UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - IDEAM INSTITUTO DE ESTUDIOS AMBIENTALES, IDEA

INSTITUTO DE HIDROLOGÍA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES MAESTRIA EN MEDIO AMBIENTE Y DESARROLLO

Tesis de grado: “Obtención de un modelo para la evaluación de los flujos de energía en la agricultura y su aplicación en el cultivo arroz riego en Colombia”

De: Gladis Moreno Pinzón Economista

Subdirección de Ecología Económica IDEAM

Director de Tesis: Profesor Luis Alfredo Hernández Facultad de Agronomía

Universidad Nacional de Colombia

Bogotá, Abril 20 de 2001

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A LAURA Y VIVIANA

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AGRADECIMIENTOS ESPECIALES

?? Dr. Pablo Leyva, Director del IDEAM, por brindar la posibilidad de adelantar la

maestría y reivindicar una concepción macro en el modelo. ?? Profesor Luis Alfredo Hernández, Director de tesis, por su calidad humana y

profesional, su conocimiento, experiencia en el tema y sentido de compromiso.

?? Dr. Bernardo García, Subdirector de Ecología Económica, IDEAM ?? Profesor Julio Carrizosa, IDEA-Universidad Nacional de Colombia ?? Profesor Jairo Sánchez, Director del IDEA-Universidad Nacional de Colombia ?? Profesor Tomás León, Director de la Maestría, IDEA-Universidad Nacional y

todo el cuerpo de profesores y personal administrativo de la Universidad Nacional de Colombia

?? Profesores David Díaz y Camilo Montoya, jurados ?? A los compañeros de la Maestría ?? A los compañeros de la Subdirección de Ecología Económica y de las demás

áreas técnicas y administrativas del IDEAM.

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Para reflexionar

He oído lo que hablaban los habladores, la charla del principio y el fin

pero yo no hablo del principio o el fin

Nunca hubo más comienzo que ahora, ni más juventud o vejez que ahora,

y nunca habrá más perfección que ahora, ni más cielo ni infierno que ahora.

Urgencia y urgencia y urgencia,

siempre la urgencia procreadora del mundo

De la oscuridad avanzan los opuestos iguales, siempre la sustancia y el crecimiento,

siempre un tejido de identidad, siempre diferencia, Siempre un brote de vida!.

Hojas de Hierba (fragmento) Walt Whitman

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CONTENIDO Pags. INTRODUCCION 1. ANTECEDENTES 7

2. ESTADO DEL ARTE 11 3. OBJETIVOS 14 4. MARCO CONCEPTUAL 15

4.1 La energía como indicador de sostenibilidad 4.2 La economía ecológica

4.2.1 Desarrollo sostenible 4.3 El concepto de sistema

4.4 Sistemas de producción agrícola 4.5 Sistema termodinámico 3.5.1 Energía y trabajo

3.5.2 Calor 4.6 Leyes de la termodinámica

3.6.1 Primera ley 3.6.2 Segunda ley 3.6.3 Entropía

4.7 Los flujos de materia y energía en los sistemas agrícolas 3.7.1 Energías que ingresan al sistema 3.7.2 Transformaciones de la energía 3.7.3 Salidas de energía

4.8 Los balances termodinámicos en agrosistemas 3.8.1 El balance de materia 3.8.2 El balance de energía

4.9 Hacia una termodinámica ecológica 4.10 Energía y sostenibilidad

5. METODOLOGIA 32 5.1 Selección de los sistemas de producción 5.2 Identificación de las variables relevantes 5.3 Definición del espectro de las variables

5.4 Estructura del modelo 4.4.1 Definición del modelo

4.4.2 Cuantificación de las variables 6. APLICACIÓN DEL MODELO 58

6.1 Aplicación al cultivo de arroz riego, para el año 1999 1. COMENTARIOS Y REFLEXIONES 67 ANEXOS 75 BIBLIOGRAFIA 122

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LISTADO DE DIAGRAMAS Página

No. 1: Balance de materiales para el cultivo

arroz riego en Colombia, año 1999 59A

No. 2: Balance de energía para el cultivo Arroz riego en Colombia, año 1999 60A No. 3: Balance de energía para el cultivo Arroz riego en la zona Centro, año 1999 66A No. 4: Balance de energía para el cultivo Arroz riego en la zona Santanderes, año 1999 66B No. 5: Balance de energía para el cultivo Arroz riego en la zona Bajo Cauca, año 1999 66C No. 6: Balance de energía para el cultivo Arroz riego en la zona Llanos, año 1999 66D No. 7: Balance de energía para el cultivo Arroz riego en la zona Costa Norte, año 1999 66E

LISTADO DE ANEXOS Página

1. Caracterización de los cultivos de arroz y de la caña de azúcar 76

2. Listado de variables: De balance , de contexto e indicadores 93

3. Listado de conversión de unidades 95 4. Metodologías alternativas para la cuantificación de

algunas variables del modelo 97 5. Aplicación del modelo al cultivo de arroz riego en

Colombia, año 1999 (fichas técnicas) 108 6. Contexto social de la agricultura 121 7. Energías útiles y energías no aprovechadas por el

Sistema agrícola 122

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INTRODUCCION La cultura en una interpretación dinámica tiene a la energía como uno de los factores relevantes. A lo largo de la historia, la humanidad ha pretendido ejercer dominio sobre la naturaleza mediante medios culturales: primero fue el fuego, luego el trabajo humano y animal en la agricultura y la ganadería; posteriormente, los combustibles fósiles para el desarrollo de una agricultura empresarial. La primera fuente de energía explotada por los sistemas culturales más antiguos fue la del organismo humano y el animal; con el crecimiento de la población se recurrió a energías diferentes a la energía solar, la de los combustibles fósiles, materializadas en tecnologías químicas (fertilizantes y plaguicidas) y mecánicas (maquinaria agrícola). Sus efectos en la calidad y disponibilidad de los recursos conmina a replantear las velocidades de su uso y las posibilidades de sustitución por energías menos costosas ambientalmente. Los valores de mercado no reflejan las propiedades intrínsecas de los recursos ni sus interrelaciones dentro de los ecosistemas, sólo expresan los efectos que su uso tienen sobre las relaciones de mercado en términos de sus posibilidades tecnológicas; de ahí que su expresión se traduzca principalmente en costos monetarios de extracción y transporte del recurso a los usuarios intermedios o finales. En consecuencia, es necesario explorar sistemas de valoración diferentes a los existentes en una organización de mercado, puesto que los sistemas ecológicos son inconmensurables en cuanto a su capacidad de soporte de vida; no son mercancías. Este trabajo es una primera aproximación a la valoración de un sistema productivo desde una perspectiva energética; ello implica establecer sus consumos energéticos, cómo los transforma y las salidas que genera. En este particular, se cuantifican aquellas biomasas que se comercializan. Las salidas restantes consideradas como almacenamientos y disipaciones de la energía no son cuantificadas, por la complejidad que encierran, sólo se pretende establecer un posible orden de magnitud del agregado. La finalidad de esta línea de investigación es aportar elementos para un análisis de sostenibilidad. Es importante aclarar, que el modelo debe aplicarse para una serie de tiempo considerable, lo cual es un referente importante para establecer tendencias en el consumo energético del sistema en cuestión y apoyar desde este contexto, un juicio de sostenibilidad; sin embargo, en este trabajo se aplica solamente para un año: 1999. Las conclusiones por tanto son parciales y coyunturales.

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CAPITULO I

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION Esta investigación hace parte de un macro-proyecto del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM, liderado por la Subdirección de Ecología Económica, relacionado con la sostenibilidad de las actividades económicas en el país, y en particular la actividad agrícola. En estos términos, la actividad agrícola se incorpora dentro de la dimensión ambiental interrelacionando los componentes biofísicos y socioeconómicos. Justificación: Durante muchos años ha predominado y aún tiene vigencia en el escenario económico, el análisis de la actividad económica bajo la óptica de la teoría neoclásica, la cual ha abstraído la naturaleza de sus reflexiones y discusiones, suponiendo por tanto una sustitución infinita de los recursos naturales; que adquieren significación cuando han sido “transformados” por las actividades humanas. En consecuencia, su perspectiva de análisis es un entorno cerrado. Los factores de producción predominantes son el capital y la tecnología, los cuales "solucionan" cualquier problema de escasez de recursos, mediante la sustitución y permiten readecuaciones de la infraestructura para el desarrollo eficiente y rentable de los procesos productivos. En este contexto se apoyan los modelos económicos tradicionales. Los recursos naturales poseen características especiales y diferentes a las de los bienes que se transan en los mercados: poseen un valor intrínseco como soporte de vida, son bienes públicos que no tienen derechos de propiedad establecidos que dificultan la regulación del acceso a ellos, no se garantiza que un óptimo económico esté asociado con un equilibrio ecológico estable, entre otros. A pesar de estas dificultades, la teoría económica se ha acercado a la temática ambiental mediante modelos de gestión ambiental, que hacen énfasis en el establecimiento de los derechos de propiedad, uso de instrumentos económicos para regular y controlar los efectos ambientales, modelos de optimización para el manejo de los recursos y métodos de valoración ambiental como el análisis costo-beneficio de los recursos ambientales. Cuando el objetivo es modelar las articulaciones sistémicas y procesar las interacciones entre las actividades humanas (agricultura) y la naturaleza, donde se involucran componentes predecibles e impredecibles, puesto que se están trabajando sistemas complejos, la economía ecológica propone un instrumento

