPRESA

AGROPECUARIA VALLE DEL YABU

Ing. Alay Jiménez Medina

Dr. C. Omar González Cueto

Santa Clara, 2015

Resumen

La presente investigación abordó el estudio relacionado con el efecto de la compactación en los

suelos de la Empresa Agropecuaria Valle del Yabú, ubicada en la provincia de Villa Clara. Se basó

en impulsar una cultura de preservación del suelo a partir de la disminución del efecto de la

compactación. Las tareas fueron confeccionadas para establecer una base de datos que permitiera

determinar el índice de cono a tres profundidades del suelo: 75; 125 y 175 mm, con el objetivo de

determinar el grado de compactación que provocan la utilización de la asperjadora y la máquina

eléctrica de pivote central (MPC) en función de la aplicación de los insumos químicos. El análisis

estadístico reflejó que existen diferencias significativas entre las tecnologías en las diferentes

profundidades. Los resultados expuestos en tablas y figuras expresaron que la asperjadora necesita

seis veces mayor área de contacto con el suelo que la MPC. Se demostró que la MPC puede suplir la

función de la asperjadora una vez calculado los volúmenes optimizados y se demostró también que

la asperjadora ejerce mayor grado de compactación que la MPC en las tres profundidades.

Tabla de contenidos

Contenido Introducción ........................................................................................................................................................4

Capítulo 1. Revisión bibliográfica ..................................................................................................................... 11

1.1. Compactación ....................................................................................................................................... 12

1.2. Suelo ...................................................................................................................................................... 17

1.2.1. Propiedades físicas de las arcillas, textura ..................................................................................... 19

1.2.3. Densidad aparente ......................................................................................................................... 20

1.2.4. Humedad ........................................................................................................................................ 21

1.3. Asperjadoras ......................................................................................................................................... 24

1.4. Máquinas de riego por aspersión de pivote central ............................................................................. 26

1.5. Fertirrigación ......................................................................................................................................... 28

1.6. Conclusiones parciales .......................................................................................................................... 29

Capítulo 2. Programa y metodología de las investigaciones a realizar ............................................................ 30

2.1. Delimitación del área de estudio .......................................................................................................... 30

2.2. Caracterización de la tecnología de pivote central ............................................................................... 31

2.3. Bomba dosificadora .............................................................................................................................. 33

2.4. Calibración de la bomba dosificadora ................................................................................................... 35

2.5. Asperjadoras ......................................................................................................................................... 36

2.6. Análisis estadístico ................................................................................................................................ 38

2.7. Estrategia fitosanitaria del cultivo de la papa ....................................................................................... 39

2.8. Metodología para la determinación de las propiedades físico–mecánicas relacionadas con la

maquinaria y la compactación ..................................................................................................................... 40

Capítulo 3. Resultados y discusión ................................................................................................................... 44

3.1. Índice de compactación del suelo provocado por ambos procesos ..................................................... 44

3.2. Caracterización del proceso de la aplicación mecanizada de los productos químicos ......................... 52

3.3. Operaciones tecnológicas mecanizadas para la aplicación de los productos químicos ....................... 60

3.4. Análisis económico ................................................................................................................................ 67

3.5. Conclusiones parciales .......................................................................................................................... 68

Conclusiones .................................................................................................................................................... 69

Recomendaciones ............................................................................................................................................ 70

Bibliografía ....................................................................................................................................................... 71

pág. 4

Introducción

El suelo es el medio en donde se desarrollan gran parte de los organismos vivos de la naturaleza.

Constituye, además de otros sustratos, el espacio físico donde se producen las actividades de índole

agropecuaria, y es un recurso esencial para el desarrollo económico–social a nivel mundial. Sin

embargo, en los últimos años la actividad humana e industrial ha perjudicado, con su desarrollo, el

normal proceso de renovación de este recurso, agravándose por su constante y sostenido deterioro.

La degradación física del suelo puede ser definida como la pérdida de calidad de su estructura

(Cabeda, 1984), dando paso en un futuro a la incapacidad productiva de los ecosistemas, causada

por alteraciones a partir de las cuales el suelo no puede recuperarse sin ayuda (Oldeman et al., 1991;

Bai et al., 2008). Según el Boletín de tierras y aguas de la FAO publicado en Manual de prácticas

integradas de manejo y conservación de suelos la degradación de los suelos se define como un

problema de alcance global (IITA, 2000) en el que también se encuentra Cuba. Uno de los procesos

naturales que está relacionado con la degradación física del suelo es la compactación, identificada

como una de las principales causas en el proceso degradativo (Pagliai et al., 2003; Keller, 2004).

El Instituto que estudia los suelos en Cuba afirma que la compactación incide en 2,5 millones de

hectáreas por procesos erosivos de carácter antrópico (Instituto de Suelos, 2001); a pesar de los

estudios realizados en suelos arcillosos —en su mayoría— quedan aún diversas áreas de interés

económico por analizar. Se conocen los resultados obtenidos de autores como

pág. 5

Black et al. (1965) y Wild (1992), los cuales realizaron sus investigaciones en la geografía costera

de la provincia de Villa Clara. González et al. (2009) han analizado los factores que provocan la

compactación del suelo agrícola. Cada suelo presenta un conjunto peculiar de propiedades físicas

que depende de la naturaleza de sus componentes, de las cantidades relativas de cada uno de ellos, y

de la manera en que se hallan mutuamente acoplados en un área determinada (Puigdefábregas,

2002).

La compactación se produce a partir de un grupo de causas, entre ellas: el impacto de los

factores naturales, el empleo de maquinaria agrícola pesada y la utilización de sistemas de labranza

inadecuados (Vrindts et al., 2005). Una incidencia marcada la tiene la actividad antrópica

desarrollada por el hombre a partir de los procesos llevados a cabo en la agricultura. La escaza

disponibilidad de tecnología de punta afecta gravemente al problema de la compactación.

El país no dispone de tecnología avanzada en la agricultura para mitigar el efecto de la

compactación del suelo. El Ministerio de Agricultura busca soluciones para alcanzar la

sostenibilidad y el cuidado de los suelos en el menor tiempo posible. Tales soluciones están

dirigidas al incremento del crecimiento vegetal en suelos descubiertos, y por consiguiente el

rendimiento de los cultivos en su totalidad. Sin embargo, las causas que provocan el efecto de la

compactación siguen produciendo la pérdida del volumen del suelo mediante la fuerza que ejercen

sobre él los agentes externos mencionados con anterioridad.

La compactación puede ser determinada a través de la medición indirecta o directa de los

cambios de densidad volumétrica o de la resistencia a la penetración del suelo (Suárez et al., 2011).

En la actualidad existe una gran cantidad de investigadores que han trabajado en el desarrollo de

sensores para la determinación continua y en sitio específico de la compactación del suelo (Owen et

al., 1987; Stafford y Hendrick, 1988; Glancey et al., 1989; Van-Bergeijk y Goense, 1996;

pág. 6

Adamchuk et al., 2001; Gorucu et al., 2001; Manor y Clark, 2001; Tekeste et al., 2002; Andrade-

Sánchez et al., 2003; Chung et al., 2003; Raper y Hall, 2003; Verschoore et al., 2003; Adamchuk et

al., 2003a; Adamchuk et al., 2003b; Andrade-Sánchez et al., 2004; Chung et al., 2004; Hall y

Raper, 2005; Mouazen y Ramon, 2006; Adamchuk et al., 2006a). Esto se debe a la gran

laboriosidad que se requiere durante las mediciones en los métodos convencionales, sobre todo

cuando el intervalo de mediciones se hace más pequeño lo cual aumenta el número de muestras

considerablemente (Kaleita y Tian, 2002).

El país no dispone de la tecnología sensorial a escala industrial para sustituir los métodos

convencionales en la determinación de la compactación del suelo, aunque Suárez et al. (2011) han

desarrollado un sensor para la medición continua de la compactación del suelo. La exactitud en las

predicciones de este sensor dependerá de las condiciones físicas del suelo y la aptitud de las

ecuaciones de predicción empleadas (Suárez et al., 2011). De aquí se desprende la importancia que

tiene conocer las condiciones físicas del suelo y el grado de humedad que presenta en el momento

de la medición.

Las formas de humedecer el suelo son diversas. Las prácticas de riego que se utilizan en el país

difieren entre ellas con respecto al cultivo en cuestión. Las lluvias en todo el archipiélago no

satisfacen la cantidad de agua que demandan los cultivos, por lo que se hace necesario recurrir a la

tecnología para humedecer el suelo.

La tecnología de riego, que se establece en la agricultura, trae aparejada varias técnicas para la

aplicación de abonos a las plantas y controles químicos de plagas y enfermedades. Estas ventajas

tecnológicas ofrecen cierta protección a los suelos. Los productos químicos y fertilizantes diluidos

aprovechan el caudal de agua que suministra la máquina eléctrica de riego de pivote central a los

cultivos para mezclarse con el agua de riego y ser asperjados uniformemente sobre las plantas. A la

pág. 7

aplicación de los productos químicos diluidos en agua para la fertilización mediante el sistema de

fertirriego se le denomina fertirrigación, o lo que es lo mismo: aportar al suelo los nutrientes que

necesitan los cultivos mediante el agua de riego (Enríquez et al., 2009); y cuando son productos que

se utilizan para diversos fines se le conoce como quimigación (González et al., 2000).

En la geografía central se encuentran instaladas varias de estas máquinas, las cuales no están

exentas de las bondades tecnológicas. Así se demuestra por el acople de las bombas de diafragma

marca ITC en la base del pivote. Este sistema de fertirriego es multifuncional, posee la capacidad de

inyectar al caudal de riego los fertilizantes diluidos y los productos químicos que controlan plagas y

enfermedades.

Dicha situación se presenta en la Empresa Agropecuaria Valle del Yabú donde se establece el

cultivo de la papa (Solanum tuberosum L.) en los meses de invierno. En este período, las lluvias son

escasas en todo el país. Para abastecer el cultivo con el agua necesaria, se maneja un programa de

riego bien estructurado, al garantizar la correcta utilización de las máquinas de riego de pivote

central eléctricas según las características del suelo arcilloso presente. La papa requiere de una

estrategia fitosanitaria dirigida a mitigar los daños provocados por las plagas. La empresa cumple

con los requisitos que dicta la estrategia y emplea la asperjadora como complemento para aplicar los

productos químicos diluidos en agua. La utilización de la asperjadora provoca un efecto —no

deseado— de compactación en las capas superficiales del suelo dado a la presión que ejerce su peso

sobre el suelo.

Sin embargo, por las características del suelo estudiado la irrigación, como método para aplicar

los productos químicos, constituye uno de los procesos más idóneos para reducir los efectos de la

compactación. Con los resultados obtenidos se espera mantener la funcionalidad del suelo, mejorar

su estructura y elevar su potencialidad, además de humanizar el trabajo al traer como novedad la

pág. 8

aplicación de los productos químicos a través del fertirriego en este tipo de tecnología de riego. Por

lo que surge como problema para la siguiente investigación:

Objeto de estudio

La compactación del suelo provocada por el tráfico de la maquinaria agrícola para aplicar

insumos químicos al cultivo de la papa y compararla con su aplicación por la red del riego para

aplicar también los productos químicos.

Problema

¿Cómo disminuir la compactación del suelo causada por la aplicación mecanizada de insumos

químicos del cultivo de la papa en la Empresa Agropecuaria Valle del Yabú?

Hipótesis

Si se usa la irrigación como vía adicional para aplicar los productos químicos necesarios durante

el desarrollo fenológico del cultivo de la papa es posible reducir el efecto de la compactación del

suelo.

Objetivo general

Determinar el efecto de la irrigación en la disminución de la compactación de los suelos pardos

con carbonato en la Empresa Agropecuaria Valle del Yabú, en relación con la aplicación de

productos químicos que se emplean en el cultivo de la papa.

Objetivos específicos

Determinar el índice de compactación del suelo provocado por los procesos de aplicación

mecanizada de insumos químicos, mediante la medición de la resistencia a la compresión del suelo.

Caracterizar el proceso de irrigación durante la protección fitosanitaria del cultivo de la papa

desde el punto de vista de la compactación.

pág. 9

Comparar las diferentes operaciones tecnológicas mecanizadas para la aplicación de los

productos químicos indicados en la protección fitosanitaria del cultivo de la papa desde el punto de

vista de la compactación.

La presente investigación se compone de una introducción y tres capítulos. El primero dedicado

al análisis de la revisión bibliográfica que aborda la problemática de la compactación y sus posibles

soluciones, incluyendo la tecnología de riego que existe en el área de estudio. El segundo aborda de

manera sistemática los materiales que se emplearon para desarrollar el proceso investigativo; y el

tercero da lugar a los resultados obtenidos en el transcurso de la investigación incluyendo el análisis

correspondiente. Más adelante aparecen las conclusiones finales y todos los datos y tablas utilizados

y anexados al final del trabajo. Luego de abordar la temática, identificar el problema en el área

objeto de estudio y declarar los objetivos, se presenta un análisis detallado de los criterios autorales

relacionados con el tema de investigación. A continuación se hará alusión a estos criterios.

pág. 10

Esquema lógico estructural de la investigación

Estudio de la técnica agrícola determinante en las labores de agrotécnia del cultivo

Caracterización del suelo objeto de

estudio

Análisis de la situación problémica

existente en el suelo

Objeto, problema, objetivo y tareas de investigación

Elaboración de la base metodológica de la investigación

Realización de las investigaciones experimentales

Determinación del índice

de compacidad del

suelo por el método de

la densidad aparente y

el uso del penetrómetro

Evaluación y análisis de

la estrategia fitosanitaria

aplicada al cultivo de la

papa

Evaluación de las

operaciones tecnológicas

mecanizadas para la

aplicación de productos

químicos

Análisis de los resultados obtenidos

Formulación de las posibles soluciones para disminuir el efecto de la compactación

Conclusiones y Recomendaciones

pág. 11

Capítulo 1. Revisión bibliográfica

La agricultura constituye una de las labores humanas que más influye en el proceso degradativo de

los suelos. Las variaciones y cambios de la actividad agrícola sobre estos en la obtención de la

energía como producto final, tienen un efecto no deseado en el restablecimiento de los suelos. La

degradación paulatina de la biodiversidad edáfica y su estructura, atenta no solo contra el

crecimiento y desarrollo de los cultivos en el campo; sino también contra todas las actividades de

producción en general; desde la preparación de tierras y la efectividad de tecnologías de cultivo,

hasta la recolección de la cosecha en el campo así como su transporte y almacenamiento para la

exportación y consumo interno (Arrastía y Limia, 2011). El aumento en extensión territorial de

áreas con climas subhúmedos secos, la elevación de los tenores de radiación solar global, la

evapotranspiración potencial y el aumento del nivel del mar, actúan de forma sinérgica favoreciendo

el desarrollo de procesos de degradación de los suelos, reducción de su contenido de materia

orgánica y aumento de las áreas salinas (Arrastía y Limia, 2011). Unido a estos fenómenos se

encuentra el efecto de la compactación, determinado por Bai et al. (2008) citado por (González et

al., 2009) como la principal causa de degradación física del suelo.

