Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México.

Etapa I

PRONAC

“Digitalización del Campo Cañero en

México para Alcanzar la Agricultura de

Precisión de la Caña de Azúcar”

RESUMEN

Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como Fundamento de la Agricultura de Precisión en la Caña de Azúcar en México. Etapa I

INGENIO SAN FRANCISCO AMECA, S.A. DE C.V.

Enero, 2009

Desarrollo de un Modelo Integral de Sistema de Información Geográfica y Edáfica como fundamento de la Agricultura de Precisión en la caña de azúcar para México.

Etapa I

RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN EDÁFICA DEL INGENIO 44 SAN FRANCISCO AMECA, S.A. DE C.V. (SAN FRANCISCO AMECA)

Localización del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco. El Ingenio San Francisco Ameca se encuentra situado en la zona centro del Estado de Jalisco. SAGARPA reporta una superficie de 10, 107 ha, el área de influencia determinada de acuerdo a los puntos de muestreo realizados en campo es de 16,030 ha, distribuidas en los Municipios de Ameca, San Martin de Hidalgo, Cocula y Teuchitlán, pero principalmente en el Municipio de Ameca.

Figura 44-1. Localización geográfica del Ingenio San Francisco Ameca.

Desórdenes no nutrimentales Los municipios donde se encuentra el área de abasto del Ingenio incluyen Ameca, Cocula y San Martín de Hidalgo. El subsuelo de Ameca está constituido por rocas ígneas, extrusivas ácidas y basaltos, aunque también hay pequeñas regiones con piedra caliza. Tiene una orografía irregular caracterizada por una sucesión de valles y extensas serranías en diferentes zonas. Por su parte, la topografía de Cocula se caracteriza por tener tierras planas con algunas elevaciones sobre todo en la parte norte y en el sur mesetas. El subsuelo de San Martín de Hidalgo está compuesto principalmente por rocas sedimentarias y lutita arenisca lo que se manifiesta por vetas de cal, las cuales son una de las principales fuentes de economía de este municipio. También se encuentran rocas ígneas intrusivas del Cretásico como granito, granodiorita, diorita y sionita que permitieron la explotación de minas. Hay formaciones rocosas de origen eruptivo (tobas) compactas y arcillosas por la aglomeración de lava, ceniza volcánica y lapilli o grava volcánica, provocada por la intensa actividad de los volcanes de la región. Abundan las zonas planas y los plegamientos que se encuentran son derivaciones de la Sierra Madre Occidental. El clima en esta región es semiseco con otoño e invierno secos semi-cálido, sin estación invernal definida. La temperatura media anual es de 21.3°C, con una precipitación media de 864 mm y un régimen de lluvias de junio a septiembre. Tiene vientos dominantes en dirección noroeste, con un promedio de 10.9 días con heladas al año. En Cocula el clima también es semiseco con invierno y primavera secos semicálidos, sin estación invernal definida, pero la temperatura media anual y la precipitación media anual son menores (19.9° C y 808.9 mm, respectivamente) con la misma distribución de lluvia (junio a septiembre). Los vientos son en dirección norte y 3.6 días al año en

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promedio con heladas. En San Martín de Hidalgo el clima es similar (semiseco con invierno y primavera secos semicálidos, sin estación invernal definida) excepto en la zona de la sierra donde los inviernos son más fríos y prolongados con temporadas marcadas por fuertes heladas. La temperatura media anual es de 20.9 º C (máxima de 28.7º C y mínima de 13.2º C). La precipitación pluvial promedio anual fluctúa entre 829 mm y 964 mm, con lluvias mayores entre los meses de julio a septiembre. Los vientos dominantes soplan de este a oeste, con 9.1 días al año en promedio con heladas en el valle y más de 30 días en la sierra.