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valioso y también de alta complejidad como es el análisis de los flujos de materia y energía que son los que conectan las actividades humanas con el medio natural, implicando un análisis abierto que cuestiona la calidad y disponibilidad de los recursos naturales, ya que los materiales involucrados en los procesos productivos son energía incorporada, y su evaluación en el tiempo permite establecer tendencias. Este trabajo pretende explorar esta línea de investigación como un aporte al análisis de sostenibilidad desde la perspectiva energética, estableciendo los consumos, las transformaciones y las salidas energéticas en un sistema. Por su parte, la finalidad de obtener un modelo general para la agricultura, tiene su soporte en los siguientes criterios: ??El modelo es una forma abstracta de entender y procesar las interacciones

entre las actividades humanas (agrícolas) y la naturaleza. ??Se puede incorporar en los modelos institucionales para su aplicación

inmediata, por su pertinencia para la realidad nacional, sirviendo de instrumento científico técnico para cualificar y cuantificar los efectos de las actividades agrícolas sobre el medio ambiente y además como una estrategia para dimensionar la transformación del entorno a partir de las prácticas sociales.

¿Por qué aplicar el modelo general al cultivo del arroz? Una vez obtenido el modelo general para la evaluación de los flujos de energía en la agricultura, se aplica al cultivo de arroz riego en Colombia. Este cultivo se ha escogido con base en una serie de consideraciones: El arroz es un cultivo representativo de la actividad agrícola del país; a su vez es un producto básico de la canasta familiar de alimentos de poblaciones de medianos y bajos ingresos; sustituyendo en parte la proteína animal y vegetal en la alimentación básica en la sociedad actual que presenta crisis de demanda efectiva. De otra parte, el desarrollo del cultivo de arroz riego en Colombia, abanderado del modelo de la revolución verde desde los sesenta, ha consolidado una estructura supranacional de transferencia de tecnologías químicas y mecánicas no acordes con las características de la oferta ambiental del país generando una serie de alteraciones en la calidad de los recursos naturales (agua, suelo y aire) y conflictos sociales. El arroz se produce en Colombia bajo tres sistemas, que se definen principalmente por el uso y la intensidad de uso de los factores productivos: El sistema riego, el sistema secano mecanizado y el manual. El sistema riego emplea intensivamente capital y tecnología durante todo el ciclo productivo, de ahí la necesidad de infraestructuras de riego y drenaje, con lo cual puede

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producirse durante todo el año; es altamente comercial y atiende mercados nacionales. El sistema secano mecanizado depende de las precipitaciones, utiliza bastante capital y tecnología, y atiende mercados regionales y nacionales y el sistema de secano manual que también depende de las precipitaciones, se caracteriza por la utilización copiosa de mano de obra, con producciones para el autoconsumo y los excedentes van a mercados locales. El proceso productivo agrícola del arroz, comprende las fases vegetativa, reproductiva y de maduración; desde la preparación del suelo hasta la recolección del arroz paddy verde; con un periodo vegetativo para el sistema riego entre 90 y 110 días, para el sistema secano mecanizado entre 90 y 120 días y para el sistema secano manual entre 114 y 140 días aproximadamente. Se puede cultivar hasta los 1200 msnm, con temperaturas entre 22 y 32°C. La Federación Nacional de Arroceros, Fedearroz, clasificó 5 zonas productoras en el país: Centro, Llanos, Bajo Cauca, Costa Norte y Santanderes. La zona de mayor productividad es la central por su alto grado de integración vertical en los departamentos de Tolima y Huila. Para el año de 1999 el área total cosechada de arroz fue de 493,237 hectáreas, de las cuales el 63% corresponden a arroz riego, el 32% a secano mecanizado y el 5% a secano manual. En el país se producen 2,789,795 toneladas de arroz, donde el sistema riego contribuye con el 69% del total, el secano mecanizado con el 29% y el secano manual con el 2% respectivamente. El departamento del Tolima aporta el 37% de la producción nacional de arroz riego seguido por el departamento del Meta con el 14%. En cuanto a la producción de arroz bajo el sistema secano mecanizado, el 36% de la producción nacional es aportada por el departamento del Meta seguido por el departamento de Casanare con el 17%. Por su parte, el departamento de Córdoba contribuye con el 29% de la producción bajo el sistema secano manual, seguido por el departamento de Sucre con el 18%. La productividad promedio es de 5.9 toneladas/hectárea para el sistema riego, 4.6 ton/ha para el secano mecanizado y 1.6 ton/ha para el secano manual. Entre 1987 y 1997 la participación porcentual del arroz en el valor de la producción agropecuaria total fue de 4.7 y 3.7 respectivamente. Desde la consolidación de la apertura económica en la década de los noventa, experimenta serios problemas de competitividad. Limitaciones La economía ecológica advierte sobre la complejidad que caracteriza un entorno global (por ejemplo la actividad agrícola en el país como un todo), generando grandes incertidumbres que no pueden operacionalizarse mediante el cálculo y la medida; dentro de ellas se encuentran: por un lado, la que se origina por la llamada indeterminación entrópica, donde el equilibrio no corresponde siempre al equilibrio entre entradas y salidas, puesto que un aumento de energía en un

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punto del sistema no se revierte necesariamente con una disminución en otro punto, sino con sinergismos o efectos acumulados; y por otro lado, establecer la frontera en el balance, entre las disipaciones de energía provenientes de procesos naturales y las derivadas de procesos antrópicos. El modelo no pretende medir sostenibilidad vista integralmente, en sus dinámicas ecológicas, económicas y sociales. El objetivo es aportar algunos elementos para la evaluación termodinámica de un sistema agrícola; de ahí que la aproximación y los juicios que se hacen sobre sostenibilidad estén centrados en un contexto energético. Las externalidades o impactos generadas por la actividad agrícola se especifican en el modelo como disipaciones y almacenamientos de la energía, donde se establece su posible valor energético global basado en la primera ley de la termodinámica; sin embargo, no se cuantifican en sus diferentes componentes, por la complejidad que encierran sus procesos y la dificultad de traducirlos a unidades energéticas. Para establecer las tendencias en términos de la sostenibilidad energética de un sistema agrícola es necesario aplicarlo a un rango de tiempo amplio o a varios años dentro de un rango de tiempo. En este trabajo se aplicó solamente a un año específico: 1999; de ahí que sus conclusiones sean coyunturales. Metodológicamente, un limitante importante es la información de campo o experimental requerida para verificaciones o conocimiento de algunas variables básicas del modelo, lo cual incide en su selección o en su representatividad regional; puesto que la única opción es tomar promedios o generalizar estadísticas. No sobra advertir que los modelos ambientales son aproximaciones a una realidad cambiante, de ahí que a lo largo del tiempo, deban ajustarse a nuevos conocimientos adquiridos y a los cambios en las dinámicas en la interacción naturaleza - actividad humana. Formulación del problema Los flujos de energía producen articulaciones sistémicas que inciden directamente en la sostenibilidad; de ahí la importancia de generar un modelo global que los evalúe y que permita responder ¿si los materiales utilizados en los procesos productivos son de alto contenido energético, en qué se materializan sus efectos en el entorno?. En consecuencia, se puede dimensionar la transformación del entorno a partir de los consumos energéticos materializados en la combinación e intensidad de uso de los factores de producción biofísicos y socioeconómicos que configuran las prácticas culturales en la actividad agrícola.

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El problema central de las actividades agrícolas altamente comerciales, desde el punto de vista energético, se manifiesta en la manera como los agrosistemas desaprovechan la oferta energética de su entorno (radiación solar, trabajo humano, trabajo animal, etc.) y los sistemas naturales de reciclaje de la energía acumulada; creando de esa manera, sistemas dependientes y por tanto vulnerables a los riesgos ecológicos (infestación de insectos y de hierbas que compiten con el cultivo privilegiado) y económicos (bajas productividades y rentabilidades), que deben ser ayudados continuamente con inyecciones de energía (subsidios energéticos) (Nicolo Gligo)1. En consecuencia, la introducción intensiva de energías externas a la producción agrícola genera círculos viciosos: Exige cada vez mayores requerimientos energéticos comerciales, y se producen cada vez menores rendimientos (por la menor productividad del suelo y la vulnerabilidad del sistema) que lleva a los productores a introducir más energía al sistema, generando degradación en los recursos naturales (cambios en la calidad del agua, del suelo, del aire), conflictos sociales (sustitución de mano de obra por tecnología, bajas remuneraciones al factor), restando posibilidades de desarrollo productivo a otras actividades económicas.