Dado que los procesos de degradación, en especial la compactación, implican una reducción

considerablemente del potencial productivo de los suelos, urge buscar soluciones para la

recuperación de este recurso. En este capítulo se abordan criterios de investigadores reconocidos,

ocupados en desarrollar estimadores y metodologías que permitan predecir los procesos de

pág. 12

compactación del suelo y además las variables que tributan a este. Para su confección se tomaron en

cuenta las variables relacionadas con el problema en cuestión, cuyo propósito promovió un análisis

de los antecedentes para favorecer la misión a la conservación de los suelos. A continuación se

identifican diversas variables consideradas relevantes en la caracterización de la potencialidad

productiva de los suelos y la mantención de su funcionalidad en relación directa con el problema de

la compactación.

1.1. Compactación

Diversos autores han estudiado el tema de la compactación y han establecido métodos para

determinar este efecto. La mayoría de los métodos para determinar la compactación del suelo se

basan en el empleo de instrumentos de medición in situ y puntual de las propiedades del suelo que

se relacionan con la compactación (Suárez et al., 2011). Esta última puede ser determinada a través

de la medición indirecta o directa de la densidad volumétrica o de la resistencia a la penetración del

suelo (Suárez et al., 2011). Esta última puede medirse a través del índice de cono que es

actualmente de amplio uso en el mundo para caracterizar rápidamente, in situ, la resistencia

mecánica del suelo. Generalmente se determina con el penetrómetro de puntas cónicas normado por

la ASAE R.313.1 (ASAE., 1990). Otra forma es acudir a la modelación del suelo a partir de la

simulación del efecto de la presión sobre un área del suelo con forma preestablecida, permitiendo

implementar estrategias de manejo del suelo y la maquinaria (González et al., 2011).

Las investigaciones sobre la compactación del suelo en Cuba, han estado dirigidas

fundamentalmente al cultivo de la caña de azúcar, a las agrupaciones de suelos ferrasoles y

vertisoles, y fueron desarrolladas en su mayoría en condiciones de campo (González et al., 2009).

La compactación se mide como el incremento artificial de la densidad aparente que corresponde

al peso del suelo por unidad de volumen. Un suelo 100 % compactado tiene una densidad aparente

pág. 13

de 2,65 g/cm3. Los suelos no compactados tienen una densidad aparente media que oscila entre 1,25

y 1,30 g/cm3 para la fracción arcilla, y 1,50 g/cm3 para la arena; mientras que los suelos orgánicos

tienen densidades alrededor de 1,0 g/cm3 e incluso menos (De la Rosa, 2008).

Según Madero y Herrera (2004) la compactación puede ser también un fenómeno natural que

expresa la respuesta del suelo a las fuerzas dispersivas del agua, acelerado con el uso y manejo de

suelos y aguas; este fenómeno es conocido como consolidación del suelo.

La consolidación es un proceso acoplado de flujo y deformación producida en suelos totalmente

saturados. Por lo tanto, no es posible hablar de consolidación en terrenos en los que el grado de

saturación es inferior a uno ya que en ese caso hablamos de compactación. A raíz de esto, hablamos

de compactación cuando el terreno no está totalmente saturado y actúan fuerzas sobre el terreno

tales como la succión capilar del agua intersticial (Lambe y Whitman, 1997).

Sin embargo, (Carolina et al., 2005) atribuye que el tráfico de la maquinaria conjuntamente con

un contenido elevado de humedad edáfica origina únicamente el efecto de la compactación, por lo

que la actividad antrópica viene a ser la responsable de los principales problemas de los suelos. La

autora excluye los demás agentes externos como las condiciones climáticas y la vida de los animales

que comprenden los ecosistemas. Estos agentes no son significativamente perjudiciales en el

proceso de la compactación; no obstante los animales encuartelados de mayor peso sí provocan un

efecto de compactación en el área que ocupan, por lo que este proceso de compactación es

provocada por la acción de las fuerzas externas.

La investigación se afilia al criterio último puesto que el manejo en sí trae consecuencias

directas sobre el suelo que pueden ser adjudicadas a las labores de saneamiento o de preparación.

De la Rosa (2008) expresa que la compactación del suelo puede ocurrir a lo largo de todo el perfil

vertical, o centrarse más en el subsuelo. La compactación de la capa superficial está relacionada con

pág. 14

la presión sobre el terreno, mientras que la compactación a mayores profundidades está relacionada

con el peso sobre los sistemas de rodaje determinando la intensidad a la cual estas presiones

decrecen con la profundidad (Botta, 2002; Alakukku et al., 2003).

La compactación del subsuelo debido al tráfico del tractor está directamente relacionada al peso

sobre el rodaje, independientemente de la presión sobre el suelo, aún para neumáticos duales o de

diferentes dimensiones (Botta, 2002; Chamen et al., 2003). El uso de maquinaria pesada y de las

sucesivas labores agrícolas profundiza la compactación al localizarse preferentemente como piso de

la capa de labor. En muchos casos, la labor de subsolado a la profundidad adecuada suele remediar

este problema. Un caso especial de compactación intencionada se manifiesta en los suelos que se

van a dedicar al cultivo del arroz, mediante un batido de la capa superficial cuando el suelo se

encuentra saturado en agua. La finalidad por la usanza de la maquinaria pesada en las operaciones

agrícolas ocasiona un reacomodo de las partículas que componen la capa superficial a razón de 30 a

40 cm de profundidad. Con esto se reduce el por ciento del número de poros y la movilidad de los

microorganismos en el medio. La tendencia al monocultivo y la creciente disminución de la materia

orgánica son motivos por los cuales el suelo experimenta un proceso acelerado de degradación. Un

suelo con altos niveles de compacidad dificulta la germinación de los cultivos y su desarrollo

radicular, reduciendo además la actividad microbiana.

La compactación se origina cuando las demás variables (porosidad, densidad aparente, materia

orgánica y humedad) se ven afectadas o desplazadas de su estado natural. Corresponde entonces a la

pérdida de volumen que experimenta una determinada masa de suelo, debido a fuerzas externas que

actúan sobre él. Estas fuerzas externas, en la actividad agrícola, tienen su origen principalmente en:

(1) implementos de labranza del suelo; (2) cargas producidas por los neumáticos de tractores e

implementos de arrastre; (3) pisoteo de animales.

pág. 15

Es bajo condiciones de intensivo uso agrícola que el fenómeno de la compactación se acelera y

llega a producir serios problemas en el desarrollo de las plantas cultivadas, sobre todo aquellas en

que su geotropismo positivo se desarrolla de 20 a 40 cm de profundidad. En este intervalo los poros

del suelo están ocupados por aire y agua. A medida que el suelo contenga menor cantidad de agua

se acerca a un estado crítico que favorece la aparición de la compactación. La humedad del suelo es

el factor que mayor influencia tiene en la compactación (Berli, 2001; Hamza, 2005) citados por

(González et al., 2009). La hidromorfía incrementa la cohesión y origina un efecto de lubricación

entre las partículas, el cual permite que estas sean realineadas más fácilmente. Una mayor presencia

de agua en los poros aumenta la cohesión y reduce la densidad del volumen. Durante el proceso de

compresión el aire puede ser desalojado de los poros (González et al., 2009), incrementando el

empaquetamiento de las partículas del sustrato, una vez que haya sido provocado por las fuerzas

externas.

Para precisar la funcionalidad del suelo con respecto a la compactación se asume el esfuerzo

cortante de las raíces como indicador primario. Luego de un descanso de las arcillas (momento en el

que no existe la actividad agrícola), el sustrato debe poseer buenas condiciones de tempero para el

desarrollo normal de las raíces y tubérculos. Un desplazamiento de los valores de la densidad real y

aparente hacia los extremos1 dificulta la capacidad geotrópica positiva de las plantas. El esfuerzo

cortante disminuye al aumentar el contenido de humedad del suelo en consecuencia del estado de la

resistencia mecánica ofrecida por el valor de la densidad aparente. Con bajos contenidos de

humedad, el suelo se comporta como un sólido y se fractura como respuesta a un esfuerzo, pero al

aumentar el contenido de humedad se vuelve plástico, se deforma sin fracturarse y después fluye.

1 entiéndase por extremos los estados críticos del suelo marcados por la humedad, ya sea por sequedad o

encharcamiento.

pág. 16

El aumento de la resistencia mecánica del suelo va a restringir el crecimiento de las raíces a

espacios de menor resistencia, tales como los que se ubican entre las estructuras (terrones), en

cavidades formadas por la fauna del suelo (lombrices) y en espacios que se producen por la

descomposición de restos orgánicos gruesos (raíces muertas). Esta situación va a producir un patrón

de crecimiento característico de raíces aplanadas, ubicadas en fisuras del suelo, con una escasa

exploración del volumen total del suelo.

Queda concebido entonces que la compactación del suelo restringe el desarrollo de las raíces,

reduce la infiltración de agua, produce un aumento en su densidad (densidad aparente), destruye y

debilita su estructuración y, de esta forma, limita el rendimiento de los cultivos. Un suelo compacto

reduce la absorción de nutrientes por la acción de las fuerzas cohesivas y adhesivas que presenta.

Cuando la densidad aparente en los suelos arcillosos rebasa el valor de 1.30 g/cm3 se dificulta el

esfuerzo cortante y aumenta la resistencia a la penetración. La absorción de nutrimentos por la

plantas depende, a su vez, de la disponibilidad de oxígeno en la capa efectiva debido a la existencia

mínima del número de poros y la magnitud de sus diámetros. Aparece la escorrentía y con ello la

degradación física determinado por la influencia del agua caída y vinculada a la disminución de la

velocidad de infiltración por percolación.

Tales efectos determinan la calidad de un suelo y su funcionalidad agrícola. Estos están sujetos a

los intereses del agricultor y la capacidad de adaptación que poseen las plantas a estos regímenes.

La calidad del suelo y su funcionalidad están sometidas a los rendimientos que puedan ofrecer los

cultivos; en este caso los de ciclo corto, que desarrollan las raíces a una profundidad efectiva de 25 a

35 cm como lo es el engrosamiento del tubérculo de la papa.

Como ya se había enunciado la actividad antrópica del hombre, además del pisoteo de los

animales de mayor peso, es la principal causante del efecto de la compactación. Las fuerzas externas

pág. 17

provocan en el suelo un desplazamiento de los valores de las variables densidad aparente y

porosidad hacia los extremos creando la compactación. Estas fuerzas suceden del intensivo paquete

tecnológico que se fomenta en la agricultura. La regularidad con que la maquinaria ejerce su función

incrementa la acción directa de las fuerzas externas sobre el suelo dando paso a la modificación de

su estructura. A continuación se presentan las propiedades físicas que inciden en el efecto de la

compactación y en un segundo momento se hará alusión a las causas antrópicas que provocan este

efecto. Teniendo en cuenta que el estudio comprende solamente las arcillas se prescinde de abordar

la temática de forma general en la praxis investigativa.

1.2. Suelo

El suelo es un elemento dinámico, cambia con el tiempo y en el espacio. Contiene material mineral

y orgánico no consolidado, sujeto a los factores formadores (clima, roca, organismos, relieve y

tiempo). Posee gran importancia para diversos fines no agrícolas tales como construcción,

ingeniería, ordenación del territorio, tasación, entre otros (De la Rosa, 2008). El suelo, según sus

propiedades y características es susceptible a la clasificación. Provee calor, aire, humedad,

minerales y da soporte a la planta; transforma la energía solar y es considerado como un cuerpo

tridimensional porque el límite superior es la superficie de la tierra, el límite inferior, es la

profundidad efectiva de la meteorización (descomposición de la roca y de los minerales) o la

profundidad de penetración de las raíces, y el límite lateral está dado por la presencia de otro suelo

con características diferentes (Arias, 2001).

En el suelo se desarrollan diversos procesos físicos, químicos y biológicos, responsables de su

morfología, características y funciones. La formación de un suelo deviene un proceso largo, de

cientos a miles de años, por lo que este recurso natural debe considerarse como no renovable

(Bautista y Gerardo, 2005).

pág. 18

Por lo general, el suelo se caracteriza por presentar susceptibilidad a sufrir procesos de

degradación física. Ello se debe principalmente a su prolongada historia agrícola como causa de la

ruptura de los ciclos biológicos. La influencia directa de los factores externos introducidos sobre el

sustrato por la agricultura, propicia la aparición del efecto de la compactación. Este último posee

rangos de variaciones al presentar, como componente decisivo; la densidad aparente, y depende a su

vez del tipo de propiedades físicas que caracterizan al suelo, fundamentalmente la humedad

alcanzada y el por ciento de materia orgánica presentes, así como la textura. Luego de sufrir la

densificación o compactación, las variables humedad, materia orgánica y textura le confieren cierta

capacidad de regeneración a la estructura y a la porosidad, pues mejoran sus propiedades físicas.

El conocimiento de las propiedades físicas del suelo permite mejorar las prácticas de labranza,

fertilización, riego y drenaje. El movimiento, contenido y disponibilidad del agua está condicionado

principalmente por las propiedades físicas, particularmente la textura, estructura, porosidad,

profundidad y contenido de materia orgánica (Calvache, 2005) además de la influencia marcada que

tiene el geotropismo positivo de las plantas en condiciones de cultivo. La profundidad,

particularmente en las arcillas, cuantifica el volumen de agua que el suelo pueda retener. Con

frecuencia, se encuentra que a mayor profundidad mayor densidad aparente y menor porosidad

(Calvache, 2005).