Figura 44-2. Precipitación mensual y anual en la zona de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Por las condiciones orográficas, topográficas y climáticas, la formación de los suelos tiene una distribución distinta en el área de abasto del Ingenio, de tal manera que en Ameca predominan Vertisoles pélicos asociados con Regosoles eútricos, Feozems háplicos y Planosoles lúvicos. Las lomas de Cocula ubicadas al oriente y sur en su parte montañosa están compuestas por Feozems háplicos, con algunos lunares de Vertisoles pélicos. En el límite con Tecolotlán hay presencia de Luvisoles crómicos, mientras que las tierras planas de labor predominan los Vertisoles pélicos. La mayor parte de los suelos de San Martín de Hidalgo son Feozems háplicos, que son tierras negras de gran valor agrícola por su alto contenido en materiales orgánicos y se encuentran localizados en la franja sur del municipio. También hay Regosoles poco o moderadamente fértiles por su origen arenoso debido al pómez o jal, producto de las erupciones volcánicas, cuya ventaja es su alto porcentaje de retención de humedad, aunque tienen como inconveniente a que son muy susceptibles a la erosión. En el valle dominan los Vertisoles pélicos, muy arcillosos, frecuentemente negros o grises, que se agrietan fácilmente durante el estiaje y se inundan en los períodos lluviosos por mal drenaje. Son muy fértiles pero difíciles de trabajar. Este tipo de suelo cubre gran parte del valle de San Martín de Hidalgo hasta El Salitre y Buenavista de Cañedo. A pesar de su fertilidad, la mayoría de los suelos de San Martín tienden a degradarse rápidamente, o sea, a empobrecerse por la acción de la erosión y la acidez. Para puntualizar más sobre los problemas relacionados con desórdenes no nutrimentales, en el Cuadro 44-1 se muestran los indicadores de la condición edáfica y del riesgo de inundaciones prolongadas en el área de estudio. Cuadro 44-1. Indicadores de la condición edáfica y del riesgo de inundaciones prolongadas en el área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Condición de los suelos *CE pH *MO *Ac lnt. *IRI Porcentaje de los valores observados

Sin problemas 98 80 27 91 92 Con problemas 2 20 73 9 8

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*CE=conductividad eléctrica; MO= materia orgánica; A Int.=acidez intercambiable; IRI= Índice del riesgo de tener condiciones de inundación prolongada.

Aunque hay terrenos susceptibles a problemas con posible inundación prolongada, la severidad de su efecto sobre la producción de la caña de azúcar dependerá de la frecuencia e intensidad de la precipitación en las partes planas, aunado a condiciones de mal drenaje natural. Por lo tanto, cuando esto sea una condición recurrente es conveniente hacer las obras correspondientes para drenar los excesos. En el área de abasto del Ingenio todavía se encuentran suelos con suficiente cantidad de materia orgánica, lo cual hace propicio una serie de condiciones físicas de los terrenos para la producción de la caña, pero si no se tiene el cuidado de preservarla a través de prácticas apropiadas de manejo (aportes de los residuos de cosecha, compostas de los materiales de desecho de la agroindustria, entre otros), dicha condición se perderá paulatinamente causando problemas de compactación, aireación y disminución de la productividad, lo cual ya se aprecia en varios predios de la zona, donde se acentúan problemas de baja capacidad de almacenamiento de agua y baja productividad en general. Desórdenes nutrimentales

Nitrógeno En el Cuadro 44-2 se presenta la cantidad de nitrógeno disponible para la caña de azúcar, en los terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco. Cuadro 44-2. Distribución de frecuencia del contenido de nitrógeno disponible para la caña de azúcar en los suelos del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Categoría Nitrógeno disponible Frecuencia

Kg ha-1 % Muy bajo <20 97.9 Bajo 21 a 30 2.1 Medio 31 a 40 0.0 Alto >40 0.0

Figura 44-3. Distribución de Nitrógeno aprovechable en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.

Los valores de nitrógeno disponible indican que para el nivel de rendimiento de la caña de azúcar en la región, la probabilidad de respuesta a la fertilización nitrogenada varía de muy alta a moderada, o en otras palabras, en todos los casos se requiere aplicar fertilizante nitrogenado para mantener o incluso incrementar la productividad del sistema de producción. Los principales aportes de nitrógeno provienen de la mineralización de las reservas orgánicas que aún tienen los suelos y, aunque en algunas zonas pudiesen ser abundantes, no son suficientes por sí mismos como para