1 Gligo, N. (1982). La energía en el modelo tecnológico agrícola predominante en América Latina. Revista de la CEPAL No. 22, página 124

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CAPITULO II

ESTADO DEL ARTE

Investigaciones sobre los flujos de energía se vienen realizando desde hace muchos años y "la economía ecológica ha existido por lo menos desde hace unos 100 años, pero los autores de la segunda mitad de nuestro siglo, como Fred Cottrell, Anne y Paul Ehrlich, Herman Daly, Barry Commoner, Howard y Eugene Odum, Richard Adams, Gerald Leach, Gerald Foley, David Pimentel, Iván Illich, Kenneth Watt, René Passet, Roy Rappaport, Wolfgang Harich, Kenneth Boulding, Charles Perrings e incluso Nicholas Georgescu-Roegen a pesar de su conciencia histórica, han conocido a pocos de sus predecesores"2. Alrededor de 1830 se investigó sobre los ciclos de materia, en 1880 Podolinsky inició la era de la energética agrícola; en la década de los setenta se impulsó el estudio de los flujos de energía, que se complementó en los últimos años con estudios sobre el efecto de la biotecnología en la biodiversidad. Puntualmente los fisiólogos realizaron estudios energéticos sobre algunos aspectos de eficiencia fotosintética y la tasa de producción de biomasa al nivel de procesos microbióticos; Los ecólogos como Lindeman (1942) y Odum (1957) analizaron los flujos de energía a nivel de ecosistemas. Pimentel en 1973 estableció para el agroecosistema del maíz en los Estados Unidos, la energía requerida para producir un kilo de producto comparando dos años específicos: 1945 y 1970. Partió de la utilización de insumos energéticos comerciales (como el riego, los fertilizantes, los plaguicidas, combustibles, maquinaria y electricidad), productos en energía alimentaria, residuos de la producción alimentaria y exportación; demostrando que la energía requerida para producirlo en 1945 fue menor que en 1970. La evolución en el consumo de energía aumentó en casi 213%, donde el único insumo que disminuyó fue la mano de obra (en 61%)3

Por su parte Heichel (1973) relacionó la "energía cultural" con la energía producida para diferentes sistemas y niveles de tecnología. Rappaport, escribió un artículo denominado "El flujo de energía en una sociedad agrícola" haciendo referencia a una población de 204 agricultores de Tsembaga, distribuidos en un área de 3.2 millas4; donde la horticultura proporciona el 99% de la dieta diaria. Este autor establece una serie de conclusiones interesantes como por ejemplo que con la actividad agrícola la energía almacenada en la

2 Alier, J.M, Schlupmann K. "La ecología y la economía". Fondo de cultura económica, México 1993, página 9 3 Gligo, N. (1982). La energía en el modelo tecnológico agrícola predominante en América Latina. Revista de la CEPAL No. 22, 1982, página 127 4 Rappaport, R.A. El flujo de energía en una sociedad agrícola, pagina 146

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producción de plantas primarias, da origen a unas cadenas alimenticias que encaminan la cultura humana hacia los complejos sistemas sociales de hoy en día. A mayor evolución social, mayor demanda de energía y mayor degradación ecológica. Georgescu-Roegen en “The entropy law and the economic process” (en 1971), describió el modelo de flujos en la actividad económica; donde los que ingresan presentan baja entropía. Los recursos naturales (causa material) al transformarse por la acción de un “fondo de agentes” como son la mano de obra y la tecnología (causa eficiente de la riqueza), no se incorporan físicamente al producto final. Flujos y fondos son categorías complementarias antes que sustitutos en los procesos productivos. Los recursos de baja entropía no siempre tienen valor económico, es necesario analizar su condición de escasez. Existen límites físicos, entropía y dependencia ecológica para la economía. Herman Daly en “Para el bien común”, recalca que el proceso económico es entrópico. Las materias primas naturales son iguales en cantidad a los desechos y residuos, que en ultima instancia se devuelven a la naturaleza. “La entropía es la medida física de esa diferencia cualitativa. Es la cualidad de la baja entropía lo que hace que la materia-energía sea receptiva a la acción del conocimiento y el propósito humanos. La materia-energía de alta entropía manifiesta resistencia y falta de plasticidad. No podemos, con ninguna tecnología que ahora pueda imaginarse, mover un barco de vapor con el calor contenido en el océano, por inmensa que sea esa cantidad de calor. Los molinos de viento tampoco pueden moverse con arena o cenizas”5 En síntesis, los recursos naturales para uso humano se deben analizar como concentraciones de energía utilizable antes que como una materia pasiva. Naredo, J.M. en “Los balances energéticos de la agricultura española” y en “La energía en los sistemas agrarios”, establece comparaciones a lo largo del tiempo, entre los insumos y las producciones en la agricultura española, concluyendo que los insumos energéticos en la agricultura han aumentado más que la misma producción. En 1950, por ejemplo, una caloría de energía (en la agricultura moderna) producía 6 calorías de producción vegetal. A finales de los setenta, la relación cambió a una caloría por caloría; lo que se explica básicamente por los cambios tecnológicos introducidos en los procesos productivos agrícolas. La Organización de la Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, FAO, en el documento “Energía para la agricultura mundial” (1980), estimó que el promedio mundial del consumo de energía comercial en la producción silvoagropecuaria es de 3.5%; donde a América Latina le corresponde un 3.8% de la energía comercial. La producción agrícola, siguiendo toda la cadena desde el productor hasta el consumidor de alimentos, absorbe en promedio el 20% de la

5 . Daly, H y Coob, J. (1997). “Para el bién común. Reorientando la economía hacia la comunidad, el ambiente y el futuro sostenible”. Fondo de Cultura Económica. Colombia, página 180

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energía comercial utilizada. En las actividades de elaboración, transporte, comercialización y consumo doméstico, se usa un porcentaje mayor que en la misma producción, puesto que esta consume entre 3 y 3.5%; mientras que aquellas absorben de 5 a 7% respectivamente. La revista Ecological Economics, contiene una serie de artículos relacionados con el tema; en donde se destaca el siguiente: “Eco-thermodynamics: economics and the second law” de R.U. Ayres (France)6, donde recalca que las leyes de la termodinámica presentan implicaciones significativas para la teoría económica. Los materiales de entrada a los procesos económicos no son “totalmente consumidos” al ser extraídos del ambiente porque vuelven al mismo en forma de desechos. Por su parte, las implicaciones económicas de la segunda ley (ley de la entropía) son más sutiles. Al respecto, existe una literatura considerable; iniciando con los trabajos de Georgescu-Roegen sobre la supuesta contracción del crecimiento económico impuesto por el hecho de que los procesos económicos utilizan materias primas de baja entropía (combustibles fósiles y minerales de alto grado) y descargan basuras de “alta entropía”. Sin embargo, de una manera práctica la disponibilidad de la energía de baja entropía proveniente del sol es demasiado grande. En este artículo, se estudia la significancia económica de la segunda ley, que sostiene en primer lugar que la exergía (calidad de la energía) no se conserva y en segundo lugar, que es una medida de uso común de la calidad de la oferta, tanto como de la cantidad, aplicable tanto a los materiales como a la energía misma; por lo tanto la exergía puede ser utilizada como medida y comparación entre las entradas y las salidas, incluyendo las pérdidas y los desechos. Esto es potencialmente importante por sí mismo; sin embargo, la exergía no se conserva y es verdaderamente consumida en los procesos económicos; entonces, la exergía es un factor de producción tan importante como el trabajo y el capital. Este hecho, genera fuertes implicaciones para el conocimiento de la teoría económica especialmente en lo que tiene que ver con el papel que juega el progreso tecnológico. Cornelissen R.L en Thermodynamics and sustainable development7 utiliza el análisis de exergia como mecanismo para reducir irreversibilidades en los procesos, convirtiéndose en un instrumento poderoso para el análisis de desarrollo sostenible asociado a la producción: A mayor eficiencia exergética mayor tendencia a la sostenibilidad. Eficiencia es “perfección termodinámica” de un sistema, incluyendo todos sus procesos internos y las interacciones entre energía y flujo de materiales que ocurren fuera de sus límites; sólo así pueden evaluarse los impactos ambientales. El método propuesto es el análisis de ciclo de vida de los productos teniendo como referente un proceso con cero emisiones e irreversibilidades.

6 “Eco-thermodynamics: economics and the second law” de R.U. Ayres (France), vol 26 No. 2, agosto de 1998 7 Cornelissen R.L. (1997). Thermodynamics and sustainable development. Netherlands

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CAPITULO III

OBJETIVOS DEL PROYECTO

OBJETIVO GENERAL Obtener un odelo para la evaluación de los flujos de energía en la actividad agrícola. OBJETIVOS ESPECIFICOS ??Establecer los efectos socioeconómicos de los flujos de energía en el sistema

de producción agrícola del arroz riego. ??Evaluar el comportamiento del balance energético frente a la sostenibilidad

ecológica y socioeconómica.

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CAPITULO IV

MARCO CONCEPTUAL

Uno de los conceptos de mayor importancia dentro del análisis de las actividades humanas es el de la energía. Esta puede almacenarse dentro de un sistema y transmitirse o transferirse como el calor o el trabajo de un sistema a otro; sus flujos conforman sistemas, generan un orden específico y mantienen en circulación materiales para finalmente degradarse. La unidad internacional de energía es el joule (J). Sin embargo, dada la equivalencia entre trabajo y calor en algunos casos se expresa en calorías (1 caloría equivale a 4,18J).