De lo antes expuesto se pone de manifiesto que los criterios de Calvache (2005) han definido las

principales variables de aprehensión a la compactación. La textura, la porosidad, la densidad

aparente, la materia orgánica, la cohesión y la humedad determinan en gran medida la aparición del

efecto de la compactación. Estas variables han sido estudiadas por los autores mencionados

anteriormente en el acápite de la compactación en varios momentos y por diferentes métodos. En los

próximos subepígrafes se les dará mención a las más importantes por su marcado ajuste al tema.

pág. 19

1.2.1. Propiedades físicas de las arcillas, textura

El suelo está influenciado por los cambios climáticos y en especial por las precipitaciones caídas y

la actividad del riego. Ambos crean un efecto bumerán en las capas superficiales del suelo

compuesto por las arcillas debido a la capacidad que tienen de expandirse en presencia del agua. Al

contraerse pierden el agua retenida, dejan grietas en el suelo y terrones compactos, los que luego, al

expandirse almacenan agua mediante las fuerzas de adhesión–cohesión ejercidas por los agregados

estables. Este movimiento provoca el estallido de las moléculas ocasionando la ruptura de los

agregados. Un suelo de textura arcillosa comprende valores hasta del 75 % de arcilla. Por encima de

este porcentaje el suelo pasa a ser denominado como arcilloso pesado.

Según Calvache (2005), la textura se refiere a la proporción relativa de arena, limo y arcilla del

suelo. La clasificación de estas partículas se hace de acuerdo a su tamaño. La arena la constituye

partículas con diámetro de 0.05 a 2 mm, el limo de 0.002 a 0.05 mm y la arcilla menos de 0.002

mm. La mayoría de los suelos contienen una mezcla de arena, limo y arcilla. En concordancia con

este criterio Carolina et al. (2005) complementa que la textura corresponde a la distribución del

tamaño de las partículas y puede ser un indicador de la susceptibilidad de la compactación; por

ejemplo: la arcilla, presente en muchos suelos, presenta muchas propiedades coloidales que

favorecen la retención del agua y mejoran la estructura del mismo.

La textura, al igual que otros parámetros, constituye una importante propiedad del suelo. Esta le

confiere al sustrato la propiedad de que se comporte más permeable o no a las precipitaciones, pues

depende a su vez del número y tamaño de los poros y la profundidad efectiva existente. Al disminuir

el tamaño de partículas aumenta el total del área en la capa superficial disponible para la adsorción

de agua y nutrientes, así como la cantidad y tamaño de poros. De esta forma, el movimiento, poder

pág. 20

de retención y suministro del agua y la fertilidad, erosión y aireación del suelo están estrechamente

relacionados con la textura (Calvache, 2005).

Las partículas finas que comprenden las arcillas son resistentes al desprendimiento por su

marcada fuerza de cohesión. Los minerales secundarios se combinan con las de materia orgánica

para formar agregados o terrones y la resistencia del suelo viene determinada por la estabilidad de

estos. Al humedecerse el suelo se debilitan los agregados ya que disminuye su cohesión, se suavizan

las segmentaciones y provocan hinchazón al absorber agua las partículas arcillosas. El

humedecimiento rápido puede producir la ruptura de agregados por hidratación (aunque la mayor

parte de las arcillas pierden resistencia cuando son previamente humedecidas). Debido a que el agua

libera enlaces entre partículas, algunas arcillas húmedas, aunque no saturadas, recuperan su

fortaleza con el tiempo. Este proceso, conocido como comportamiento tixotrópico, se produce

porque la hidratación de los minerales arcillosos y la absorción de agua libre promueven enlaces de

hidrógeno (Morgan, 1997).

En tal sentido se puede concluir que los suelos arcillosos son los más propensos a sufrir los

efectos de la compactación. En esto influye la textura, el espacio poroso, la densidad aparente de los

mismos y el por ciento relativo de materia orgánica. La humedad le confiere a los suelos, y en

particular a las arcillas, un estado bipolar por poseer cierta plasticidad en presencia del agua.

1.2.3. Densidad aparente

De acuerdo con Forsythe (1980) la densidad aparente es una relación entre la masa seca al horno de

las partículas del suelo y el volumen total, incluyendo el espacio poroso que ocupan. Además,

permite estimar el grado de compactación cuando se conoce la porosidad del suelo. Si una cantidad

de energía compactante se le aplica al suelo la densidad obtenida sería mayor para una muestra

pág. 21

húmeda que para una muestra seca. Quiere decir esto que la densidad aparente es inversamente

proporcional a la porosidad.

En relación con las funciones y condiciones del sustrato se alcanza una mayor productividad y

una menor erosión en presencia de las arcillas. Cuanto mayor sea la densidad aparente mayor es el

grado de compactación. Estas dos variables son directamente proporcionales, y como se cita en la

literatura: la compactación se determina por el valor de la densidad aparente (Johnson y Bailey,

2002) citado por (González et al., 2009). Cuando esta última variable, en los suelos arcillosos,

rebasa el valor de 1.30 g/cm3 aumenta el esfuerzo cortante y aumenta también la resistencia a la

penetración.

La compactación del suelo es la máxima densidad de volumen a la cual este puede ser

comprimido por una cantidad de energía dada. La compactación aumenta con el contenido de

humedad hasta que alcanza el punto de humedad crítica (González et al., 2009). En el próximo

subepígrafe se relacionará el agua retenida en el suelo con respecto a las partículas coloidales del

mismo.

1.2.4. Humedad

Cada tipo de suelo debe recibir un manejo adecuado con el propósito de alcanzar el máximo nivel

de productividad, en equilibrio con el medio ambiente (Arias, 2001). La investigación se afilia a este

criterio y además coincide con la apreciación de (Calvache, 2005) cuando plantea que los suelos

tienen diferente capacidad de retención de agua en función de sus características físico–químicas.

Los factores que inciden en la retención del agua en el suelo son: la estructura, porosidad,

profundidad, topografía, textura, presión, temperatura, matriz, densidad aparente, estratificación,

cantidad de solutos (coloides), espesor de la película del agua e histéresis del agua del suelo.

pág. 22

Es necesario aclarar que todos estos factores poseen relación directa con respecto a la retención

de agua en el suelo. No es objetivo de la investigación analizar cada uno de ellos, se menciona a la

humedad porque de ella depende el esfuerzo cortante o la resistencia a la penetración que ofrecen

las arcillas a las raíces. Las arcillas con bajo contenido de humedad forman terrones compactos y el

suelo se agrieta formando los macroporos.

La humedad condiciona a las arcillas los límites de plasticidad. La fuerza de atracción entre los

átomos de hidrógeno del agua y átomos de oxígeno de las superficies minerales del suelo o de otras

moléculas de agua sostienen el agua en el suelo contra la fuerza de gravedad. La atracción de

átomos de hidrógeno del agua para átomos de oxígeno de minerales es llamada fuerza adhesiva; la

fuerza de atracción de átomos de hidrógeno del agua para átomos de oxígeno de otras moléculas de

agua es llamada fuerza cohesiva. O lo que es lo mismo: la adhesión es la atracción entre partículas

de distinta naturaleza; la cohesión es la atracción entre partículas de la misma naturaleza. Cuando

estas fuerzas combinadas ocurren en gran número, se conserva una película de agua de considerable

grosor sobre la superficie del suelo (Calvache, 2005).

Debido a que las fuerzas que retienen el agua en el suelo son fuerzas de atracción superficial,

entre mayor sea la superficie de las partículas coloidales del suelo (arcilla, materia orgánica), mayor

es la cantidad de agua adsorbida (Calvache, 2005). La coherencia del suelo se refiere entonces a la

cohesión entre las partículas sólidas. Las fuerzas de cohesión explican la unión de las partículas

entre sí en los distintos estados de consistencia. El número de películas de agua depende del

contenido de coloides. Por lo tanto los suelos arcillosos exhiben mayor cohesión que los arenosos.

Las partículas laminares producen mayores efectos cohesivos que las esféricas. Los suelos plásticos

cambian su consistencia al variar su contenido de agua, de allí que se puede establecer un estado

bipolar.

pág. 23

Cuando el suelo es sometido al punto de humedad crítica de compactación, durante la aplicación

de presiones al suelo, la densidad de volumen del suelo alcanza el máximo (González et al., 2009).

La humedad crítica se obtiene mediante curvas de compactación Proctor. En este intervalo los poros

del suelo están ocupados por aire y agua, aumentando la presencia de esta última a medida que el

suelo se acerca a la humedad crítica de compactación. La adición de agua incrementa la cohesión, y

origina un efecto de lubricación entre las partículas el cual permite que estas sean realineadas más

fácilmente (González et al., 2008).

Es importante reconocer que la humedad es la variable principal que determina las condiciones

de tempero de los suelos. De ella depende la expansión de las arcillas, la degradación física del

sustrato, la movilidad de los nutrientes y microorganismos, la exploración de las raíces y la muerte

por asfixia de estas al estar los poros ocupados por el agua, además de la plasticidad y la densidad

equiponderante que concede. En las arcillas, la pérdida de agua origina terrones compactos muy

duros lo que hace que la labranza se dificulte y demande una mayor energía aplicada por la

maquinaria. Con esto aumentan las fuerzas externas sobre el suelo agravando el efecto de la

compactación.

Hasta aquí se ha expuesto cómo las variables: textura, densidad aparente y humedad —que

forman parte de las propiedades físicas del suelo— determinan en gran medida la aparición del

efecto de la compactación. Tras el estudio pudo observarse que la compactación es un problema

anclado a la dependencia cualitativa y cuantitativa que poseen estas variables. El conocimiento y

seguimiento al unísono de estas variables permite una adecuada praxis en la fomentación de los

cultivos y el manejo de los suelos; pudiendo ser incorporadas como indicadores para evaluar la

calidad del suelo.

pág. 24

1.3. Asperjadoras

La compactación del suelo es un fenómeno difícil de corregir y de un elevado costo. Por lo tanto,

hay que tomar las medidas necesarias para que este fenómeno no ocurra o bien se mitigue, de

manera que no alcance niveles que limiten el potencial productivo de la especie cultivada. Este

fenómeno provoca disminución de los rendimientos agrícolas, mayores requerimientos energéticos

en labranzas y labores culturales, necesidades de resiembras, mayores dosis de agroquímicos y

número de pasadas de los equipos, necesidades crecientes de fertilizantes e ineficiencia en el uso de

la maquinaria (Botta, 2002) citado por (González et al., 2009).

También debe tenerse en consideración que si bien el problema puede ser aliviado con algunas

medidas de corrección, existe el riesgo de recompactar el suelo y éste como recurso puede quedar en

un nivel de mayor degradación. Por lo tanto, luego de aliviada la compactación, es necesario realizar

prácticas de manejo de suelos que eviten que este fenómeno vuelva a ocurrir de forma intensa.

Como es evidente la maquinaria agrícola es la causante del efecto de la compactación secundaria

del suelo. Esto se debe a que cada maquinaria tiene una tara o un peso en específico lo cual influye

negativamente en las capas superficiales del suelo. Este peso se distribuye mediante los ejes hacia

los neumáticos ejerciendo una fuerte presión sobre el suelo.

Desde el punto de vista de la presión específica sobre el suelo los neumáticos que mejor se

adaptan a los requerimientos de la protección del suelo son los neumáticos 16,9 x 38"; 18,4 x 30" ó

18,4 x 34", los cuales transitan sobre el suelo con baja presión específica; debido a que el efecto

sobre el suelo depende en mayor medida de la humedad en el momento de la realización del trabajo

que de la presión ejercida sobre el suelo (González et al., 2008). Las asperjadoras de arrastre son

construidas bajo estos requerimientos, su tara varía de acuerdo a la marca y el modelo de

fabricación.

pág. 25

En la praxis investigativa no se encontró estudios relacionados con las asperjadoras que pudieran

mostrar los efectos negativos que ocasionan al suelo producto de la compactación. Asumiendo la

variable peso como responsable de asignar las fuerzas externas al suelo y ejercer presión sobre el

mismo, la investigación se apoya en los estudios realizados por Torres et al. (1990), quienes

concibieron que con sistemas de cosechas semimecanizada se encontró que el tractor con vagones

cargados de caña causó la mayor compactación del suelo medida como densidad aparente hasta 60

cm de profundidad. En estos estudios se encontró que la compactación por el tractor con vagón fue

mayor hasta 30 cm cuando el tráfico fue menor de dos pases del equipo, pero cuando fue entre dos y

cuatro pases, la compactación llego hasta 40 cm de profundidad. No obstante (Fonceca, 1982)

considera que el mayor incremento en la densidad aparente del suelo ocurre entre 10 y 15 cm con el

primer pase del tractor y que los demás pases no ocasionan incrementos significativos.

Por su parte Euskadi (2008) determinó que existen dos tipos principales de compactación: la

superficial que se produce a poca profundidad y es provocada fundamentalmente por el tráfico de

las máquinas menos pesadas como las empleadas en la mejora y acondicionamiento del terreno; y la

profunda que es causada por el tráfico de la maquinaria pesada alcanzando profundidades hasta el

nivel del subsuelo.

Dado que la función principal de la asperjadora es asperjar de manera uniforme los productos

diluidos en agua sobre el cultivo, la investigación se limita a mencionar otros los implementos de

labores agrícolas que posean contacto directo con el suelo. Las fuerzas externas que actúan sobre el

suelo —en este caso— son el peso del tractor más el peso de la solución incorporada a la

asperjadora y el peso de la asperjadora en sí. La suma total del peso se transfiere al suelo mediante

las llantas traseras que son el principal punto de contacto con el suelo.

pág. 26

Con el objetivo de reducir la compactación en el suelo se ha incorporado cambios importantes en

el diseño de los equipos agrícolas modernos, pero algunos de estos cambios pueden aumentar el

problema de una forma indirecta. Por ejemplo, las llantas dobles y de alta flotación, los ejes tándem

y la tracción en las cuatro ruedas distribuyen el peso en una superficie mayor y, por lo tanto, causan

una menor compactación, condiciones éstas que permiten el trabajo de los equipos en suelos

húmedos. El problema radica en que estos equipos necesitan camellones más grandes al poseer

mayor área de contacto.

Para prevenir la compactación del suelo se hace necesario mencionar los factores relacionados

con la maquinaria, estos son: a) peso de la maquinaria; b) distribución del peso de la maquinaria; c)

ancho de los neumáticos; d) presión de inflado de los neumáticos; e) patinaje de las ruedas; f)

velocidad de trabajo; g) número de pasadas de la maquinaria. Lo ideal sería que la maquinaria, para

cumplir su función, prescindiera del contacto directo con el suelo como por ejemplo la flota aérea; o

sustituir la maquinaria por otra tecnología que aminore estos efectos mencionados. Tal es el caso de

la tecnología de riego por aspersión en máquinas de pivote central eléctricas —que se describe en el

siguiente epígrafe—, las cuáles pueden realizar la función de asperjar los productos químicos al

igual que la asperjadora.