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satisfacer la demanda del cultivo. Otra fuente de nitrógeno es el contenido en las raíces que quedan después de la cosecha, pero su contribución a la oferta del suelo también es escasa. Los tipos de suelo, condiciones topográficas donde se cultiva la mayoría de la caña de azúcar y el régimen climático que predomina, apuntan a que las principales pérdidas de nitrógeno del suelo estén relacionadas con la cantidad de este nutriente contenida en los productos cosechados, la volatilización del nitrógeno orgánico ocasionada por la quema durante la zafra y por la desnitrificación. En este último aspecto, en los suelos donde predominan las texturas finas (terrenos arcillosos), la humedad alojada en los micrositios del espacio poroso fomenta la actividad de la biomasa microbiana anaerobia y acelera la reducción de los nitratos, transformándose a compuestos gaseosos como óxido nitroso y nitrógeno molecular, perdiéndose este nutriente por el proceso denominado desnitrificación. Por las mismas razones, al fluir de manera lenta el nitrógeno inorgánico en la profundidad del suelo, es improbable que ocurra la lixiviación a pesar del régimen lluvioso, pero en los terrenos donde haya menos de 15% de arcilla, el transporte de este nutriente a través de la profundidad del perfil del suelo será más acelerado, incrementando de manera considerable el riesgo de que se pierda por lixiviación, lo que eventualmente contaminará los mantos freáticos y por ello, para disminuir el riesgo de ocasionar este impacto negativo sobre el ambiente, es indispensable aplicar el fertilizante de manera apropiada. En los terrenos donde prevalezca un ambiente químico ácido, no hay condiciones propicias para que el amonio se transforme a amoniaco, evitando así que se pierda el nitrógeno por volatilización, pero donde el pH es cercano a la neutralidad o que de plano haya condiciones alcalinas, dicho proceso se intensificará de manera considerable. De acuerdo al nivel de rendimiento actual del cultivo, clima, suelo, oferta de nitrógeno y su eficiencia de recuperación, se calcularon las dosis por terreno muestreado, cuya distribución de frecuencia para el área de abasto del Ingenio se muestra en el Cuadro 44-3. Cuadro 44-3. Distribución de frecuencia de dosis de nitrógeno que se recomienda aplicar a la caña de azúcar en los suelos del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Frecuencia

Riego *Temporal kg ha-1 % % <100 0.0 100.0

100 a 150 100.0 0.0 150 a 200 0.0 0.0

>200 0.0 0.0 *Suelos con capacidad de almacenamiento de agua inadecuada aunque sean de riego.

Las variaciones en rendimiento ocasionadas por la cantidad y distribución del agua originan respuestas diferentes entre aquellos cultivos producidos bajo condiciones riego. Aunque haya riego, si se tienen diferencias significativas en la capacidad de almacenamiento de agua por el suelo variará necesariamente el rendimiento, lo cual depende del tipo de terreno y manejo de las reservas orgánicas edáficas. Lo anterior hace propicio que haya respuestas distintas a la aplicación de nitrógeno en cultivos con más y mejor distribución del agua en comparación con aquellos que sólo dependen de lo que captan durante las lluvias, que su almacenamiento hídrico edáfico sea deficiente o no se distribuya el agua de manera eficiente sobre todo durante las etapas críticas de la caña de azúcar.

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En las zonas donde el comienzo del ciclo de la caña coincida con la época lluviosa, se recomienda aplicar 1/3 de la dosis al momento de la siembra o inicio del rebrote de la caña y los 2/3 restantes adicionarlos durante la primera labor del cultivo. Si se empieza en abril o mayo, se puede aplicar la mitad de la dosis al inicio del ciclo y el resto a la primera labor. Es importante no dejar el fertilizante expuesto sobre la superficie del suelo, sobre todo si se tienen terrenos con pendientes pronunciadas o donde haya escurrimientos, puesto que se acarreará con las avenidas causadas por las lluvias y se perderá el fertilizante. La elección de las fuentes de nitrógeno que se pueden emplear en el área de abasto del Ingenio dependerá básicamente de la disponibilidad de los fertilizantes en la región y de su costo. Cabe mencionar que cualquiera de ellos que libere amonio tendrá un efecto residual ácido (sulfato de amonio, urea, nitrato de amonio, entre otros). Sin embargo, no se sugiere que por esta razón se prefieran aquellas que sólo tengan nitratos, puesto que aunque se trate de terrenos con problemas de acidez, se resuelve esto con el encalado. En los sitios donde el suelo sea neutro o alcalino, se incrementa el riesgo de volatilización del nitrógeno por la transformación del amonio al gas amoniaco cuando se emplean materiales con amonio. Esto se evita o disminuye considerablemente si el fertilizante se entierra y entra en contacto directo con la humedad, pero si se llega a dejar expuesto sobre la superficie del terreno, las pérdidas de nitrógeno serán significativas.

Fósforo En el Cuadro 44-4 se presenta la cantidad de fósforo disponible para la caña de azúcar, en los terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Cuadro 44-4. Distribución de frecuencia del fósforo disponible para la caña de azúcar en los suelos del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Categoría Fósforo disponible Frecuencia

kg P2O5 ha-1 % Bajo <5 0.0 Medio 6 a 10 0.0 Alto 11 a 15 0.0 Muy alto >15 100.0

Figura 44-4. Distribución de Fósforo en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.