A lo largo de la historia, la actividad humana con fines productivos, dependiendo del grado de desarrollo de las fuerzas productivas, de las relaciones sociales de producción y de las formas de organización, ha modificado la naturaleza y por tanto sus ecosistemas, con la instalación de cultivos conformando los agrosistemas, con diferentes niveles de dependencia de inyecciones de energía especialmente fósil, para producir cada vez mayores volúmenes de materias primas y alimentos y a la vez de residuos, contribuyendo a la degradación e inestabilidad de la naturaleza, hasta tal punto, que de persistir los esquemas de explotación actuales puede verse limitada la producción de alimentos energéticos y las proteínas teniendo en cuenta que los factores degradativos sobre los recursos suelo, agua y clima exigirían cada vez mayores costos para obtener la misma productividad. 4.1 La economía ecológica: Una visión conceptual alternativa La economía ecológica es una visión integral y holística en construcción de la manera como la sociedad interactúa con su entorno a partir de las actividades económicas. Para los análisis, las evaluaciones y la toma de decisiones recurre a diferentes escalas de valores, mediante técnicas multicriterio. Un instrumento de análisis de la interacción sociedad-naturaleza es la evaluación de los flujos de materia y energía. La energía por tanto es un concepto importante dentro de su filosofía, bajo dos categorías: el consumo endosomático que se refiere a aquellas energías expresadas en alimentos necesarios para que los organismos vivos, en especial la especie humana, subsistan y puedan desarrollar sus actividades; y consumo exosomático de energía o sea las energías que una sociedad en una época histórica determinada utiliza para el desarrollo de sus procesos productivos. Este consumo en la especie humana tiene límites culturales, económicos, biológicos, etc. Como metodología, la economía ecológica propone una “dialéctica de diferentes conocimientos”, transdisciplinaria, que estudie la interacción ecosistema-cultura.

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Se diferencia de la economía ortodoxa por la inconmensurabilidad y la comparabilidad. Cuando se presenta inconmensurabilidad de valores y no se puede “optimizar”, se acude a una solución de compromiso, para compatibilizar medidas distintas. La economía tradicional ortodoxa ha ignorado el papel que juegan los recursos naturales en el proceso económico, están dados, se sustituyen si son escasos. Los factores preponderantes son el capital y la tecnología; ¿mas de qué serviría “un buen aserrío sin selvas y bosques, o una refinería sin petróleo o una flota pesquera sin peces?; para la economía ecológica el hecho de que la dotación de los recursos naturales que pueda utilizar la humanidad sea finita no es suficiente como explicación; para ello acude a los conceptos y leyes de la termodinámica. La materia y la energía no se puede crear ni destruir (primera ley) y a esto añade que la materia-energía se degradan continuamente desde una forma disponible a una no-disponible (ley de la entropía, segunda ley). Esta ley tiene un fundamento puramente antropocéntrico, distinguiendo entre energía disponible y no disponible. Lo disponible se define como aquello que tiene valor económico y lo no disponible como aquello que no tiene valor (los residuos). Sin embargo, los residuos pueden tener todavía una pequeña cantidad de energía disponible, pero con una forma inservible, la cual se puede reciclar. Al proceso económico ingresan materiales de baja entropía que se transforman en materiales de alta entropía. Cada objeto producido significa menos seres humanos en el futuro (según Georgescu-Roegen). De esta manera, la degradación de la materia-energía se produce no sólo continuamente, sino también irrevocablemente (degradación entrópica); es decir, la existencia se mueve en una sola dirección.

El capital productivo, creado por los humanos, es el resultado de un trabajo expresable en unidades energéticas, que funciona gracias a un aporte de energía y suministra un trabajo mecánico energéticamente medible. Los servicios proporcionados por el medio natural como la radiación solar, se traducen en términos energéticos. En fin, los análisis energéticos en la economía se han concentrado en clasificar las fuentes de energía según su contribución al consumo endosomático y exosomático de los humanos, estableciendo tendencias, actualizando los valores de las necesidades futuras de los recursos y entendiendo que una economía de mercado no puede ser la base racional para “una asignación intertemporal de recursos y residuos”. Desde los sesenta aproximadamente, predomina en los países la agricultura comercial que realiza cada vez mayores inversiones de capital, en cambios tecnológicos para aumentar la eficiencia productiva a costa de efectos adversos en los sistemas ecológico y social. Las nuevas técnicas exigen a su vez, en forma intensiva, insumos auxiliares como fertilizantes, plaguicidas, maquinaria, etc. acelerando el uso de recursos escasos y el agotamiento de los recursos naturales,

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desapareciendo actividades de menor escala y generando inestabilidad en la sociedad rural. De otra parte, para el desarrollo de este tipo de agricultura, se demanda en mayor proporción mano de obra de otros sectores puesto que se emplean básicamente productos industriales en sus procesos, a costa de disminuciones en el empleo de mano de obra rural, por tanto la población rural termina desplazándose hacia zonas boscosas, selváticas, centros urbanos intermedios o a zonas deprimidas de las grandes ciudades, agudizando las problemáticas rurales y urbanas. A su vez, los ecosistemas pierden complejidad estructural con la instalación de monocultivos, pierden capacidad de respuesta a las anomalías (insectos y enfermedades), introducidas y aumentadas por el mismo sistema de cultivo, teniendo que recurrir al uso de tóxicos que dejan residualidad en las plantas, en las fuentes de aguas, en los suelos y en la población del área de influencia. Los plaguicidas han requerido grandes consumos energéticos en su fabricación y afectan indiscriminadamente los insectos benéficos y no benéficos. En síntesis, es necesario definir la noción de sostenibilidad y redefinir y ampliar la noción de equilibrio, al conjugar la eficiencia ecológica y económica con la equidad social. El instrumento es el consumo y la eficiencia energética. Un manejo inadecuado de la energía afecta el desarrollo ecológico, social y económico de las actividades, puesto que la actividad económica es un flujo entrópico de energía y materia con una dirección única; sin embargo, estos componentes se subordinan a lo político, donde se requiere una ética ambiental en la gestión. 4.1.1 Desarrollo sostenible El planeta tierra es un sistema abierto en energía, pero cerrado en materiales, de ahí que “La economía ecológica se define como la ciencia de la gestión de la sostenibilidad”8. La sostenibilidad o viabilidad en el tiempo de los sistemas viene dado por las características de los intercambios con el entorno físico; la cuestión estriba en que la actividad humana cierre los ciclos de materiales posibilitando que los residuos se conviertan nuevamente en recursos, evitando contaminaciones. Sin embargo, con el desarrollo de una “civilización industrial”, apoyada en la utilización de materiales provenientes de combustibles fósiles, sin preocuparse por devolverles su calidad, se agrega escasez y contaminación a la naturaleza; es decir, se acelera la entropía de la tierra. “La sola extracción de combustibles fósiles, además de superar anualmente en toneladas la producción de alimentos, contiene una energía que multiplica por 14 la contenida en éstos, mostrando que la especie humana es la única que utiliza una energía exosomática muy superior 8 Naredo,J.M.(1992). Fundamentos de la economía ecológica. Página 384; en De la economía ambiental a la economía ecológica. Federico Aguilera y Vicent Alcántara. ICARIA: FUHEM, D.L., Barcelona, 1994.

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a la ingerida en forma de alimentos”......rompiendo los esquemas de funcionamiento de los ecosistemas naturales y originando los problemas de contaminación”9 De otra parte, a escala mundial se presenta una distribución desigual en el uso de los materiales y de la energía. El promedio mundial es de 6 toneladas per cápita/año; sin embargo un estadounidense promedio utiliza entre 25 y 30. Este país con el 5% de la población mundial, consume el 30% de la disponibilidad mundial de minerales y energéticos10 Se presenta una contradicción en el sentido de que la base material y energética requerida para el “desarrollo industrial de los países ricos” ha aumentado la entropía de la tierra y los precios de estos materiales vienen disminuyendo. Las agendas de organismos internacionales se han preocupado por reducir la contaminación con el principio “el que contamina paga”, desatendiendo la extracción y los precios bajos de los recursos naturales. La actividad económica se alimenta de fuentes energéticas cuyos depósitos pueden agotarse dependiendo de la intensidad del uso. De ahí la necesidad de gestionar el patrimonio energético para asegurar su reproducción y desarrollo; estructurar los flujos energéticos mediante el trabajo y la información, para satisfacer las necesidades sociales del “ser”, con el menor costo social, económico y energético, tal como es la esencia de la economía.11

4.3 El concepto de Sistema

Un sistema representa una estructura con determinado orden y organización en el espacio y en el tiempo, donde se desarrollan simultáneamente una serie de procesos de diferente tipo que vinculan componentes animados e inanimados, existiendo entre ellos interacciones e interdependencias; el análisis de la naturaleza se basa en los sistemas abiertos, en los cuales existe un continuo flujo de materia y energía entre sus componentes y con el entorno. El sistema básico para analizar los procesos que ocurren en la naturaleza sin intervención significativa de la actividad humana se llama ecosistema, el cual puede acumular y producir una cantidad de energía en forma de materia orgánica, que sufre variaciones cíclicas y tendenciales en el tiempo. La introducción de cultivos en ellos conforma una nueva estructura denominada agrosistema.