1.4. Máquinas de riego por aspersión de pivote central

Los pivotes centrales son equipos ampliamente utilizados en la agricultura cubana. Según González

(2004) las primeras máquinas de pivote central, modelo Fregat, de acondicionamiento hidráulico y

aspersores de impacto sobre la tubería para el riego en la agricultura no cañera, se introdujeron al

país en 1977, beneficiando 469.7 ha; diez años después ya existían 209 máquinas regando un total

de 3247.64 ha.

pág. 27

La tecnología de riego actual, sin lugar a dudas, representa un salto cualitativo en las técnicas

productivas si se compara con las prácticas convencionales. Diversos autores catalogan la

tecnología de riego como el mejor sistema instaurado en la agricultura, teniendo como función el

traslado de agua desde la fuente de abasto hasta las raíces o el follaje de la planta como lo concibe

en este caso el riego asperjado. Los factores que se manejan para lograr que los cultivos dispongan

del agua necesaria y que su productividad sea óptima son: energía, agua, mano de obra y

sistematización o equipamiento, existiendo una completa interrelación entre ellos, de manera que

utilizar menos un factor implica mayor necesidad de otros (Tarjuelo, 1999).

La optimización del agua disponible para el riego debe abordarse desde distintos enfoques: 1)

programación de riegos para los cultivos existentes en una zona; 2) la mejora de la eficiencia de

aplicación de los sistemas de riego; 3) cultivos que permitan la mayor rentabilidad (económica,

social, etc.) del agua disponible (González, 2004).

Estos autores se enmarcan en la relación directa que posee el riego asperjado sobre los cultivos.

La relación agua–suelo–planta debe formular las obligaciones correctas para alcanzar el punto de

equilibrio. Cada variable depende una de la otra improvisando un ciclo. Al incorporar el sistema de

fertirriego, presente en este tipo de tecnologías, se condicionan nuevas medidas que son ventajosas

por las bondades que ofrece el fertirriego. Éste ha permitido aumentos importantes en la

productividad de los cultivos, lo que se traduce en un mejor control y aprovechamiento del agua y

los nutrientes. Ya no se habla de agua y nutrientes, sino de riego y nutrición, de balance hídrico y

nutricional, de monitoreo hídrico y monitoreo nutricional (Samuel, 2001). En el próximo acápite se

define el concepto de fertirrigación y su práctica en las actividades de saneamiento en los cultivos

de interés agrícola.

pág. 28

1.5. Fertirrigación

La fertirrigación se define como la aplicación de productos químicos solubles en agua inyectados a

la red de riego mediante una serie de equipos (Enríquez et al., 2009). Los tipos de aplicaciones

pueden ser mecánicas o agrícolas. Las mecánicas están encaminadas al mantenimiento de la

tecnología —la limpieza—; las agrícolas: su finalidad principal es la fertilización y el saneamiento

de los cultivos. En los dos casos se utiliza el sistema fertirriego como herramienta para el correcto

cumplimiento de los objetivos. La investigación comprende el proceso de fertirrigación pero esta

vez se maneja desde el punto de vista de la aplicación de los insumos químicos que están implicados

directamente con la protección fitosanitaria del cultivo de la papa.

La nueva tecnología de riego por aspersión (WESTERN) que ha sido introducida al país a partir

del año 2000 incluye el sistema de fertirriego, el cual puede cumplir la función de aplicar los

productos químicos a los cultivos mediante la red de riego. Los inconvenientes que presenta la

fertirrigación son los factores que afectan el correcto funcionamiento del sistema. De ellos se

desprende las propiedades de los productos químicos aplicados, la solubilidad, volatilidad,

capacidad de absorción por parte de las plantas y la movilidad en el suelo. En contraposición se

destacan, entre otros aspectos, la reducción de la compactación del suelo, la reducción de los daños

mecánicos al cultivo y la uniformidad de aplicación de los productos químicos.

La eficacia de la inyección de sustancias químicas depende del volumen del tanque de inyección,

de la proporción del producto químico diluido en el agua, de la exactitud de la dilución, la

potabilidad, los costos y la capacidad de unidad, en el método de operación y de las necesidades del

operador. Con respecto a dicho proceso lo más preocupante sería el riesgo que existe en contaminar

el manto freático por el escurrimiento de los productos químicos; y la eficiencia con que se

erradiquen las plagas y las enfermedades. Con respecto a los efectos de la compactación, en la

pág. 29

aplicación mecanizada de los productos químicos, el impacto es medible mediante el área que

compacta la máquina de riego.

1.6. Conclusiones parciales

Una vez concluido el análisis teórico respecto al tema de la compactación es importante referir

aquellas cuestiones de mayor relevancia que podrán aplicarse en el segundo momento de la

investigación. La compactación del suelo es un proceso artificial producido por las fuerzas externas

ocasionadas por la presión que ejercen el peso de la maquinaria agrícola sobre él. Aun así constituye

uno de los problemas principales de degradación no erosiva del suelo. Esto puede ser revertido por

el aumento de las propiedades biológicas que a su vez mejora las propiedades físicas.

Las arcillas son más propensas a sufrir los efectos de la compactación, ésta tiene su origen

mediante la aplicación al suelo de las fuerzas externas transferidas por la presión que ejerce el

tráfico de la maquinaria en las labores agrícolas. Los suelos con altos grados de compactación

sobrepasan el valor de 1.30 g/cm3 dificultando la capacidad agroproductiva. La humedad determina

las condiciones de tempero que posee el suelo influyendo en muchos casos que la maquinaria

agrícola modifique la estabilidad estructural del suelo imposibilitando la adaptación de los cultivos.

Como uno de los métodos para minimizar los efectos de la compactación está la sustitución de la

maquinaria por las tecnologías de riego actuales. Estas tecnologías son capaces de ejercer la misma

función (aplicar los productos químicos implicados en la protección fitosanitaria del cultivo a través

del sistema fertirriego acoplado a la máquina de riego de pivote central) que la asperjadora.

pág. 30

Capítulo 2. Programa y metodología de las investigaciones a realizar

En el capítulo anterior se organizaron contenidos acerca del estado del arte a partir de la praxis

investigativa teórica. La compilación de los criterios autorales analizados esclarece las ideas para el

cumplimiento de los objetivos propuestos, por lo que en este capítulo se describirán los materiales

que fueron necesarios para la realización del trabajo, así como los métodos empleados en la

búsqueda de los datos.

2.1. Delimitación del área de estudio

La Empresa Agropecuaria Valle del Yabú está situada en la periferia norte del municipio de Santa

Clara, Villa Clara. La misma comprende varias UBPC. Su misión es ofrecer en tiempo record los

servicios pedidos por las UBPC. Su visión es mantener una agricultura sostenible y de conservación

además de cubrir la demanda alimenticia de la población de Santa Clara. Las UBPC están dispersas

o pueden colindar entre sí unas de otras. Para el estudio del trabajo se seleccionó la UBPC #3 Jesús

Menéndez por el trascendental resultado y la eficiencia laboral que desarrollan el personal

contratado, que han llevado a la UBPC a ser centro de referencia nacional. La misma dispone de la

tecnología de pivote central para el riego asperjado. El área ocupada por la máquina eléctrica de

pivote central, que describe una circunferencia, abarca 17,3 ha en su totalidad. De este total, en la

contienda de papa 2013–2014 fueron dedicadas 8,10 ha para la plantación del cultivo de la variedad

Atlas, con fecha de plantación 5 de enero de 2014. .

pág. 31

Este cultivo es muy vulnerable al ataque de plagas y enfermedades. La empresa responde

mediante los métodos de aspersión por maquinaria de productos químicos a las exigencias del

cultivo en correspondencia a la carta fitosanitaria de la variedad. Esto implica un deterioro del suelo

a partir del cambio de estado de su estructura conducido por las fuerzas antrópicas, por lo que la

compactación ha sido enmarcada en el objeto de estudio del trabajo.

La instalación de la tecnología de pivote central en la UBPC #3 contribuye al ahorro de agua y

energía. Esta tecnología, comparada con los métodos convencionales, posee grandes ventajas con

respecto al aprovechamiento de los recursos naturales y al cuidado del medio ambiente. La

adquisición de estas máquinas tiene como objetivo principal reforzar el programa de conservación

de los suelos de nuestro país. A continuación se caracterizará la máquina eléctrica de pivote central

como sistema, y sus componentes de fertirriego, con los cuales la UBPC #3 Jesús Menéndez cumple

la función del riego.

2.2. Caracterización de la tecnología de pivote central

Como se había mencionado anteriormente, la tecnología de pivote central para el riego asperjado

contribuye de manera eficiente al ahorro de agua y energía. También se requiere de muy poco

mantenimiento, mano de obra y energía para el correcto funcionamiento de la máquina, aunque

implica una inversión inicial apreciable para la instalación del sistema. El coste total de la máquina

se puede observar en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1. Inversión de la tecnología Pívot

Máquina Máq. Sub-total Importación Total Riego Mon. TOTAL

MCUC MCUC (MCUC) (MCUP) (MCUC) (MCUP)

UBPC #3 41.703,12 59.929,49 2397,1796 3595,7694 62326,6696 4204,5894 66531,259

La máquina, marca WESTERN, tiene una longitud de 239 m. Su movimiento puede ser en

ambos sentidos pero, teniendo en cuenta las medidas de protección y mantenimiento de la

pág. 32

tecnología, se realiza a favor de las manecillas del reloj. Asimismo el sistema automatizado se

compone de un brazo regador que se apoya en las torres de soporte y traslado; en este caso la

máquina consta de cuatro torres que le proporcionan una longitud desde el pivote hasta la última

torre de 212,8 m, más la longitud de la consola final que es de 26,2 m y un radio de alcance de la

última boquilla de 2 m. El pivote (de altura 4 m) dispondrá de un completo cuadro de control, así

como el material eléctrico necesario para el cableado de la máquina y el panel principal donde se

encuentra el sistema de mando. (Véase figura 2.1.)

El brazo regador (que gira sobre su vórtice describiendo una circunferencia) forma un arco entre

torre y torre que ayuda a la distribución de pesos y cargas, equilibrado a su vez por una estructura

metálica en forma de barco. En cada torre está ubicado un motor eléctrico de conexión trifásica,

Figura 2.1. Máquina eléctrica de pivote central utilizada para el riego en el cultivo de la papa en la UBPC #3

Jesús Menéndez de la Empresa Agropecuaria Valle del Yabú

pág. 33

conectados a su vez a reductores que le permiten el movimiento a la máquina. Por los tirantes se

transporta cierta masa de agua que permiten una aplicación uniforme, ya sea en un terreno llano o en

un terreno medianamente ondulado sin pendientes pronunciadas, debido al diseño del aspersor o

boquilla que asperjan uniformemente la cantidad de agua expulsada; esto es posible porque un

regulador de presión trabaja alrededor de los 20 PSI. Unido a ello se suma la pluviometría que va

aumentando desde el pívot hasta el extremo, por lo que el sistema realiza una distribución del agua

muy uniforme y eficiente. El caudal de esta máquina es de 23,45 l/s para una eficiencia del sistema

del 85 %. La máquina además dispone de un control de alineación, el cual da la orden de parada en

caso de averías. El contacto con el suelo es mediante los neumáticos de 14,9 x 24 pulgadas de

llantas de alta flotación.

La tecnología pívot comprende en su conjunto el sistema de fertirriego, el cual se compone de un

filtro de malla, válvulas de seguridad y anti–retorno, accesorios (manguera reforzada) de aspiración

e impulsión y el depósito de capacidad 1400 litros, y la bomba dosificadora.

2.3. Bomba dosificadora

El uso de las bombas dosificadoras a través de un sistema de riego por aspersión de pivote central

permite aplicar fertilizantes y productos químicos de forma precisa, oportuna y rentable, por lo que

la máquina puede cumplir con la función de fertirrigar (aplicación de abonos, nutrientes y

productos químicos: insecticidas, fungicidas, herbicidas). Esto es posible por el equipo de inyección

o bomba dosificadora que tiene incluido el sistema. El equipo de inyección (Figura 2.2a) se

compone de: motor, regulador, módulo motor, soporte, cilindros, módulo adicional y bloque motor.

En conjunto con el equipo de inyección está instalado el agitador (Figura 2.2b) que cumple con la

función de solubilizar en agua los componentes que van a ser inyectados al pivote.

pág. 34

a b Figura 2.2. Bomba dosificadora para la inyección de líquidos y agitador con depósito

Existen dos modelos de inyector multifertic:

1. Multifertic MF 1. Una inyección por segundo.

2. Multifertic MF 2. Dos inyecciones por segundo.

La Tabla 1 de los anexos relaciona el caudal y la presión de acuerdo al módulo de fabricación

del modelo MF 2, comprendido en el equipo de inyección.

El funcionamiento consiste en que el motor eléctrico transmite su potencia a través de un

reductor, formado por un piñón y una corona solidaria a un eje y a una excéntrica que empuja y

retorna alternativamente un vástago al cual va roscado el pistón.

Al no ser necesario un muelle para el retorno del pistón (retorno positivo), el motor transmite

toda su potencia tanto a la inyección como a la aspiración, ahorrando energía, evitando averías y

asegurando una dosificación perfecta y de gran precisión.

El regulador micrométrico aumenta o disminuye la carrera del vástago y el pistón a través de un

manguito roscado, variando el caudal inyectado. El caudal de dosificación es regulable desde el 0

hasta el 100 %.

pág. 35

El esfuerzo que se requiere para agitar una solución en un balde no es la misma que en un

depósito. En este último caso, se podría requerir un agitador mecánico para conseguir un buen grado

de homogeneidad de la solución. Las Tablas 2 y 3 de los anexos muestran las características del

motor de inyección ITC con su correspondiente agitador.

Los pivotes pueden ser usados en muchos tipos de suelo y con diferente pendiente. Cuando estas

sean elevadas y en suelos arcillosos o en suelos en los que la infiltración sea baja, el uso de pivotes

puede plantear problemas, fundamentalmente por la alta intensidad de aplicación de agua en el

extremo inicial del pivote. En el próximo epígrafe se hace referencia al tipo de suelo presente en el

área de estudio.

2.4. Calibración de la bomba dosificadora

Para la calibración del dosificador fue necesario un cronómetro para medir el tiempo, una probeta

transparente graduada en mililitros (ml) con un volumen conocido de 2 000 ml para obtener una

medida exacta en la medición del recipiente con el que se trabajó. El diseño de este recipiente fue el

adecuado para lograr un volumen de 20 000 ml. La máquina se mantuvo en funcionamiento

aplicando el riego en el parqueo.