En todos los predios estudiados se detectó una alta concentración de fósforo en el suelo, lo cual se atribuye al efecto residual inducido por el historial de fertilización de los terrenos. Al respecto, es común que se relacione una baja disponibilidad de este nutriente independientemente del tipo de

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reacción del suelo (ácido o alcalino), porque se establece una reacción de adsorción entre los iones fosfato con los minerales del suelo, quedando sólo una fracción del nutriente aplicado de forma disponible para el cultivo. En el caso de los suelos ácidos abunda la forma H2PO4

- que reacciona con óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio presentes en el suelo, mientras que en los alcalinos predomina la forma HPO4

2- que reaccionará con los minerales asociados al calcio, primero como un proceso de adsorción y eventualmente podrá ocurrir la precipitación del compuesto. Sin importar qué tipo de ión se encuentre presente en la solución del suelo o con qué mineral reaccione, se restringirá la cantidad de fósforo que pudiese ser aprovechable por el cultivo y de ahí que se suelan aplicar dosis en suficiente cantidad como para superar las reacciones antes comentadas y que pueda quedar fósforo para el cultivo. En los terrenos donde hay una escasa cantidad de este nutriente, es probable que sea consecuencia de una deficiente aplicación de fertilizantes. Si esto es así, se limitará el rendimiento de la caña de azúcar y sin que necesariamente se aprecien de manera visual síntomas de carencias nutrimentales. Los mecanismos de pérdida de fósforo se relacionan fundamentalmente por la cantidad de este nutriente contenida en los productos cosechados y la erosión del suelo. Por lo tanto, el fósforo tiende a acumularse en el suelo y, si a través de los ciclos continúan las aplicaciones de este nutriente en cantidades mayores a las que la caña de azúcar aprovecha, en un determinado tiempo llegará a encontrarse en un nivel de superávit, esto es, la oferta superará la demanda del cultivo. Como no se produce un equilibrio natural bajo estas condiciones, la magnitud de fósforo en el suelo cada vez será mayor cuyo exceso no causará problemas fisiológicos a la planta ni interferencias con otros nutrientes por las condiciones edáficas de la región (a menos que el suelo sea muy alcalino). De ahí la importancia de establecer un tope para no extralimitarse en las aplicaciones de fertilizante, porque además de repercutir negativamente sobre la economía del productor, incrementa el riesgo de eutrofizar los cuerpos de agua, originado con el suelo que se transporte del terreno por erosión y que es depositado sobre los ecosistemas acuáticos. En el Cuadro 44-5 se presenta la distribución de frecuencia para las dosis de fósforo recomendadas para el área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco. Cuadro 44-5. Distribución de frecuencia para la dosis de fósforo que se recomienda aplicar a la caña de azúcar en los suelos del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Frecuencia

*Riego Temporal kg P2O5 ha-1 % %

0 97.9 99.2 50 a 100 2.1 0.8 101 a 150 0.0 0.0

>151 0.0 0.0 *Suelos con capacidad de almacenamiento de agua adecuada aunque no sean de riego.

La tendencia de la dosis recomendada está en el sentido inverso a los valores de fósforo disponible en la región ya comentados, lo cual pudiese ser obvio hasta cierto punto. Sin embargo, cabe recordar que la dosis no depende exclusivamente de la cantidad de nutriente disponible ni tampoco de su relación con la meta de rendimiento, también es fundamental considerar la eficiencia de recuperación del fósforo, la cual está condicionada en la zona por la intensidad de la reacción de los fosfatos con los minerales del suelo, lo cual varía en los distintos predios del área de abasto del Ingenio.

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En donde sea necesario aplicar, el fósforo debe ser incorporado al suelo en su totalidad al momento de la siembra o inicio del rebrote de la caña durante las socas. No tendrá ningún efecto positivo si esto se hace ya avanzado el ciclo del cultivo o si se deja el fertilizante sobre la superficie del terreno. El fósforo en el subsuelo prácticamente no se mueve y, por lo mismo, debe procurarse que este quede cercano a la raíz del cultivo. Dadas las condiciones climáticas, edáficas y de manejo, se pueden emplear como fuente de fósforo cualquier fertilizante sólido soluble (superfosfato de calcio triple o simple, fosfato diamónico o monoamónico, mezclas físicas, entre otras), por lo que el criterio de selección debe estar de acuerdo con la disponibilidad de insumos en la región y su costo, siempre y cuando se sigan las sugerencias de su aplicación aquí presentadas. Potasio En el Cuadro 44-6 se presenta la cantidad de potasio disponible para la caña de azúcar en los terrenos muestreados del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco. Cuadro 44-6. Distribución de frecuencia del potasio disponible para la caña de azúcar en los suelos del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Categoría Potasio disponible Frecuencia

Kg K2O ha-1 % Bajo <50 0.0 Medio 51 a 100 4.1 Alto 101 a 150 0.8 Muy alto >150 95.0

Figura 44-5. Disponibilidad de Potasio aprovechable en el suelo de acuerdo a la cantidad de arena.