La producción agrícola depende básicamente, del proceso físico-químico de la fotosíntesis, que condiciona la producción de biomasa de los organismos vegetales a fin de satisfacer una multiplicidad de necesidades, principalmente de

9 Ibid, página 388 10 Ibid, página 389 11 Passet, R. (1979). “La doble dimensión energética e informacional del hecho económico”. En “De la economía ambiental a la economía ecológica”. Federico Aguilera y Vicent Alcántara. ICARIA: FUHEM, D.L., Barcelona, 1994.

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alimentación. Dicho proceso, depende de la disponibilidad de condiciones físicas y biológicas presentes en el medio como la radiación solar, el agua, el clima y el suelo y las características ecofisiológicas de la misma vegetación, las cuales cambian en el espacio y en el tiempo.

En los agrosistemas interactúan una serie de componentes físicos primarios básicos para el desarrollo de las plantas, que se “potencian” con una serie de insumos culturales, para mejorar la productividad económica con el objetivo de que la actividad sea rentable y trascienda las fronteras nacionales, atendiendo cada vez un mayor número de población.

Dentro de los componentes físicos primarios se encuentran:

El componente hídrico. Es uno de los elementos utilizados en los procesos de crecimiento y desarrollo de la planta, en la fotosíntesis y en especial, para el transporte de los nutrientes necesarios para sus diferentes órganos; cuantificada por medio de la evapotranspiración. Su disponibilidad está relacionada con el balance hídrico de cada región, con las características de la cuenca hidrográfica y las tecnologías para su manejo y suministro.

El componente suelo. Sirve como fuente de minerales y es soporte físico para las plantas; su potencial para la producción agrícola está en función de sus propiedades físicoquímicas y biológicas; como variable exógena de su configuración superficial se considera la topografía.

El agua, el suelo, la vegetación y el clima constituyen los componentes básicos para analizar el sistema más importante del medio físico llamado la cuenca hidrográfica.

De otra parte, son inherentes al proceso productivo ciertas características secundarias de tipo biológico y socioeconómico que se expresan al establecer si los cultivos son de tipo determinado (aquellos cuyo ciclo vegetativo va de semilla a semilla por ejemplo el arroz) e indeterminado (aquellos que van de semilla hasta una fase intermedia, por ejemplo el tabaco o la caña de azúcar); en la estacionalidad de la producción (que está sujeta a calendarios de siembras y cosechas), y en los riesgos en el proceso productivo de tipo climático, fitosanitario y socioeconómico.

4.4 Sistemas de producción agrícola

La forma e intensidad de utilización de los factores de producción (naturales: clima, suelo, agua, aire; culturales: trabajo, capital y tecnología) definen y caracterizan los sistemas de producción imperantes en una época histórica y en un espacio geográfico determinado.

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Para su diferenciación y caracterización se tienen en cuenta parámetros tales como12: el tipo y forma de cultivo (múltiples, intercalados, asociados, monocultivos), sistemas de uso del suelo, patrones tecnológicos y grados de utilización de maquinaria y equipos, abastecimiento y uso de agua, sistema de rotaciones, forma y grado de vinculación laboral, grado de penetración al mercado de los insumos y de los productos finales (autoconsumo, mercados locales, regionales, nacionales y e internacionales). De esa manera, estos sistemas se han clasificado de diversas formas; una de ellas fue propuesta por Tolba M, en el documento “Salvemos el planeta. Problemas y esperanzas”13 así: Agricultura migratoria, Agricultura tradicional de bajo rendimiento, Agricultura tradicional de moderado rendimiento, Agricultura tradicional mejorada, Utilización moderada de tecnología, Utilización intensiva de tecnología, Utilización especializada de tecnología. Simplificando esta clasificación tal como se denota en el documento del IDEAM “El Medio Ambiente en Colombia”14, los sistemas de producción se pueden agrupar en Agricultura campesina, agricultura migratoria, agricultura extensiva y agricultura intensiva. La agricultura campesina es un sistema donde se implementan una variedad de estrategias que responden a las exigencias de la subsistencia familiar; con frecuencia bajo condiciones difíciles para la producción; ya que se ubican en zonas de páramo, ladera y/o zonas planas marginales de baja productividad, generalmente con periodos vegetativos muy largos. La mano de obra es de origen familiar o comunitario. En una misma parcela subsisten diferentes cultivos asociados. A su vez, la actividad pecuaria constituye fuente de bioabonos, energía para transporte y labranza del suelo y alimentos para el consumo familiar (autoconsumo): proteína (leche, carne y huevos), lana, entre otros, con algunos excedentes que se destinan a mercados locales y regionales. La agricultura migratoria, enmarcada dentro de los procesos de colonización, introduce una serie de prácticas como la deforestación y la quema de vegetales, con el objetivo de cultivar maíz, plátano y yuca (básicamente para autoconsumo), que se van alternando con periodos de descanso, para luego de algunas cosechas, sembrar pastos y finalmente vender la propiedad para actividades ganaderas. La agricultura extensiva surge en la medida en que se aumenta la frecuencia de los cultivos. Dependiendo del grado de uso y de la intensidad de uso de los factores productivos (especialmente mano de obra y del suelo) y de las

12 Machado, Absalón y Torres, Jorge. “El sistema Agroalimentario”. Una visión integral de la cuestión agraria en América Latina. CEGA. Siglo XXI editores. Santa Fe de Bogotá, 1991. 13 Tolba, M (1992). Salvemos el planeta. Problemas y esperanzas. PNUMA. Chapman & Hall. Londres, 14 IDEAM. El medio ambiente en Colombia

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condiciones sociales del entorno, se genera una tendencia hacia cultivos transitorios.

La agricultura intensiva se caracteriza por un uso intensivo de capital y tecnología de alto requerimiento energético, con buena productividad para una producción intensiva de alimentos con el fin de atender mercados nacionales e internacionales.

4.5 Sistema termodinámico15

Un sistema termodinámico se define como una cantidad de materia fija sobre la cual se enfoca la atención para su estudio sujeto a cambios de las propiedades que lo definen. Este sistema está separado por sus límites o fronteras los cuales pueden ser movibles o fijos, en respuesta a sus interacciones internas o con el medio exterior. Un sistema aislado es aquel en el que no influye el mundo exterior; es decir, que ni la masa, el calor y el trabajo cruzan sus fronteras. Para el análisis de un sistema termodinámico se pueden utilizar dos puntos de vista: Macroscópico, el cual reduce el número de variables a unas pocas, que se manejan con facilidad, considerando los efectos a gran escala o globales, promediados en el tiempo. Microscópico, establece un gran número de variables y analiza su comportamiento individual, generalmente a través de partículas. El estado termodinámico de un sistema puede identificarse por una serie de propiedades macroscópicas observables y cuantificables que permanecen en el sistema caracterizando unas condiciones de equilibrio en el espacio y en el tiempo. Se debe tener en cuenta que una sustancia se puede analizar como un sistema. El valor de una propiedad tiene sentido para el sistema completo en términos de equilibrio. Puede existir equilibrio, en un espacio y tiempo específico, en sistemas físicos, ecológicos, socioeconómicos y termodinámicos. Dentro del equilibrio físico es relevante el equilibrio térmico: (igual temperatura en todo el sistema); el equilibrio mecánico (la presión no cambia en el tiempo en tanto que el sistema esté aislado del medio exterior); el equilibrio químico (no existen reacciones químicas), el equilibrio ecológico (cuando las relaciones, interacciones y productos del ecosistema se conservan), el equilibrio social (cuando las fuerzas productivas y las relaciones sociales de producción se conjugan de tal manera que posibilitan el bienestar de toda la sociedad). Cuando un sistema está en equilibrio con respecto a todos los cambios de estado posibles, se halla en equilibrio termodinámico.

Cuando varían una o más de las propiedades de un sistema, se dice que ha ocurrido un cambio en su estado; para el caso de los sistemas agrícolas, estas 15 Conceptos tomados de Sonntag, R.E. y Gordon J. V.W. “Introducción a la Termodinámica clásica y estadística”. Editorial Limusa. México, 1979