Con la probeta transparente graduada se vertió agua al recipiente hasta obtener una medida

exacta de 20 000 ml. Se bombeó esta agua a través del dosificador. Para esto fue necesario

desconectar la manguera que acopla al recipiente original instalado en la caseta del pivote con

capacidad, en este caso, de 1 400 000 ml y se introdujo en el nuevo recipiente con agua; se anotaron,

utilizando el cronómetro, las lecturas de los periodos de tiempo regulados en las dosis de flujo por la

escala de porciento del dosificador, en lo que demora en gastarse los 20 000 ml. El dosificador

cuenta con una escala de cero a 100 %, la cual permite la regulación porcentual.

pág. 36

Para la evaluación de la bomba dosificadora se comenzó a partir de la regulación de 10 hasta el

100 %, tomando una lectura por cada por ciento con intervalos de 10. Antes de comenzar la

evaluación del dosificador se revisaron minuciosamente todos los accesorios del sistema fertirriego,

para evitar tupiciones en las mangueras, en el filtro y en las válvulas, que obstruyeran el paso total y

uniforme del agua, y por consiguiente, introdujeran algún error en la evaluación.

En el transcurso de la revisión de los accesorios se procedió a desarmar cada componente por

separado para verificar la limpieza del dosificador. Una vez comprobada la limpieza, se situó cada

accesorio en su lugar.

2.5. Asperjadoras

La importancia de obtener buenos resultados en la cosecha de la papa recae en mantener el cultivo

libre de plagas y enfermedades. En la primera etapa el cultivo manifiesta la formación de

tubérculos. Si ese periodo se mantiene libre del oomicete como principal patógeno se inducirá la

formación de tantos tubérculos como la genética de la planta pueda expresar bajo condiciones

específicas de manejo. En la empresa la asperjadora de arrastre (marca: JACTO, modelo: Advance

2000 AM 18) es quien cumple la función del saneamiento del cultivo. A continuación se desglosa

las partes que la componen:

Tanque: construido en polietileno roto moldeado, de formato y diseño moderno para facilitar

el escurrimiento del producto. 2000 litros de capacidad, marcador de nivel con escala

graduada, abastecedor de carga de 300 litros/minuto, modelo JP 150, que trabaja con la

misma bomba de pulverización. La agitación de la mezcla se realiza por agitador

mecánico.Tanque adicional de 200 litros.

Chasis: altamente resistente. Su acoplamiento al tractor es por remolque.

pág. 37

Comando: cuerpo de plástico, con 4 vías. De presión inconstante, (CPR: Control

proporcional a las revoluciones), posee tres características especiales: A) Permite cerrar una

ó más vías, sin que se altere la presión. B) Ante variaciones de + ó - 20 % en la TDF,

siempre en la misma marcha, mantiene constante el caudal en litros/ hectárea, variando la

presión. C) Se opera desde la cabina del tractor, mediante una llave eléctrica que permite

abrir y cerrar la pulverización general, mientras que cada segmento se sigue cerrando y

abriendo mecánicamente.

Bomba: de cuatro pistones, cuerpo de fundición y camisas de cerámica (alta resistencia al

desgaste). Se acopla a la TDF del tractor, mediante un mando cardánico. Su capacidad a 540

rpm en la TDF es de 150 litros/minuto. Modelo JP–150.

Filtro principal: de fácil acceso, con sistema de cierre rápido, malla 60, fácil de limpiar.

Modelo FVS–200. Doble.

Filtros de línea: posee 4; uno para cada vía. Son de malla 80, lo que les confiere una gran

capacidad de filtrado, protegiendo a las boquillas. Soportan hasta 300 lb/pulg2.

Barras: de 18 metros de largo. Son totalmente hidráulicas, y se operan desde el comando

Master Flow eléctrico, a través de llaves y electro válvulas. El sistema hidráulico (Bomba,

comando y depósito), está incorporado al equipo y se acciona conjuntamente con la bomba

de pulverización.

Depósito de agua limpia: para el lavado de las manos. Capacidad 13 litros.

Depósito incorporador, pre–mezclador y lava envases: agiliza las tareas del operador y

protege el medioambiente, dejando los envases completamente limpios.

Porta boquillas: Bijet con válvula anti–goteo y filtro, espaciadas a 50 cm (49 en total).

Línea de pulverización: construida en cañería de acero inoxidable.

pág. 38

Rodado: cross 12.4 x 36 (incluye neumáticos). La trocha se puede variar de 1.80 metros a

2.25 metros en posiciones infinitas. El despeje libre del eje al suelo es de 63 cm.

Tara: 1830 kg.

La asperjadora de alta presión es similar a la asperjadora de baja presión, excepto que puede

operar a presiones mayores de 250 psi. Funciona con motores eléctricos o de gasolina. Las ventajas

que presenta son: a) es útil para muchos trabajos; b) tiene suficiente presión para penetrar el follaje

denso y alcanzar árboles y arbustos; c) está bien construida y es duradera; d) generalmente tiene

agitadores mecánicos los cuales son apropiados para mantener en suspensión en el tanque a los

polvos humedecibles; e) se le adaptan mangueras largas y se pueden hacer aplicaciones en lugares

inaccesibles. Las desventajas se resumen en: a) es costosa; b) descarga grandes cantidades de agua y

requiere llenar el tanque a menudo; c) a causa de las presiones altas el viento carga más fácilmente

las gotas de la aspersión.

2.6. Análisis estadístico

Se aplicó un muestreo aleatorio simple, en el cual se calculó el tamaño de muestra representativo

para las poblaciones objeto de estudio. Se establecieron tres tratamientos a tres profundidades y se

comparó el comportamiento de las variables unas con respecto a las otras con el objetivo de

determinar si existen o no diferencias significativas. El análisis se realizó para un nivel de confianza

del 95 %. Los valores a las tres profundidades fueron tomados a partir de 11 riegos y 11 aspersiones

de productos químicos. Una vez tomado los datos, tamaño de muestra y población infinita se

elaboraron las tablas de normalidad de los datos y contraste de varianzas. Para el análisis y

procesamiento de datos se utilizaron los software: StatGraphics y el EXCEL de Microsoft.

pág. 39

2.7. Estrategia fitosanitaria del cultivo de la papa

En la actualidad el cultivo de la papa en Cuba depende, esencialmente, de las importaciones de

semilla asexual de Holanda y Canadá. En consecuencia el desarrollo del tizón tardío está supeditado

en gran medida a la situación fitosanitaria de los tubérculos importados (Pérez, 1995), a la

frecuencia, calidad y dinámica de los frentes fríos que entran a la isla y que garantizan condiciones

del tiempo favorables para el desarrollo del oomicete, así como al manejo del patógeno en áreas

productoras del tubérculo (Gómez, 1999).

El tizón tardío en América del Norte está caracterizado por un rápido incremento de la

incidencia y severidad, y por el cambio dramático en las poblaciones del patógeno, existen

genotipos más agresivos, adaptados y virulentos, mayor posibilidad de reproducirse sexualmente y

ser resistentes a ciertos fungicidas (Hernández, 2005). Por esta razón es que en Cuba se traza un

plan fitosanitario para erradicar o prevenir la aparición del patógeno; y no solo de éste sino también

de las demás plagas que afectan directamente al cultivo. En la Tabla 4 de los anexos se hace

referencia a la dosis y el número de tratamientos por producto a aplicar en 72 hectáreas.

La estrategia fitosanitaria fue brindada por la empresa provincial de sanidad vegetal. La misma

comprende las campañas 2013–2014 y 2014–2015. En la tabla se observa que para obtener la

cantidad de producto a aplicar sobre el cultivo hay que recurrir a la siguiente ecuación:

𝐶𝑝 =𝐷 × 𝑁𝑡 × 𝐴

1000

(2.1)

Donde:

Cp, Cantidad del producto total de acuerdo al área (kg);

D, Dosis del producto a aplicar por hectáreas (kg/ha);

Nt, Número de tratamientos o frecuencia de aplicación;

pág. 40

A, Área (ha).

De igual modo se establecen volúmenes limítrofes para la aspersión en una hectárea. La Tabla

2.2 relaciona los volúmenes mínimos que deben cumplirse para realizar un saneamiento eficaz.

Tabla 2.2. Aplicación de productos a bajo volumen

Tratamiento Líquidos (L/ha) Polvos (L/ha) Definición

Herbicidas 20–50 40–50 Aspersión mediana

Insecticidas 20–50 Aspersión mediana

Fungicidas Contacto 50–150

Aspersión mediana Sistémico 20–50

2.8. Metodología para la determinación de las propiedades físico–mecánicas

relacionadas con la maquinaria y la compactación

En este acápite se hará mención a la expresión matemática para el cálculo del índice de cono y la

metodología empleada para conocer, en un futuro, el estado del suelo en el área de estudio. La

investigación se afilia a la metodología aplicada en la tesis doctoral del Dr. Miguel Rodríguez

Orozco, quien describe lo siguiente:

El suelo posee cierta capacidad para permitir el paso de la maquinaria agrícola causando la

menor compactación. Para conocer esta capacidad se hace necesario hacer un estudio del

comportamiento de su resistencia mecánica in situ, lo cual se determina estudiando el

comportamiento de sus propiedades físico–mecánicas, caracterizadas internacionalmente por:

El índice de cono para los diferentes estados estructurales y de humedad.

Coeficiente Volumétrico de Resistencia a Compresión o el aplastamiento para los diferentes

estados estructurales y de humedad.

Estado estructural del suelo, caracterizado por su densidad aparente.

El contenido de agua o humedad en los poros del suelo.

pág. 41

La cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo, en las condiciones de alta humedad.

La capacidad de compactación ante diferentes esfuerzos (energías) y condiciones de

humedad.

El penetrómetro utilizado en la investigación es de punta con área de 1,3 cm2 para suelos duros.

Posee además un dinamómetro o un resorte con una escala graduada en milímetros que indica su

deformación. Éste permite determinar la fuerza de penetración obteniéndose una lectura directa.

El índice de cono se determina para cierto intervalo de profundidad. En todos los casos se

determinó a tres profundidades: 7,5; 12,5; y 17,5 cm, siguiendo el muestreo completamente al azar

en el área bajo estudio y buscando diferentes contenidos de humedad. Las réplicas comprenden la

huella de la asperjadora, el surco, la calle y la huella de la máquina de riego. El área se encontraba

humedecida en el momento de las mediciones con una programación de riego de un riego cada

cuatro días, con acumulado de 11 riegos; y 11 fumigaciones con la asperjadora. Se calcula como:

𝐼𝑐 =𝐹

𝐴𝑐=

𝐾∆𝑋

1000 × 𝐴𝑐

(2.2)

Donde:

Ic, Índice de cono en el intervalo y–z (Pa);

F, Esfuerzo con que se realiza la penetración (N);

K, Constante elástica del muelle del penetrómetro (N/m);

∆X, Lectura de la deformación del muelle (mm);

Ac, Área frontal de la punta del cono (m2).

Esta expresión matemática fue adquirida de la tesis doctoral «Fundamentación del uso de rodaje

por semiesteras en las cosechadoras cubanas de caña de azúcar para trabajar en suelos de mal

drenaje con condiciones de alta humedad» (Rodríguez, 1999). Por tanto se espera conocer el estado

pág. 42

del suelo con respecto a la resistencia mecánica dado el valor del índice de cono, a partir del cual se

procede a determinar el grado de compactación. Este da una medida del incremento o disminución

de la compactación de un suelo después de realizar una operación tecnológica determinada mediante

la siguiente expresión:

𝐶 = [𝐼𝐶𝑑𝑡 − 𝐼𝐶𝑎𝑡

𝐼𝐶𝑎𝑡] × 100

(2.3)

Donde:

ICdt, Índice de cono después del paso del equipo (Pa);

ICat, Índice de cono antes del paso del equipo (Pa);

C, Compactación del suelo.

Esta expresión matemática fue adquirida del artículo «Semirremolque autobasculante con

neumáticos de alta flotación para el transporte de la caña de azúcar» (González et al., 2005).

Para calcular la presión ejercida por la maquinaria al suelo se tienen en cuenta el peso, el tipo de

neumático y el área de contacto que tienen las máquinas con el suelo (González et al., 2007). Los

neumáticos que se evaluaron fueron los del eje delantero y el eje trasero del tractor, además se

tuvieron en cuenta los neumáticos de la asperjadora y los de la MPC. Para ello se procede a la

siguiente ecuación:

𝐴𝑐 = 𝑏𝑐 × 𝑙 (2.4)

Donde:

Ac, Área de contacto;

bc, Ancho del área de contacto;

l, Longitud de contacto.

Se desconoce bc y l, para ello tenemos lo siguiente:

pág. 43

𝑏𝑐 = 0,87 × 𝑏 (2.5)

Donde:

b, Ancho del neumático (Tabla 2.3).

𝑙 = 2√𝛿(𝑑 − 𝛿) (2.6)

Donde:

δ, Deflexión del neumático;

d, Diámetro exterior del neumático.

Tabla 2.3. Características de los neumáticos mas comunes en Cuba

Tipos de neumáticos Dimensiones (m)

b d δ

15,5 x 38 0,39 1,57 0,06

16,9 x 30 0,43 1,47 0,07

16,9 x 38 0,43 1,68 0,07

18,4 x 30 0,47 1,55 0,08

18,4 x 34 0,47 1,64 0,08

18,4 x 38 0,47 1,75 0,08

20,8 x 38 0,53 1,84 0,08

7,0 x 20 0,20 0,94 0,03

12,4 x 36 0,31 0,91 0,03

Queda conocer la presión que se ejerce sobre el suelo, esta se determina mediante la siguiente

ecuación:

𝑃𝑠𝑠 =𝐺𝑡𝑟

𝐴𝑐

(2.7)

Donde:

Pss, Peso sobre el suelo;

Gtr, Peso.

Téngase en cuenta que estas expresiones matemáticas se extrajeron del artículo «Modelación

matemática de la superficie de contacto suelo-neumático» (González et al., 2007).

pág. 44

Capítulo 3. Resultados y discusión

En este capítulo se mostrarán los resultados que se alcanzó en la praxis investigativa, empleando las

metodologías convenientes para su desarrollo con énfasis en la tecnología agrícola.

3.1. Índice de compactación del suelo provocado por ambos procesos

Es indispensable el servicio por parte de la empresa para la erradicación de las plagas y

enfermedades mediante la asperjadora. Su funcionamiento implica graves afectaciones al suelo

producto de la compactación. De igual modo la MPC depende de las torres de soporte y traslado

para su correcto funcionamiento agravando también la capa activa del suelo.