En condiciones naturales (no agrícolas), se espera que haya una abundante cantidad de potasio en suelos arcillosos, sobre todo en aquellos donde predominen arcillas del tipo 2:1 (caso de los Vertisoles o con características vérticas), en contraste a lo que suele haber en los suelos de texturas arenosas o con otro tipo de arcillas diferentes a las 2:1 (caso de las 1:1, sesquióxidos y óxidos de hierro y aluminio, alofanos, entre otras); sin embargo, esto no es una regla general en terrenos cultivados, ya que la variación del potasio depende de las prácticas de manejo, extracción de potasio asociado al rendimiento y productos cosechados, fertilización, entre otros. El potasio prácticamente no se mueve cuando se trata de suelos arcillosos, porque rápidamente es adsorbido en el complejo de intercambio e impide su desplazamiento hacia las partes inferiores del perfil del suelo. Además, como no se pierde por volatilización durante las quemas provocadas en las zafras, el potasio contenido en la biomasa remanente después de la cosecha se reintegrará al

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suelo. Entonces, las vías por las que sale este nutriente del suelo son básicamente dos: a) la cantidad de potasio contenida en los productos cosechados y; b) las pérdidas que se producen por la erosión del suelo. Una causa adicional por la que se puede perder el potasio ocurre en los terrenos arenosos, donde se incrementa considerablemente el riesgo de que se lixivie. Considerando la meta de rendimiento bajo condiciones de riego y temporal, así como la disponibilidad de potasio en el suelo y la eficiencia de recuperación de este nutriente, se calculó la dosis correspondiente por terreno muestreado, cuya distribución de frecuencia para toda el área de abasto se presenta en el Cuadro 44-7. Cuadro 44-7. Distribución de frecuencia de la dosis de potasio que se recomienda aplicar a la caña de azúcar en los suelos del área de abasto del Ingenio San Francisco Ameca, Jalisco.

Frecuencia

*Riego Temporal kg K2O ha-1 % %

0 98.8 100.0 50 a 100 1.2 0.0 101 a 150 0.0 0.0

>151 0.0 0.0 *Suelos con capacidad de almacenamiento de agua adecuada aunque no sean de riego.

Cabe mencionar que aunque los procesos que inducen la salida del potasio del suelo son aparentemente no significativos, sin duda alguna la cantidad de este nutriente se abatirá a través del tiempo si no se toma la precaución de reponerla mediante la adición de materiales fertilizantes, ya sean químicos u orgánicos, lo cual se puede evaluar de manera eficaz a través de estudios como es el caso del presente trabajo. Lo anterior es particularmente importante para suelos arcillosos, debido a que superar una deficiencia de potasio resultará más costoso en comparación a la que se presente en suelos arenosos, por la interacción entre este nutriente y la fracción fina edáfica, lo que modifica la eficiencia de recuperación del potasio. La menor proporción de dosis de potasio requerida por los cultivos del área de abasto del Ingenio, se ubica en los que son producidos bajo condiciones de temporal o que la capacidad de almacenamiento de agua por el suelo no es suficiente, provocando menor rendimiento en contraste con la productividad que es factible lograr en terrenos irrigados o con buena disponibilidad de agua. Por el tipo de suelos de la región, la forma de aplicación de potasio es similar al fósforo, esto es, enterrarlo todo al momento de la siembra o inicio del rebrote de la caña durante las socas, procurando que quede cercano a la raíz del cultivo. Dadas las condiciones climáticas, edáficas, de manejo y cantidad recomendada, se puede emplear como fertilizante el cloruro de potasio sin ningún riesgo. No es necesario aplicar otras fuentes (como sulfato o nitrato de potasio), a menos que se justifique por su disponibilidad en la región y su precio por unidad de nutriente en el fertilizante. En suelos muy arenosos, se sugiere fraccionar la aplicación del potasio en la misma proporción y oportunidad que la recomendada para el nitrógeno, para evitar o disminuir el riesgo de pérdidas por lixiviación.