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variaciones están en función de la actividad natural y de la intervención humana; aunque en los procesos naturales y especialmente en los antrópicos se conserva en forma global la energía, pero por la característica de irreversibilidad, se mantiene la tendencia a su degradación. 4.5.1 Energía y trabajo La energía puede transmitirse de un sistema a otro mediante el trabajo y el calor. Cuando se trata la termodinámica desde un punto de vista macroscópico, se debe enlazar la definición de trabajo con los conceptos de sistemas, propiedades y procesos; donde W representa el trabajo realizado por un sistema. En los agrosistemas, las actividades antrópicas se pueden estimar en términos de la energía suministrada en los insumos culturales: maquinaria, fertilizantes, plaguicidas, tecnología, entre otros; los cuales afectan cada vez más la posibilidad de alcanzar los estados de equilibrio. Una tendencia obvia de sostenibilidad en un sistema agrícola, está orientada a que dentro del balance de energía en términos de trabajo se produzca una determinada cantidad de energía permanente con base en la oferta natural, empleando mínimas inversiones energéticas del entorno, produciendo la mayor cantidad de trabajo útil. 4.5.2 Calor La definición termodinámica de calor es diferente a su significado común. Se define como la forma de energía que se transmite a través de la frontera de un sistema que está a una temperatura mayor,(mayor energía interna) en relación con otro sistema (o al medio exterior) que presenta una temperatura inferior (menor energía interna o con déficit energético); de ahí que la transferencia se realice en virtud de la diferencia de temperatura entre los dos sistemas, hasta que se establezca el equilibrio de temperatura entre ellos; en este momento deja de haber transmisión de calor y se llega al equilibrio térmico. Es importante anotar que un sistema nunca contiene calor, sino que éste se identifica únicamente cuando cruza sus fronteras. De ahí que el calor sea un fenómeno transitorio. El calor transmitido hacia un sistema se considera positivo y el calor transmitido desde o por un sistema hacia el entorno es negativo; es decir, un calor positivo representa energía que entra a un sistema, y un calor negativo representa energía que sale de un sistema. El símbolo Q se emplea para representar el calor. En este sentido un indicador de la sostenibilidad es el de mantener un balance adecuado de calor frente a la demanda de energía del agrosistema. En general, se puede considerar a la radiación electromagnética del sol, al calor transferido por el aire y el agua, y al balance térmico del suelo como las formas

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de calor más importantes para su análisis energético. Estas formas de energía, son importantes cuando se analiza el efecto energético del medio sobre los estados de equilibrio de los agrosistemas. 4.6 Las leyes de la termodinámica

La ciencia que estudia la energía y la entropía es la termodinámica. La energía es una de las principales medidas de las actividades humanas y en general de la naturaleza. Los flujos de energía se rigen por las leyes de la termodinámica16. 4.6.1 Primera ley Esta ley hace referencia al principio de la conservación de la energía, y expresa que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Esta ley no diferencia las distintas formas de energía; la energía no se pierde independientemente cómo y para donde se dirija. La primera ley de la termodinámica para un cambio en el estado en un proceso cíclico y reversible, vendría dado por:

? ?? WQ ??

El significado físico de la propiedad E representa toda la energía del sistema, la cual puede estar presente en una variedad de formas, tales como: Energía cinética (relacionada con el movimiento), energía potencial (acumulada), energía interna del sistema (relacionada con los componentes que definen el sistema), energía química, energía cultural, energía ecológica entre otras.

WJQ ?? ? En el estudio de la termodinámica17 conviene considerar separadamente la energía cinética (EC) y la energía potencial (EP) de un sistema y luego incluir toda la energía restante del sistema en una sola propiedad que se llama energía interna (U). La razón es de que la EC y la EP se especifican por los parámetros macroscópicos de masa, velocidad y posición, que generalmente no se consideran en el análisis de sistemas agrícolas. U comprende todas las demás formas de energía del sistema en reposo y está asociada al estado termodinámico del mismo. Por consiguiente, E = U + EC + EP

16 Miller. Tyler G (1994). Ecología y medio ambiente. Grupo editorial Iberoamericana S.A., México, paginas 73-78 17 Conceptualización aportada por el compañero Ingeniero Químico Luis Reinaldo Barreto, de la Subdirección de Ecología Económica del IDEAM

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Donde: E = Energía interna + energía cinética + energía potencial + otras formas de energía, Puesto que los términos en que se compone E son funciones de punto se puede escribir: DE = dU + d(EC) + d(EP) La primera ley de la termodinámica expresa que durante cualquier ciclo a que se someta un sistema, la integral cíclica del calor es igual a la integral cíclica del trabajo y por lo tanto no existe variación de su energía. Sin embargo, no establece restricciones al sentido del flujo del calor y del trabajo. Un ciclo en el cual una cantidad dada de calor se transmite del sistema al exterior y una cantidad igual de trabajo se efectúa sobre el sistema, satisfará tanto la primera ley como un ciclo en el cual se inviertan los flujos de calor y de trabajo. En la realidad, un ciclo se realiza sólo si satisface la primera y segunda leyes de la termodinámica.

La eficiencia de primera ley se puede generalizar como: ? = Energía útil/energía suministrada Donde la energía útil es el trabajo útil producido con base en la energía suministrada al sistema; desperdiciando una cantidad de calor Q´= Q – W; donde Q es el calor o la energía suministrada y W el trabajo producido por el sistema. Luego, la ecuación anterior se puede escribir como:

4.6.2 Segunda ley Esta ley enunciada por el ingeniero francés Nicolás Leonard Sadi Carnot, hace referencia al principio de la degradación de la energía. En un proceso cuando la energía cambia de una forma a otra, parte de la energía útil siempre es degradada a una calidad inferior, más dispersa (entropía más alta) y menos útil; es decir, hay una degradación de la calidad de la energía (exergía). Con una mayor intensidad en su uso, más energía desordenada se agrega al ambiente.

QWQQQQQ //'/ ?????

QW

QQQ ?

????

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Esta Ley en su más amplia significación, implica que los procesos ocurren en un solo sentido (o sea que no existen procesos reversibles); las energías gastadas o consumidas no pueden volver a su estado original. Las transformaciones energéticas que se producen en los ecosistemas son de baja entropía, por lo tanto no generan alteraciones negativas en el medio ambiente. Por su parte, las actividades humanas, especialmente en los sectores del Transporte, Industria y Agricultura, están asociadas con intensas y rápidas variaciones de temperatura conduciendo a altas pérdidas de energía y por lo tanto a una alta entropía; esto se puede contrarrestar, en parte, aumentando la eficiencia de los procesos de transformación de la energía mediante la disminución de las pérdidas de energía en ellos y adaptando la calidad de la energía a las actividades, con productos de menor intensidad energética, y con el reciclaje de materiales de alta densidad de energía. Cuando se producen cambios fuertes en los agrosistemas, se alejan cada vez de su situación de equilibrio; es decir, que mientras se efectúe un cambio lento y de poca intensidad, el ecosistema puede asimilarlo repercutiendo en variaciones mínimas de su energía interna. Luego, la rapidez con que se generen cambios físicos y biológicos en los ecosistemas, para traducirlos en agrosistemas, se puede tomar como indicador de su sostenibilidad. Los cambios frecuentes e intensos que originan en los ecosistemas las formas de producción altamente comerciales, conllevan ineficiencia en la utilización de las diferentes formas de energía que se les suministra a los agrosistemas para hacerlos intensamente productivos, conduciendo a grandes perdidas de energía, siendo uno de los principales factores de la degradación de los recursos naturales (suelo, agua y atmósfera), además de conducir a desequilibrios sociales, por una asignación ineficiente e inequitativa del recurso energía. El mejor ejemplo de esta situación es el paquete tecnológico de la llamada “revolución verde”, que se instauró a finales de la década de los cincuenta en el país, donde supuestamente se buscaba garantizar un suministro energético adecuado para algunas regiones del mundo con base en la producción de alimentos con variedades de alto rendimiento apoyada en el uso intensivo de formas de energía como los fertilizantes nitrogenados compuestos, el uso del agua, el aporte de maquinaria, el uso de plaguicidas, que generaron efectos profundos sobre el paisaje, sobre sus equilibrios físicos, químicos, biológicos y sociales. 4.6.3 Entropía El concepto de entropía está ligado a la reversibilidad e irreversibilidad de los ciclos. Un ciclo reversible es un umbral teórico, que sirve para compararlo con los procesos reales que suceden en la naturaleza. Los procesos que conducen a entropía pueden ser naturales y antrópicos. Cuando el ciclo es reversible se está

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aprovechando toda la capacidad de trabajo y la energía del sistema; es decir, no se desprende calor al ambiente por tanto no hay desorden (entropía). Recursos Productos (Ep) (Er) Procesos

reversibles Proceso ideal: La energía de los recursos que entran al sistema (Er) = Energía contenida en los productos (Ep); por lo tanto no existe agotamiento ni emisiones En la realidad todos los ciclos son irreversibles, presentándose descargas de calor al ambiente, que dependen de la eficiencia en el uso de la energía, con la cual se puede generar trabajo útil. Recursos Productos (Ep) (Er) Procesos

Irrreversibles Emisiones (Ee) Proceso real: Er > Ep + Ee; por lo tanto se presenta agotamiento y emisiones Al comparar los procesos entre los dos ciclos se puede establecer la diferencia de entropía, mediante la variación en la cantidad de trabajo utilizado, que sería el trabajo perdido. De ahí que los cambios de entropía se pueden valorar en un sistema agrícola, estableciendo en cada una de las actividades, el uso real de la energía y la eficiencia de su utilización en comparación con la energía mínima requerida por el agrosistema: en trabajo humano, trabajo animal, insumos químicos (fertilizantes y plaguicidas), insumos mecánicos, entre otros. Como producto de este análisis se pueden establecer los umbrales límite de uso de insumos y lo que realmente se está utilizando. Los recursos naturales que ingresan al proceso de producción agrícola son de alta calidad, son ordenados por tanto de baja entropía; al final del proceso, resultan productos de baja calidad “energética” por su alto desorden (alta entropía). Desde el punto de vista de la cadena trófica, entre más alta sea esta cadena, mayores serán los niveles de entropía. La segunda ley de la termodinámica conduce a esta propiedad, la entropía, que permite tratar cuantitativamente esta ley en los procesos. La relación ?Q/T es independiente de la trayectoria y es función de los estados extremos solamente, siendo por tanto una propiedad similar a la energía interna del sistema. Este

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concepto está directamente ligado a la reversibilidad e irreversibilidad de los ciclos.