Estos suelos pertenecientes a la Empresa Agropecuaria Valle del Yabú, de forma general, se

caracterizan por ser suelos pardos sin carbonatos, plastogénicos medianamente humificados, de 30 a

35 cm de profundidad efectiva y ligeramente ondulado. La textura es arcillosa del tipo 2:1 lo que le

proporciona una alta retención del agua, con excepción de pequeñas áreas donde los suelos son más

arenosos. Las características hidrofísicas no poseen grandes variaciones y la capacidad de campo

sobre la base del suelo seco varía de 48 a 53 % y la densidad aparente promedia sobre el valor de

1.0 g/cm³.

En este acápite se determinará el efecto causado al suelo por ambas tecnologías mediante la

expresión matemática para la determinación del índice de cono que pueden causar en la

modificación estructural del suelo y las propiedades físico–mecánicas. Para obtener los

pág. 45

resultados correspondientes de la resistencia a la penetración se decidió realizar un análisis

estadístico para probar las diferencias entre las variables en cuestión.

Para el correspondiente análisis estadístico de los resultados obtenido de las mediciones se

examinó la normalidad de los datos para cada uno de los factores tenidos en cuenta. En el caso del

factor «profundidad» se obtuvo que los valores no se correspondían con los parámetros de una

distribución normal según los resultados mostrados en la Tabla 3.1, en ésta se observa las pruebas a

las tres profundidades, los p–valores son:

Tabla 3.1. Resumen del análisis de la normalidad para índice de cono de cada una de las profundidades

Profundidad Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste P-valor

25 cm 731,778 0,0

125 cm 666,222 0,0

175 cm 607,778 0,0

Como los p-valores son menores que 0,05, se rechaza la idea de que las distribuciones de los

valores se ajusten a una distribución normal. Desde esta apreciación se decidió seguir un análisis

bifactorial de «tecnología» contra «profundidad» para determinar la independencia, o no, de los

resultados obtenidos de la interacción entre la «tecnología» y la «profundidad». La Tabla 3.2 se

desprende del análisis obtenido con respecto a la variable «índice de cono»:

Tabla 3.2. Análisis de la Varianza para índice de cono. Sumas de Cuadrados de Tipo III

Fuente Suma de

cuadrados

GL Cuadrado Medio Cociente-F P-Valor

Efectos principales

A:Profundidad 38570,5 2 19285,3 1969,56 0,0000

B:Tecnología 8577,69 2 4288,84 438,01 0,0000

Interacciones

AB 43,4722 4 10,8681 1,11 0,3504

RESIDUOS 10486,9 1071 9,79168

Total (corregido) 57678,6 1079

Los cocientes F están basados en el error cuadrático medio residual

Para los estadísticos descriptivos de los promedios según «tecnología» y «profundidad» y por

separados se obtuvo la Tabla 3.3:

pág. 46

Tabla 3.3. Medias por mínimos cuadrados para índice de cono con 95,0 intervalos de confianza

Nivel Cantidad Media Error Estándar Límite Inferior Límite Superior

Media Total 1080 24,5361

Profundidad

1 360 17,2917 0,164922 16,9684 17,6149

2 360 24,3889 0,164922 24,0656 24,7121

3 360 31,9278 0,164922 31,6045 32,251

Tecnología

1 360 27,2361 0,164922 26,9129 27,5594

2 360 25,725 0,164922 25,4018 26,0482

3 360 20,6472 0,164922 20,324 20,9705

Profundidad según Tecnología

1 1 120 20,0167 0,285653 19,4568 20,5765

1 2 120 18,1917 0,285653 17,6318 18,7515

1 3 120 13,6667 0,285653 13,1068 14,2265

2 1 120 26,9 0,285653 26,3401 27,4599

2 2 120 25,9083 0,285653 25,3485 26,4682

2 3 120 20,3583 0,285653 19,7985 20,9182

3 1 120 34,7917 0,285653 34,2318 35,3515

3 2 120 33,075 0,285653 32,5151 33,6349

3 3 120 27,9167 0,285653 27,3568 28,4765

La Tabla ANOVA descompone la variabilidad de índice de cono en las contribuciones debidas a

varios factores. Puesto que se ha elegido la suma de cuadrados Tipo III (valor por defecto), se ha

medido la contribución de cada factor eliminando los efectos del resto de los factores. Los p–valores

comprueban la importancia estadística de cada uno de los factores. Dado que dos p–valores son

inferiores a 0,05, estos factores tienen efecto estadísticamente significativo en «índice de cono» para

un 95,0 %.

En la Figura 3.1 se muestra la comparación de los promedios por «profundidad» y «tecnología»

por separado:

pág. 47

Figura 3.1. Análisis de comparación de los promedios por profundidad y tecnologías por separado

Las próximas pruebas mostrarán los contrastes de varianzas a las que fueron sometidas las

muestras, teniendo siempre en cuenta como variable principal el «índice de cono»:

De acuerdo con el factor profundidad:

Contraste de Varianza:

Contraste C de Cochran: 0,416271; p–valor = 0,000112157

Contraste de Bartlett: 1,01746; p–valor = 0,0000905194

Contraste de Hartley: 1,56998

Test de Levene: 4,99118; p–valor = 0,00695571

Tabla 3.4. Contraste de Kruskal–Wallis para índice de cono según profundidad

Profundidad Tamaño muestral Rango Promedio

1 360 220,882

2 360 542,124

3 360 858,494

Estadístico = 753,525 p–valor = 0,0

Contraste Múltiple de Rango:

1

2

3

Gráfico de Cajas y Bigotes

0 10 20 30 40 50

Índice de cono

Pro

fundid

ad

pág. 48

Tabla 3.5. Contraste Múltiple de Rango para índice de cono según profundidad

Método: 95,0 porcentaje LSD

Profundidad Cantidad Media Grupos homogéneos

1 360 17,2917 A

2 360 24,3889 B

3 360 31,9278 C

Contraste Diferencias +/- Límites

1 – 2 *-7,09722 0,615337

1 – 3 *-14,6361 0,615337

2 – 3 *-7,53889 0,615337

* indica una diferencia significativa

De acuerdo con el factor Tecnología:

Contraste de Varianza:

Contraste C de Cochran: 0,352925 p–valor = 0,501646

Contraste de Bartlett: 1,00243 p–valor = 0,271238

Contraste de Hartley: 1,17133

Test de Levene: 0,934016 p–valor = 0,393291

La Tabla 3.6 determina el análisis de varianza respecto a los factores:

Tabla 3.6. Tabla ANOVA para índice de cono según tecnología

Fuente Sumas de cuad Gl Cuadrado Medio Cociente-F P-Valor

Entre grupos 8577,69 2 4288,84 94,07 0,0000

Intra grupos 49100,9 1077 45,5904

Total corregido 57678,6 1079

Contraste Múltiple de Rango:

pág. 49

Tabla 3.7. Contraste Múltiple de Rango para índice de cono según tecnología

Método: 95,0 porcentaje LSD

Tecnología Cantidad Media Grupos homogéneos

3 360 20,6472 A

2 360 25,725 B

1 360 27,2361 C

Contraste Diferencias +/- Límites

1 – 2 *1,51111 0,986392

1 – 3 *6,58889 0,986392

2 – 3 *5,07778 0,986392

* indica una diferencia significativa

Una vez establecida las pruebas de contraste de varianzas, donde estadísticamente se demostró

que existen diferencias significativas en cada uno de los casos estudiados, se procede a desarrollar la

metodología a seguir en este tipo de investigación. Para ello y atendiendo a esta estimación nos

remitimos a la ecuación 2.2 para el cálculo la cual proyectó lo siguiente:

Tabla 3.8. Índice de cono para los distintos tratamientos

Tratamiento Profundidad (mm) Ic (Pa) F (N) K (N/m) ∆X (mm) Ac (m2)

Huella Asperjadora

75

743,69 96,68 4,83 20,02 0,00013

Surco 245,22 31,87 4,83 6,6 0,00013

Calle 507,77 66,01 4,83 13,67 0,00013

Huella MPC 675,89 87,86 4,83 18,19 0,00013

Huella Asperjadora

125

999,44 129,93 4,83 26,9 0,00013

Surco 478,66 62,22 4,83 12,88 0,00013

Calle 756,39 98,33 4,83 20,36 0,00013

Huella MPC 962,59 125,14 4,83 25,91 0,00013

Huella Asperjadora

175

1292,64 168,04 4,83 34,79 0,00013

Surco 722,33 93,90 4,83 19,44 0,00013

Calle 1037,21 134,84 4,83 27,92 0,00013

Huella MPC 1228,86 159,75 4,83 33,08 0,00013

La Tabla 3.8 muestra los tratamientos comprendidos para las distintas profundidades a las que se

obtuvo, mediante el índice de cono, la presión ejercida sobre el suelo por ambas tecnologías. El

tratamiento «calle» se tomó como referente para analizar las diferencias significativas entre todos y

también con respecto a ellos mismos confirmando que existen marcados intervalos del índice de

pág. 50

cono entre tratamientos. Al analizar la resistencia a la penetración en los tratamientos «huella de la

asperjadora» y «huella de la MPC» con respecto al tratamiento «calle» se encontraron diferencias

significativas en los tres casos. Al comparar el efecto del tránsito de la asperjadora se aprecia que se

incrementa la resistencia a la penetración con respecto al tránsito de la MPC, aunque este intervalo

es apreciable no existen diferencias significativas con respecto al índice de cono entre estos dos

tratamientos.

Estos resultados se muestran también en la Figura 3.2 la cual toma en consideración que a

medida que la profundidad sea mayor, también será mayor la resistencia a la penetración en el suelo,

o lo que es lo mismo que a medida que se profundiza en el suelo el índice de cono aumenta, siendo

directamente proporcional. Esto sucede para ambos tratamientos.

Figura 3.2. Índice de cono en el área de estudio

La Figura 3.3 determina el grado de compactación que sufre el suelo en las tres profundidades

representadas. Por un lado la «huella de la asperjadora» representa los mayores valores del grado de

compactación, mientras que por el otro estos valores son menores con respecto al primero variando

en sus intervalos. Al evaluar el efecto de la compactación que provocan las dos tecnologías con

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Huella Tractor Surco Calle Huella Máq.

Índ

ice

de

co

no

(P

a)

Profundidad 75 mm

Profundidad 125 mm

Profundidad 175 mm

pág. 51

respecto al testigo se aprecia que la asperjadora provoca un mayor grado de compactación que la

MPC. Lo mismo un tratamiento que el otro muestran que existe un mayor grado de compactación en

la capa superficial del suelo que en las demás. Esta situación va decreciendo a medida que se

profundiza en el suelo. La causa fundamental de este resultado es debido a la alta presión sobre el

suelo que ejerce tanto la asperjadora como la MPC, determinado por el peso de cada cual y el diseño

de los neumáticos además de las presiones de inflado.

Figura 3.3. Grado de compactación por ambas tecnologías

Ante estos resultados es necesario considerar el uso de la asperjadora en función de la

conservación del suelo y asumir la práctica de la aplicación mecanizada de los productos químicos

mediante la MPC que incide en menor medida en el grado de compactación del suelo. Posesionando

las perspectivas positivas de la MPC se logra una cultura de preservación del recurso suelo.

47%

32%

25%

33%

27%

18%

75 125 175

Profundidad (mm)

Gra

do

de

co

mp

acta

ció

n

Huella del tractor

Huella de la MPC

pág. 52

3.2. Caracterización del proceso de la aplicación mecanizada de los productos

químicos

En el desarrollo vegetativo del cultivo de la papa a cada fase fenológica le corresponde cierta

cantidad de milímetros de agua, de tal manera que pueda suplir la demanda del cultivo y humedecer

la capa activa del suelo que es donde se están desarrollando el 80 % de las raíces de la planta.

Para el estudio del comportamiento de la MPC, se tuvieron en cuenta los parámetros de

funcionamiento y puesta en marcha con el objetivo de comprobar si esta tecnología puede suplir la

función que realiza la asperjadora. La Figura 3.4 de la MPC se refiere a la relación existente entre la

«Regulación del Cronómetro en porcentaje y el Tiempo en minutos» para el tiempo de riego; y para

la pluviometría la Figura 3.5 se refiere a la «Regulación del Cronómetro en porcentaje y Aplicación

de agua en milímetros». Mediante la obtención de las ecuaciones exponenciales de estas figuras se

pudo calcular la cantidad de agua exacta a asperjar para una determinada velocidad de recorrido de

la MPC y el tiempo en que demora la misma en llegar al punto de partida. Los resultados mostraron

que la MPC se comporta igual a la carta de operación brindada por el fabricante.

y = 45927x-0.995

R² = 0.9998

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Re

gula

ció

n C

ron

óm

etr

o (

%)

Tiempo (min)

pág. 53

Figura 3.4. Tiempo de riego de la MPC en la UBPC #3

Figura 3.5. Línea de tendencia de la pluviometría UBPC #3

En el transcurso de la praxis in situ se detectó que los operarios desconocen el funcionamiento

exacto de la tecnología de riego. Esto trae como deficiencia las formas prácticas de operación

actuales de este equipamiento moderno de fertirriego y el alto grado de empirismo empleado por los

operarios encargados de su puesta en funcionamiento, supervisión y control. Además se detectó la

ausencia de una guía práctica pero científicamente estructurada que les permita fijar valores

concisos en los parámetros de operación, de acorde con las necesidades reales del cultivo en

producción, dado por el grado de infestación. Estas limitantes conducen a problemas de aplicación

de los productos mediante el fertirriego, como son la inexactitud de las dosis a diluir en el depósito

y el ajuste del cronómetro de la MPC y de la Bomba Inyectora (BI).

La BI es la encargada de enviar el producto químico diluido al interior del pivote para mezclarse

con el agua de riego. Hasta ahora se conoce su funcionamiento pero no se tiene pleno dominio del

y = 368.22x-1

R² = 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 20 40 60 80 100 120 140

Re

gula

ció

n C

ron

óm

etr

o (

%)

Aplicación de Agua (mm)

pág. 54

caudal de entrega. Se hizo necesario entonces evaluar la BI para obtener la información necesaria y

con esto justificar el programa de saneamiento para la campaña de papa. El caudal de inyección de

la BI y la relación que existe entre este caudal y la regulación porcentual del cronómetro se pudo

conocer mediante la Figura 3.6 que se muestran a continuación.