Esta ecuación permite determinar cambios de entropía, pero no dice nada acerca de los valores absolutos de la misma.

0/2

112 ??? ? TQSS ?

En esta ecuación la igualdad se verifica para un proceso reversible, mientras que la desigualdad se presenta para un proceso irreversible. El cambio de entropía para un proceso irreversible puede ampliarse introduciendo el concepto de trabajo perdido, que se ha designado con el símbolo LW. La diferencia de entropía entre los dos ciclos: reversible e irreversible, es la diferencia de trabajo que se está perdiendo. En un proceso reversible el trabajo perdido es cero. Cuando un sistema interactúa con su medio o el ambiente circundante cambiando de estado se produce un cambio en la entropía del sistema y su medio exterior. Esta consideración conduce al principio de aumento de la entropía; para el medio exterior ?Q es negativo y por consiguiente el cambio total de la entropía es,

Donde T es la temperatura del sistema y To la del medio exterior. Puesto que T> To, el calor se transmite del sistema al medio exterior. Por consiguiente, se concluye que para todos los procesos posibles a que puede someterse un sistema con el medio exterior,

012 ?? SS Donde la igualdad se cumple para los procesos reversibles y la desigualdad para los irreversibles. 4.7 Flujos de materia y energía en los sistemas agrícolas En un sistema natural, el flujo se inicia con la entrada de los rayos solares al sistema (principal fuente de energía), fijada por la planta a través de la fotosíntesis y transformada en energía química a través de los productores primarios. Las plantas utilizan a su vez esta energía para obtener compuestos orgánicos esenciales para su funcionamiento y desarrollo, lo que a su vez se incorpora al suelo como sales minerales.

TQ

dS?

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0TQ

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dSdS iormedioextersistema??

???

30

En un agrosistema los flujos se reparten entre las entradas del medio ambiente y la retroalimentación proveniente de la economía, que se inicia con la preparación del suelo, y la entrada de los diferentes bienes y servicios que van desde la aplicación de fertilizantes, plaguicidas y maquinaria. En la actividad económica interactúan todos los sectores (primario, secundario y terciario) mediante flujos de energía, materiales y servicios que se pagan con dinero. El dinero acompaña el curso de estos flujos, y es considerado como un dispositivo de contabilidad de la economía. El dinero apenas “facilita” los flujos de energía y permite distribuir la energía a través de la economía. La agricultura utiliza los insumos primarios del medio ambiente y los productos de otros sectores económicos para transformarlos en productos finales o intermedios (alimentos, materias primas, plantas y flores ornamentales, etc.) que fluyen hacia los mercados y en retribución la agricultura obtiene recursos (acumulación de capital) que se reinvierten para el pago a los factores productivos (salarios, rentas, intereses, beneficios), para la compra de insumos como el combustible, maquinaria y fertilizantes y para otras actividades que generen rentabilidad (dependiendo de la escala de la producción y de los beneficios). Como producto de los procesos se obtienen subproductos de gran diversidad algunos de los cuales se reutilizan y los que no, se convierten en contaminantes. Flujo de materiales y energía en la actividad agrícola

Recursos naturalesEnergía solar Oferta

AguaProducciónnal

Importaciones

Suelo Demanda

Aire Consumo nalExportaciones

Recursos culturalesEstablecimiento

Desarrollovegetativo

Maduración

Recolección Disposición

Alimentos Trabajo humano

Alimentos Trabajo animal Eficiencia

Energía para maquinaria Equidadsu fertilizantesFabricación plaguicidas

Cambio en la calidad de la vidahumana

Biomasa no comercial

Biomasa comercialBien intermedio, bienfinal

SalidasEntradasDesarrollo vegetativo de los cultivos

Transformación

Cambio en la calidad de losrecursos naturales

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4.7.1 Energías que ingresan al sistema ??Energía solar: Con la que las plantas producen energía alimenticia

principalmente. ??Energía Humana: Requiere de energía alimenticia para su desarrollo fisiológico

y para poder realizar un trabajo ??Energía animal: Requiere de energía alimenticia para su desarrollo físico y

para realizar trabajo ??Energía alimenticia: Es un insumo externo, auxiliar que se utiliza para el

sostenimiento y para desarrollar trabajo por la población que labora en los campos de cultivo y los animales que se utilizan en las labores.

??Energía de potencia: Se consideran en esta categoría los combustibles que se utilizan para las máquinas.

??Energías indirectas: Aquellas que han sido producidas fuera de la actividad agrícola, especialmente en la actividad industrial, pero que son utilizados en el proceso de desarrollo del cultivo; como los fertilizantes, los plaguicidas y la maquinaria.

4.7.2 Transformaciones dentro del sistema agrícola Las transformaciones que suceden en el desarrollo del cultivo implican una serie de transferencias de energía, dentro de las cuales se encuentran: ??La transformación de la energía solar en energía química de las plantas ??La transformación de la energía química de los alimentos (vegetales y

animales) a la energía humana y animal para su desarrollo fisiológico y para poder desarrollar un trabajo.

??La transformación de la energía de potencia de los combustibles a lograr que las máquinas puedan utilizarse.

4.7.3 Salidas de energía. ??Los productos de la cosecha, de la cual solo una parte es comercial como bien

final o como bien intermedio requiriendo transformaciones industriales antes de llegar al consumidor final.

??Con la biomasa restante, es decir la que no se comercializa en los mercados;

es necesario establecer su disposición. Esta biomasa no debería convertirse en desperdicio, debería estar perfectamente incorporada al suelo en los nuevos procesos productivos. De no ser así, indica posiblemente desconocimiento o incapacidad humana de interactuar equilibradamente con la naturaleza.

??Las ineficiencias generadas en el proceso productivo, que son de 3 tipos

básicamente: a) De energía en los procesos físicos, ineficiencia en el proceso de fotosíntesis, b) Biológico, con la conversión de los productos alimenticios

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tanto de animales, como por los humanos y c) Mecánicos, con la conversión de los combustibles por la maquinaria.

??La energía se degrada y se degenera en forma de calor y contribuye con el

desequilibrio permanente del sistema. ??Cambios en la calidad de los recursos naturales, generados por el uso y la

intensidad de uso de los insumos culturales y el nivel de compatibilidad entre las prácticas culturales y las características de los recursos naturales.

??Cambios en la calidad de vida humana: Están determinados por la manera

como en una sociedad se asignan los factores productivos, en términos de eficiencia y equidad. Al mismo tiempo, los cambios producidos en la calidad de los recursos naturales como consecuencia de las actividades humanas, termina afectando la salud y bienestar humano.

4.8 Los balances termodinámicos Los principales balances son: El balance de materia, de energía, de entropía, entre otros18. La aplicación de estos modelos depende de la información disponible requerida para el análisis de los procesos dentro de este contexto. 4.8.1 El balance de materia, establece la ley de la conservación de la materia y define que la cantidad de materia que entra a un sistema es igual a la cantidad de materia que sale más la acumulación de masa dentro del sistema estudiado.

Si este enunciado se analiza a la luz del proceso productivo actual de alimentos basado en el uso permanente de la oferta natural, con una estructura socioeconómica y política determinada, se tiene que:

RN + PS = P + (S + D)

Donde, RN, representa las entradas de ofertas de la naturaleza a través de los ecosistemas, PS son otros productos de otros procesos que se necesitan para hacer eficiente y rápida la producción de la naturaleza, como fertilizantes, distritos de riego, semillas mejoradas, plaguicidas, energía animada y maquinaria, generalmente se denominan formas de materia subsidiadas al agrosistema. Las salidas de materia están asociadas con P como las unidades de producto principal comercializables (fruto, raíces, tubérculos, hojas), S son los subproductos como bagazo de caña, pulpa de café, hojas y tallos que quedan en los lugares de cosecha o beneficio y D son los desechos (subproductos que no han tenido un aprovechamiento adecuado y se han originado dentro del proceso

18 Janna, F., Betancourt A (1992). La calidad de energía y la conservación de los recursos naturales., pagina 40

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de producción o en el proceso de comercialización (postcosecha) por los esquemas de transporte, distribución y comercialización de los materiales. En esta investigación se analiza hasta el proceso de cosecha.

4.8.2 El balance de energía, según la 1ª ley de la termodinámica, el flujo de energía que entra a un sistema más el calor transferido del entorno (radiación solar) es igual al flujo de energía que sale, más el trabajo producido por el sistema, más la energía acumulada dentro del sistema.