Figura 3.6. Línea de tendencia del dosificador perteneciente a la UBPC #3

Para mantener la aplicación mecanizada de los productos quimicos en un programa de

saneamiento fijado en las dos etapas de riego del cultivo de la papa, la primera variable a tener en

cuenta es el porcentaje de regulación del cronómetro de la MPC. Éste determina la cantidad de

milímetros de agua a aplicar al cultivo y regula la parte mecánica (brazo) de la MPC relacionada

con el movimiento rotacional de la misma que a su vez regula el tiempo de riego para un cuadrante

que, para lograr un comportamiento adecuado, debe ser igual al tiempo de trabajo de la BI. Esta

última al igual que la MPC consta de una regulación de inyección determinada por la escala

graduada en un porcentaje, la cual limita el tiempo de inyección. Por tanto, la variable «tiempo» es

definitoria para los dos componentes: MPC y BI.

y = 0,035x - 0,005R² = 1

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Cau

dal

de

inye

cció

n e

n L

/min

Regulación porcentual

pág. 55

Como se había dicho anteriormente el régimen de trabajo de la BI está dado por una escala de

porcentaje; comienza del 10 al 100 % con intervalos de 10, los cuales definen un volumen preciso

para que no existan posibilidades de faltante de la solución, previniendo que la máquina se quede

ociosa en este propósito, o exceso de la misma para no malgastar recursos.

Para el cumplimiento de lo anterior y conjuntamente con los propósitos de la investigación

resulta de interés, no solo académico sino práctico, el disponer de una tabla de valores que,

mediante su consulta directa, le permita tanto al especialista como al operador el relacionar

variables básicas de operación. Estas variables se resumen en el volumen de solución del producto

para el depósito de la BI, la regulación del cronómetro de MPC y la regulación del cronómetro de la

BI.

De acuerdo con este planteamiento se calculó un volumen optimizado para cada valor porcentual

de la bomba inyectora. Estos valores fueron resueltos desde la ecuación matemática siguiente:

𝑉𝑠 = 𝑅𝐵 × 𝑡 (3.1)

Donde:

Vs, Volumen de la solución (L/cuadrante)

RB, Regulación de la bomba (L/min)

t, tiempo que demora la máquina en recorrer un cuadrante (min)

Este valor del volumen obtenido desde la ecuación 3.1 da lugar al ajuste del cronómetro de la

MPC y de la BI. Una vez fijado este valor en la Tabla 3.9 se obtienen los demás valores

interceptando la fila «% de Regulación del Cronómetro» con la columna «% de Regulación de

Régimen de la Bomba Inyectora»; de modo que si se desea fertirrigar con un volumen de solución

de 39 L se debe ajustar el cronómetro de la MPC al 100 % de su recorrido y ajustar la BI al 10 % la

pág. 56

cual inyectará un caudal de 0,35 L/min. Lo mismo sucede para todos los valores de volúmenes

optimizados.

Debe aclararse que el volumen de 39 L que inyecta la bomba fue calculado para un cuadrante del

total que puede asperjar la MPC, por lo que la BI aplica un caudal de 9,6 L/ha de acuerdo con este

volumen, que es el volumen límite mínimo que puede aceptar el área de un cuadrante. Por tanto este

valor mínimo (9,6 L/ha) se toma como referente para establecer un volumen deseado cualquiera,

cumpliendo estrictamente con los requerimientos de la Tabla 3.9 incluida en los materiales.

El «Tiempo por Revolución» en minutos de la MPC está calculado para un cuadrante, lo que

significa que estos valores de volúmenes optimizados están comprendidos para un cuadrante. Si se

desea fertirrigar los demás cuadrantes hay que multiplicar estos valores de volúmenes optimizados

por el número de cuadrantes. El «Tiempo por Revolución» en horas refleja la cantidad de horas que

demora la MPC en llegar a su punto de partida.

pág. 57

Tabla 3.9. Volúmenes optimizados (depósito de 1400L) (L/cuadrante) UBPC #3

Recorrido de la MPC en 1 cuadrante

Regulación de la Bomba Inyectora (%)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Regulación Cronómetro

Aplicación de Agua

Tiempo por Revolución

Caudal de la Bomba Inyectora (L/min)

(%) (mm) (min) 0,35 0,70 1,04 1,39 1,74 2,09 2,44 2,79 3,14 3,49

Volumen óptimo a utilizar en un cuadrante (L)

100 3,68 111,75 39 78 117 156 194 233 273 312 351 390

90 4,09 132,45 46 92 138 184 230 277 324 370 416 463

80 4,6 149,1 52 104 156 208 259 311 365 417 469 521

70 5,26 170,4 59 119 178 237 296 356 417 476 536 595

65 5,67 183,45 64 128 191 255 319 383 449 513 577 641

60 6,14 198,75 69 138 207 277 346 415 486 555 625 694

55 6,7 216,75 75 151 226 302 377 453 530 606 681 757

50 7,37 238,5 83 166 249 332 415 498 583 666 750 833

45 8,19 265,05 92 184 277 369 461 553 648 741 833 926

40 9,21 298,05 104 207 311 415 519 622 729 833 937 1041

35 10,53 340,65 119 237 356 474 593 711 833 952 1071 1190

30 12,28 397,5 138 277 415 553 692 830 972 1111 1250 1388

25 14,74 477 166 332 498 664 830 996 1166 1333 1499 1666

20 18,42 596,25 207 415 622 830 1037 1245 1458 1666 1874 2083

16 23,2 746,85 260 520 780 1039 1299 1559 1826 2087 2348 2609

15 24,56 795 277 553 830 1106 1383 1660 1944 2221 2499 2777

13 29 920,25 320 640 961 1281 1601 1921 2250 2571 2893 3214

12 30,7 993,6 346 691 1037 1383 1729 2074 2429 2776 3123 3470

9 40,93 1324,95 461 922 1383 1844 2305 2766 3239 3702 4165 4628

6 61,4 1987,35 691 1383 2074 2766 3457 4149 4859 5553 6247 6941

3 122,8 3974,7 1383 2766 4149 5532 6915 8298 9718 11106 12495 13883

pág. 58

Una vez lograda la tabla de volúmenes optimizados y con estos antecedentes se hizo necesario

establecer algunas premisas basadas en las características físicas del sistema que paralelamente

comprenda algunas propiedades químico–físicas del producto a emplear y que se ajustan a la

práctica de la aplicación mecanizada de los productos químicos mediante el fertirriego, ellas son:

Un programa de aplicación mecanizada de los productos químicos está compuesto por varias

aplicaciones que se caracterizan por las diferentes dosis de los productos. Estas dosis se

planifican de acuerdo con el grado de infestación de las plagas y al desarrollo del cultivo, y

se expresan en términos porcentuales de acuerdo con la cantidad relativa del producto

empleado relacionado con una cantidad total planificada por algún especialista o experto

para todo el programa.

La concentración de saturación de los productos químicos en agua depende del grado de

infestación del cultivo. Por tanto, si se toma el valor fraccionado (dosis) de un producto

químico como el correspondiente al 100 % del producto que se destina para un programa de

saneamiento, una forma consistente de respetar las cantidades relativas que exigen las dosis

anteriores es preparar precisamente soluciones de concentraciones que mantengan estas

mismas relaciones pero con respecto a la solución de saturación del producto.

El tiempo de trabajo de la BI debe ser el mismo que el tiempo que demora la MPC en regar

una unidad de área (cuadrante o paño). También el volumen de solución a preparar debe ser

la cantidad exacta que se deberá consumir en ese mismo tiempo, que a su vez, se aproxime

lo más posible al volumen del depósito de la BI que es de 1400 litros. Estos cálculos

garantizarían que la MPC fertirrigue durante todo el recorrido lo cual garantiza a su vez

homogeneidad, y que no quede exceso del producto en el recipiente de la BI lo cual pudiera

pág. 59

provocar pérdidas innecesarias y contaminación de la fuente de abasto de agua en caso de

presentarse algún tipo de reflujo en la MPC, entre otros inconvenientes innecesarios.

Una vez fijado el volumen de solución a preparar para el recipiente de la BI deberán quedar

establecidas todas las demás variables: el régimen de trabajo de la MPC y de la BI por el

operario, la cantidad en kilogramos y el porcentaje del producto a emplear para satisfacer el

programa de dosis.

Concretamente, para el caso del cultivo de la papa y en aras de lograr un trabajo eficiente, se

necesita que la MPC trabaje en función del programa de saneamiento del cultivo, teniendo en cuenta

el grado de infestación. Este proceso demanda una cantidad de milímetros de agua a asperjar de

acuerdo con la concentración del producto y el estado fenológico del cultivo donde está instalada la

MPC. Es ahora la «Concentración del Producto» quien se define como variable principal. De esta

variable depende el éxito del proceso de saneamiento, por lo que hay que tener estrecha vigilancia

en los volúmenes de agua a fijar en el depósito. Es parte de otra investigación el relacionar esta

variable con la tabla de volúmenes optimizados y la realización de un estudio más profundo.

Por otra parte y en relación directa con el suelo se encuentra la presión que ejerce la maquinaria

agrícola sobre el suelo. En este momento se analizarán los efectos que produce en la utilización de

la maquinaria y su contacto directo con el suelo.

La investigación comprende la utilización de la asperjadora como medio para cumplir con la

protección fitosanitaria del cultivo de la papa y además relaciona la MPC con la misma función que

cumple la asperjadora. Ambas maquinarias ejercen una presión determinada al suelo las cuales han

sido calculada mediante expresiones matemáticas sencillas expuestas en la metodología presentada

en el capítulo anterior y se muestra en la Figura 3.7.

pág. 60

En la figura se puede notar que el conjunto tractor–asperjadora, que es quien cumple con la

función de sanear el cultivo mediante la aspersión de los productos químicos, ejerce mayor presión

sobre el suelo que la MPC. Más adelante se expondrán los efectos de esta causa.

3.3. Operaciones tecnológicas mecanizadas para la aplicación de los productos

químicos

La máquina eléctrica de pivote central se desplaza mediante los neumáticos de alta flotación de 14,9

x 24 en llantas galvanizadas de 12 pulgadas y ejerce una área de contacto de 2,690 cm2 con una

penetración en la tierra variable de acuerdo con la estructura del suelo en cuestión. Con estos datos

no se sabe a ciencia cierta el área total que compacta la MPC (Figura 3.8) instalada en la UBPC #3.

Figura 3.7. Presión ejercida por la maquinaria mediante los neumáticos

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

eje delantero eje trasero eje de la aspersora neum. de la MPC

583,33

2859,48

200 112,5

kPa

Presión específica sobre el suelo

pág. 61

Figura 3.8. Anillos descritos por los neumáticos de la MPC en los dos cuadrantes plantados

Es por ello que se elaboraron ecuaciones matemáticas simples para establecer un estimado del

área compactada por la MPC, ellas son:

𝐴𝑐 = 𝜋(𝑟𝑐𝑒2 − 𝑟𝑐𝑖

2 ) (3.2)

Considerando que:

𝑟𝑐𝑒 = 𝑟𝑝𝑡 +𝑎𝑛

2 (3.3)

𝑟𝑐𝑖 = 𝑟𝑝𝑡 −𝑎𝑛

2 (3.4)

Sustituyendo ambas en la ecuación 3.2:

𝐴𝑐 = 𝜋 ((𝑟𝑝𝑡 +𝑎𝑛

2)

2

− (𝑟𝑝𝑡 −𝑎𝑛

2)

2

) (3.5)

= 𝜋 ((𝑟𝑝𝑡 +𝑎𝑛

2) × (𝑟𝑝𝑡 +

𝑎𝑛

2) − (𝑟𝑝𝑡 −

𝑎𝑛

2) × (𝑟𝑝𝑡 −

𝑎𝑛

2))

(3.6)

Resolviendo las multiplicaciones:

pág. 62

𝐴𝑐 = 𝜋 (𝑟𝑝𝑡2 + 2 × 𝑟𝑝𝑡 ×

𝑎𝑛

2+

𝑎𝑛2

4− 𝑟𝑝𝑡

2 + 2 × 𝑟𝑝𝑡 ×𝑎𝑛

2−

𝑎𝑛2

4) (3.7)

= 𝜋 (2 × 𝑟𝑝𝑡 ×𝑎𝑛

2+ 2 × 𝑟𝑝𝑡 ×

𝑎𝑛

2) (3.8)

= 4𝜋 (𝑟𝑝𝑡 ×𝑎𝑛

2) (3.9)

Simplificando se obtiene:

𝐴𝑐 = 2𝜋 × 𝑟𝑝𝑡 × 𝑎𝑛 (3.10)

Donde:

Ac, Área compactada (ha);

rce, radio de la circunferencia exterior (m);

rci, radio de la circunferencia interior (m);

rpt, radio del pivote a la torre (m);

an, ancho del neumático (m).

El valor del resultado de la ecuación 3.10 delimita el área de un anillo concéntrico. Si se quiere

conocer el área de los demás anillos que describe la MPC hay que aplicar la ecuación 3.10 a cada

circunferencia, desde el pivote como vórtice a la torre deseada y estimaremos el área total

compactada por los neumáticos de la máquina. Para ello llamaremos A1, A2, A3 y A4

respectivamente que corresponden con el número de torres con que cuenta la MPC. A continuación

se hace la representación por medio de la ecuación:

𝐴𝑇𝐶 = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3 + 𝐴4 (3.11)

Donde:

ATC, Área total compactada (ha);

pág. 63

A1, Área del anillo 1 (ha);

A2, Área del anillo 2 (ha);

A3, Área del anillo 3 (ha);

A4, Área del anillo 4 (ha).

A partir de la ecuación 3.11 se conoce como estimado el área total que compacta la máquina de

riego. Para conocer el área que compactó la MPC en la plantación de la papa hay que dividir esta

área entre dos porque son dos los cuadrantes que fueron sembrados en la contienda. El resultado se

muestra en la Tabla 3.10 a continuación:

Tabla 3.10. Área compactada por la MPC en dos cuadrantes

Área total (ha) Área plantada (ha) Área total compactada (ha) Área plantada compactada (ha)

17,3 8,10 0,2036 0,10

La Figura 3.9a comprende el área plantada del total del área que se destinó para la contienda. La

Figura 3.9b muestra el área que compacta la MPC en el área plantada.

a b

Figura 3.9. Efecto de compactación de la MPC en la UBPC #3

Una vez obtenida el área que compacta la MPC se decidió calcular el área que compacta la

asperjadora para establecer una comparación. Asumiendo esta idea se establecieron nuevas

ecuaciones matemáticas que bosquejan el área total recorrida por la asperjadora. La Figura 3.10

100%

47%

0% 50% 100% 150%

Área plantada

47%

1%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Área compactada

pág. 64

muestra un cuadrante de la circunferencia donde está instalada la MPC donde se define la

trayectoria recorrida por la asperjadora y las variables a tener en consideración para la obtención de

las ecuaciones.

Figura 3.10. Líneas que describen el recorrido de la asperjadora

Para ello se eligió un cuadrante y se definieron las rutas por donde la asperjadora realiza su

recorrido. Más tarde se nombraron todas las variables que fueron necesarias para realizar los

cálculos y conformar las ecuaciones matemáticas sencillas, quedando de la siguiente forma:

Aplicando Pitágoras:

pág. 65

𝑟2 = 𝑙02 + 𝑎2 (3.12)

Despejando:

𝑙02 = 𝑟2 − 𝑎2 (3.13)

𝑙0 = √𝑟2 − 𝑎2 (3.14)

Donde:

r, Radio de la circunferencia (m);

l0, Longitud de recorrido inicial de un neumático (m);

a, Semiancho del tractor (m).

Con la ecuación 3.14 se define el área de un solo neumático, dado a que la asperjadora recorre

un total de 31 carriles y el cuadrante divide la cantidad de carriles en 15,5. Teniendo este dato se

procederá el análisis para obtener las demás ecuaciones:

𝑟2 = 𝑙𝑖2 + 𝑐2 (3.15)

Despejando:

𝑙𝑖2 = 𝑟2 − 𝑐2 (3.16)

Donde:

c, Carriles marcados por la asperjadora;

li, Longitud que recorre el eje simétrico del tractor (m).

Conociendo la longitud que recorre el eje simétrico del tractor se puede determinar la longitud

total que recorre la asperjadora; desde este análisis se puede llegar a la siguiente ecuación:

𝑟2 = 𝑙𝑖2 + (𝑛𝑐)2 (3.17)

Despejando:

pág. 66

𝑙𝑖2 = 𝑟2 − 𝑛2𝑐2 (3.18)

𝑙𝑖 = √𝑟2 − 𝑛2𝑐2 (3.19)

Donde:

n, Es la cantidad de carriles recorridos por la asperjadora.

Finalmente para conocer la longitud total que recorre la asperjadora en un cuadrante se elaboró

la siguiente ecuación:

𝐿 = 𝑙0 + 2Σ𝑙𝑖 (3.20)

Donde:

L, Longitud total de recorrido de la asperjadora.

Hasta aquí se conoce el recorrido total que realiza la asperjadora en un cuadrante ocupando el

número de calles correspondientes. Para conocer el área que compacta la misma se obtuvo una

media de 0,30 m entre las huellas de los neumáticos quedando conformada la siguiente ecuación:

𝐴𝑐𝑎 = 𝑏 × 𝐿 (3.21)

Donde:

Aca, Área compactada por la asperjadora (ha)

b, Ancho de la huella del neumático (m)

El resultado se expresa en la Tabla 3.11 la cual se muestra a continuación:

Tabla 3.11. Área que compacta la asperjadora

Área total (ha) Área plantada (ha) Área plantada compactada (ha)

17,3 8,10 0,64

La Figura 3.11a comprende el área plantada del total del área que se destinó para la contienda.

La Figura 3.11b muestra el área que compacta la asperjadora en el área plantada.

pág. 67

a b

Figura 3.11. Efecto de la compactación por la fuerza ejercida por la asperjadora

Concretamente, para la variable «cantidad de área compactada» la asperjadora compacta 6 veces

más que la MPC por lo que necesita de mayor área de contacto sobre el suelo para ejercer su

función.

3.4. Análisis económico

En cada investigación realizada en la agricultura es importante conocer cuánto se ahorra por

concepto monetario debido a que los precios de los productos y servicios aumentan cada vez más.

La utilización de la maquinaria en la agricultura no está exenta de estos propósitos y es por ello que

este estudio comprendió un análisis del consumo de las dos máquinas nombradas.

La Figura 3.12 muestra cuánto se puede ahorrar por concepto de sustitución de la maquinaria en

función de la conservación del suelo. Téngase en cuenta que la MPC tiene un consumo de 1 kW/h, a

esto se le adiciona la estación de bombeo para un total de 35 kW/h. Esto no se comporta así para la

asperjadora debido a que ésta consume 2,5 L·ha-1 para un total de 20,25 L en el área de plantación;

en el momento de la investigación el precio del combustible diésel para empresa estaba a 1 CUP por

litro y el kW/h consumido a 10 centavos. Se recuerda que en el estado fenológico de la papa para

esta campaña se realizaron 14 riegos y 14 aspersiones de productos químicos.

100%

47%

0% 50% 100% 150%

Área plantada

47%

8%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Área compactada

pág. 68

Figura 3.12. Representación del ahorro en CUP por concepto de moneda

3.5. Conclusiones parciales

Si se planifican las labores de saneamiento teniendo en cuenta la conservación del suelo y con esto

minimizar los efectos de la compactación, es necesario entonces prescindir de la asperjadora como

tecnología para la aplicación de los insumos químicos indizados en la estrategia fitosanitaria del

cultivo de la papa. La MPC, mediante el sistema fertirriego, puede sustituir la función que realiza la

asperjadora dado que se adapta a los requerimientos mínimos en cuanto a volumen de agua se

refiere. Este volumen optimizado fue calculado para ahorrar energía, agua, y humanizar el trabajo, y

así evitar otros inconvenientes mayores que puedan afectar el buen funcionamiento del sistema de

riego y el saneamiento del cultivo.

283,5

91,14

0

50

100

150

200

250

300

283,5 L 911,4kW

Consumo de combustible de la aspersora Consumo de energía de la MPC

CU

P

pág. 69

Conclusiones

La aplicación mecanizada de los insumos químicos mediante la irrigación con la máquina

eléctrica de pivote central disminuye la compactación de los suelos en cuanto al grado de

compactación y al área de suelo compactada, respecto a la asperjadora.

Las tres profundidades que fueron medidas (75, 125 y 175 mm), en donde se desarrolla el

tubérculo de la papa, las huellas de la asperjadora representan el mayor índice de

compactación (47, 32 y 25 % respectivamente), comparado con la huella de la MPC

donde el índice de compactación es de 33, 27 y 18 % respectivamente. En ambos casos

en la primera profundidad es donde existe mayor grado de compactación.

La tecnología de riego (máquina eléctrica de pivote central, MPC) se adapta a los

requerimientos del proceso de aplicación mecanizada de los insumos químicos por lo que

puede suplir la función de la asperjadora. Este reemplazo está determinado por la tabla de

volúmenes optimizados en donde el valor 39 marca el límite inferior para aplicar los

litros por cuadrantes, el cual se ajusta a los requerimientos de la protección fitosanitaria

del cultivo de la papa que es 20 L·ha-1.

De las operaciones tecnológicas mecanizadas que agravan considerablemente las capas

superficiales del suelo, la asperjadora compacta el 8 % del área plantada y esto es 6 veces

mayor que el área que compacta la máquina eléctrica de pivote central, la cual compacta

el 1 % del área plantada.

pág. 70

Recomendaciones

Aplicar los resultados de esta investigación en otras UBPC de la empresa para obtener

mejores rendimientos en el cultivo de la papa, así como mejorar las condiciones

estructurales de los suelos.

Continuar con los estudios y resultados del proceso de fertilización con la máquina

eléctrica de pivote central.

Una vez realizada la evaluación anterior, se deberá socializar los resultados de dicha

investigación con el fin de crear una conciencia de protección de los suelos.

Continuar esta investigación, pero enfocada ya desde la efectividad con la que se realiza

el proceso de aplicación mecanizada de los productos químicos desde la máquina

eléctrica de pivote central a partir de los insumos químicos que comprende la protección

fitosanitaria del cultivo de la papa.

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Anexos

Tabla 1. Características del Inyector MF

Módulo Caudal Presión

l/h (GPH) (bar)

MFI-50 50 (13) 15

MFI-100 100 (26) 15

MFI-200 200 (53) 8

MFI-300 300 (79) 5

MFI-500 500 (132) 3

Tabla 2. Datos en chapilla del motor de inyección

Type Hz Cos

φ

Eff.

%

kW RPM V / Y A

MT71B 50/60 0.73 67.5 0.37/0.44 1360/1630 380-415/440-480 1.09/1.09

Tabla 4. Estrategia fitosanitaria de la papa

Agentes y Productos Dosis/ha Precio 72 ha

Nro

Trat

13-14

Nro

Trat

14-15

Cant Valor

Total General 38,05 39,75 2,971 30,37

Costo/HA 423,006

I. Insecticidas

1. Trips palmi

a) Tto Suelo

Actara 25% GD 0,40 164,300 0,000 0,00

Confidor 70% EG 0,50 164,356 0,000 0,00

0,000 0,00

Sub Total 0,00 0,00 0,000 0,00

Tabla 3. Datos en chapilla del motor agitador

Type Hz RPM V kW HP A

71/65 IEC-34 50/60 1410/1680 230Δ/400Y 0.37 0.50 2.1/1.2

b) Tto Foliar 0,000

Monarca 11,25% SE 1,00 21,350 0,20 0,00

Galil SC 300 0,25 47,474 1,00 0,018 0,85

Movento 150 OD 0,50 90,176 0,20 0,30 0,011 0,97

Pirate 24% SC 0,50 118,103 0,20 0,60 0,022 2,54

Plural OD 20 0,50 78,841 0,10 0,000 0,00

Polo 50% SC 1,50 56,710 0,40 0,000 0,00

Sub Total 1,10 1,90 0,050 4,37

Total Trips 1,10 1,90 0,050 4,37

2. Acaricidas

Abalone 1,8% EC 0,60 19,080 1,00 1,00 0,043 0,82

Envidor% CS 0,50 31,547 0,000 0,00

Mitigan 18,5% EC 1,50 7,7760 0,000 0,00

Dilan CE 5 0,75 11,7000 0,50 0,027 0,32

Ocitrico 20% CE 0,70 8,670 0,50 0,50 0,025 0,22

Sub Total 1,50 2,00 0,095 1,35

3. Piretroide

Titán 0,20 9,156 0,000 0,00

Sub Total 0,00 0,00 0,000 0,00

4. Otros

Decis 100 0,15 26,608 0,000 0,00

Metamidofos 1,50 5,896 0,000 0,00

Monarca 11,25% SE 1,00 21,350 0,000 0,00

Seizer CE 10 0,40 24,638 1,50 0,20 0,006 0,14

Sub Total 1,50 0,20 0,006 0,14

Total Insecticidas 4,10 4,10 0,151 5,86

II. Fungicidas

1. Sistémico Tizón

Amistar 25% SC 1,00 57,770 0,000

Acrobat MZ 69% PH 2,50 18,257 0,50 0,90 0,162 2,95

Cosmos 62,5% SC 4,00 9,128 1,00 1,00 0,287 2,62

Sphere Mach CE 53,5 0,70 89,550 0,000 0,00

Infinito CS 68,75 1,50 31,214 0,00 0,000 0,00

Ridomil GD-45 2,50 18,338 0,000 0,00

Verita GD(4,44+66,7) 2,50 18,770 0,000 0,00

Vincare 51,75% GD 2,00 31,422 0,40 0,000 0,00

Yaba M-69 2,50 14,289 0,70 1,00 0,180 2,56

Sub Total 2,60 2,90 0,628 8,14

2. Sistémico Alternaria

Amistar 25% SC 0,30 57,770 0,50 0,50 0,011 0,62

Dormak 100 CE 0,75 12,763 0,20 0,70 0,038 0,48

Orius 25% EC 0,50 24,874 0,50 0,000 0,00

Taspa CE 500 0,40 39,220 0,50 0,014 0,56

Score 25% EC 0,50 37,100 0,50 0,000 0,00

Silvacur Combi 30% EC 0,50 21,725 0,40 0,80 0,029 0,62

Super Meteoro 0,50 21,503 0,000 0,00

Sub Total 2,10 2,50 0,092 2,29

3. Acción Profundidad

Clortosip 500 SC 2,00 6,520 2,00 3,00 0,431 2,81

Sub Total 2,00 3,00 0,431 2,81

4. Fungicidad Contacto

Antracol 70%PH 2,00 8,324 2,00 1,00 0,144 1,20

Cuproflow 37,7% SC 2,50 6,242 0,50 0,50 0,090 0,56

Folpan 80% PH 2,00 9,489 0,000 0,00

Mancozeb (AGRIA) 2,50 4,269 4,00 4,00 0,718 3,07

Sub Total 6,50 5,50 0,951 4,82

Total Fungicidas 13,20 13,90 2,102 18,06

III. Herbicidas

1. Preparación Suelo

Glyphosate (INICA) 4,00 4,389 0,50 0,50 0,144 0,63

Subtotal 0,500 0,500 0,144 0,630

2. Herbicidas Básicos

Dual Gold 960% EC 1,00 12,720 0,000 0,00

Galigan 24% EC 1,15 15,031 0,000 0,00

Gesapax 80% PH 2,00 6,209 1,00 1,00 0,144 0,89

Ineptan 87,8% EC 3,00 10,388 0,000 0,00

Merlín 75% GD 0,10 152,606 0,000 0,00

Neptum 0,70 38,845 0,000 0,00

Prometrex 50% PH 4,00 8,587 0,000 0,00

Sencor 70% PH(Paladin) 1,00 22,571 1,00 0,072 1,62

Sub Total 1,00 2,00 0,215 2,51

3. Herbicidas Post Emergentes

Agil 10% EC 0,75 25,526 1,00 0,000 0,00

Neptum 0,70 38,845 0,000

Arrow 12% EC 1,50 32,592 0,000 0,00

Basagran 48% CS 3,00 12,749 0,000 0,00

Fusilade F. 15% EC 1,25 20,140 0,000 0,00

Leopard 1,8% EC 2,00 9,000 1,00 0,144 1,29

Sencor 70% PH 0,70 22,572 0,10 0,10 0,005 0,11

Sub Total 1,10 1,10 0,149 1,41

4. Desfoliante

Reglone 20% LS 2,50 9,010 0,05 0,05 0,009 0,08

Total Herbicidas 2,65 3,65 0,517 4,63

IV. Otros

Break Thru 100 SL 0,04 30,881 10,10 10,10 0,029 0,90

Celest SC2,5 0,15 20,670 0,000 0,00

Regulux SL 0,30 5,38 8,00 8,00 0,172 0,93

Total Otros 18,10 18,10 0,201 1,82

Medios Biológicos

Baccillus TU (Cepa 13) 2,00 3,00 3,00 0,431

Baccillus TU (Cepa 24) 2,00 2,00 2,00 0,287

Total Medios Biológicos 5,000 5,000 0,718