ES + ESE + EH+ EAN= EP + ESU + ED1 +ED2+ EA

Donde las entradas son: ES, la energía asociada a los recursos naturales principalmente energía solar, ESE, es la energía asociada a productos de otros procesos (subsidios energéticos), EH es la energía humana utilizada y EAN es la energía animal

Respecto a las salidas de energía, EP es la energía asociada al producto comercial, representa la “”productividad del sistema”, ESU es la energía asociada a los subproductos (biomasa restante de producción y/o beneficio), ED1 es la energía asociada a los desechos de biomasa, ED2 es la energía asociada a los desechos de los subsidios energéticos y que generalmente son factor de contaminación o degradación de los recursos naturales, un ejemplo de estas lo constituye el sobrelaboreo del suelo, las pérdidas de fertilizantes simples y compuestos por lixiviación o en las aguas de drenaje, las pérdidas de plaguicidas en el agua, en el aire o en el suelo originadas por excesos en la aplicación y en las inadecuadas técnicas de aplicación (disipación de la energía) y EA es la energía acumulada dentro del sistema (energía interna).

El esquema general de balance es el siguiente: Entradas Transformaciones Salidas ESE EP ES Proceso de transformación EH ESU EAN EA ED1 ED2

Para el balance de entropía, la entropía que entra (que incluye también la asociada al flujo de calor que entra al sistema) es igual al flujo de entropía saliente más la entropía generada, más la acumulada dentro del sistema.

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4.9 Hacia una termodinámica ecológica La Termodinámica aplicada a la actividad agrícola en una dimensión ambiental, se manifiesta en la forma como una sociedad específica, a lo largo del tiempo, utiliza y maneja, de un lado, los recursos naturales y culturales en un espacio cultivado y de otro lado, los productos y subproductos resultantes de los procesos productivos que satisfacen necesidades de autoconsumo y de los mercados en los diferentes niveles espaciales, y los residuos, que no deberían convertirse en desechos; en este sentido se asume que resultan de la incapacidad humana de involucrarlos en los procesos naturales, por desconocimiento y/o por el uso de modelos de desarrollo en contextos sociopolíticos que desconocen las características, potencialidades y limitaciones de la oferta ambiental. En consecuencia, uno de los conceptos básicos de la termodinámica, la energía útil, será aquella que está contenida en los productos agrícolas que la sociedad comercializa (biomasa comercial) y la biomasa restante que se incorpora al ciclo de materiales y a los flujos de energía. A su vez, la energía desaprovechada, es aquella que se disipa por procesos naturales y antrópicos en entidades diferentes a las que originalmente se destinaba el uso de los recursos y aquella biomasa que no se comercializa o que no se incorpora nuevamente en los procesos productivos. La biomasa convertida en desecho contiene una cantidad de energía que la sociedad no está aprovechando, generando una pérdida energética, ecológica y económica y agregando desorden y entropía al entorno, consolidando procesos de contaminación y pérdida de rentabilidad en el tiempo. Este será el sentido en que se aplicarán las concepciones básicas de la termodinámica en esta investigación. La praxis del modelo depende de la información disponible. 4.10 Energía y sostenibilidad La sostenibilidad es un concepto complejo, dinámico, de largo plazo, para sistemas abiertos incluyendo toda una gama de componentes en las dimensiones ecológicas, económicas y sociales; de ahí la necesidad en este contexto de redefinir desde la economía, los conceptos de competitividad, eficiencia, rentabilidad y productividad, incorporándoles el largo plazo y las responsabilidades éticas y sociales; que tradicionalmente la economía ortodoxa los define para el corto plazo y en marcos cerrados. La energía útil es un indicador de sostenibilidad ecológica, económica y social. Se define como aquella energía contenida en los productos de los procesos productivos que es totalmente aprovechada. Si a lo largo del tiempo, ella es cada vez menor que la energía desaprovechada, representada en biomasa mal

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utilizada y disipaciones de la energía en el aire, suelo, agua y seres vivos; la actividad económica presenta tendencias insostenibles; ya que convertida en valores económicos y costos de oportunidad conlleva pérdidas que afectarán la rentabilidad; de otra parte, implica efectos colaterales en los recursos donde se descargan las energías que se despilfarran, es decir, repercute en la sostenibilidad ecológica y social al afectar la calidad de los recursos naturales y el hábitat humano. Una asignación ineficiente de la energía genera desequilibrios sociales; a mayor utilización de energía inanimada en un proceso agrícola, representada en maquinaria por ejemplo, mayores conflictos entre la población ubicada en ese territorio, puesto que resulta desplazada la mano de obra. En síntesis, la energía es un indicador de sostenibilidad; un uso y asignación ineficiente e inequitativa de la energía en la actividad económica producto de paradigmas socioeconómicos y marcos de política sesgados sin ética ambiental genera efectos irreconciliables en la relación ecosistema-cultura.

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CAPITULO V

METODOLOGIA La metodología considera en primer término la selección de los sistemas de producción objeto de análisis; posteriormente con base en la caracterización de los procesos productivos agrícolas del arroz y de la caña de azúcar bajo los sistemas de producción seleccionados se establece el espectro de las variables relevantes en la actividad agrícola. Luego, las variables se introducen en el modelo de balance energético con las definiciones y cuantificaciones específicas, que generen calificaciones sobre las tendencias de la actividad agrícola hacia la sostenibilidad, quedando estructurado así el modelo de flujos de energía. Con el fin de evaluar y ajustar el modelo se aplicará en el proceso de cultivo del arroz riego en Colombia, para el año 1999. 5.1 SELECCIÓN DE LOS SISTEMAS DE PRODUCCION Los sistemas productivos gastan diferentes cantidades de energía en sus sistemas de soporte vital. Para la obtención de las variables representativas de un proceso agrícola se tienen en cuenta los procesos productivos del arroz y de la caña de azúcar que son intensivos en el uso de capital y tecnología; sin marginar la perspectiva de los procesos intensivos en mano de obra. En términos ecológicos, es significativo el análisis de estos dos cultivos, ya que las dos principales cadenas fotosintéticas son las C3 y las C4. En la C3, el primer producto de la fotosíntesis es un ácido orgánico de tres carbonos, donde se encuentra clasificado el arroz. En la C4, cuyo primer producto es un ácido orgánico de 4 carbonos, se encuentra la caña de azúcar. De otra parte, El cultivo de arroz es de ciclo corto, transitorio, abarca periodos vegetativos entre 90 y 140 días. A su vez el cultivo de la caña de azúcar, es de ciclo mediano, semipermanente, con periodos vegetativos entre 8 y 18 meses. Para esta investigación es relevante el hecho de que cuentan con un volumen importante de información. 5.2 VARIABLES REPRESENTATIVAS DEL SISTEMA AGRICOLA Con base en la caracterización de los cultivos de arroz y de la caña de azúcar (ver anexo 1) se resaltan y clasifican una serie de variables que identifican, en forma general, un proceso productivo agrícola y sus flujos básicos. Sin embargo, para un análisis integral y dependiendo de la disponibilidad de la información es necesario recurrir a dos tipos de variables: De balance y de contexto.

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Las variables de balance se involucran dentro del modelo de balance energético, en sus categorías de entradas y salidas. Para su análisis requieren de un contexto histórico, geográfico, ecológico, socioeconómico y político que las caracterice, Al relacionar y comparar las variables de salida con las variables de entrada en el modelo de balance energético, se generan algunos indicadores que permiten establecer tendencias hacia la sostenibilidad. (ver anexo 2) 5.3 ESTRUCTURA DEL MODELO DE FLUJOS DE ENERGIA EN EL SISTEMA AGRICOLA El modelo general de flujos de energía en la actividad agrícola se fundamenta en tres componentes: Entrada de insumos, transformaciones en el desarrollo del cultivo y Salidas del sistema; las cuales se muestran en el siguiente diagrama: Entradas (Xt) Transformaciones Salidas (St)

Producción total de biomasa (Yt) Insumos Sistema de producción Disipación en el aire (D1) RN Disipación en el agua (D2) RC Establecimiento Disipación en el suelo (D3) Desarrollo vegetativo Disipación en forma de calor (D4) Maduración Recolección Almacenamiento en el suelo (As)

Almacenamiento en la planta (Ay) Almacen. en biomasa animal (Aa) Almacen. en biomasa humana (Ah)

5.4 DEFINICIONES DEL MODELO La concepción de balance es la siguiente: Entradas = Salidas Xt = (St)

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Donde: Xt: Son las entradas totales de insumos y/o energías St: Salidas de energía 5.4.1 Entradas al sistema Las entradas totales de insumos al sistema están representadas por Xt, que se divide en recursos naturales (RN) y recursos culturales (RC): Xt = RN + RC Insumos naturales (RN): La energía en los recursos naturales (RN), proviene básicamente de la radiación solar (Xrs), del consumo real de agua (Xag), de las características físicas, químicas y biológicas del suelo (Xsue); entonces: RN= Xrs + Xag + Xsue Insumos culturales (RC): El uso y la intensidad de uso de los recursos culturales utilizados en un proceso productivo agrícola son función del modelo de desarrollo que impera en un espacio geográfico en una época histórica determinada, definiendo a su vez los sistemas de producción; Las variables de balance que representan esta etapa son: energía humana (Xeh), energía animal (Xean), energía en las semillas (Xsem), energía en sistema de riego (Xrg), energía en fertilizantes químicos (Xf), energía en plaguicidas (Xplag) y energía en maquinaria (Xmaq). RC = Xeh + Xean + Xsem + Xrg + Xf + Xplag + Xmaq 5.4.2 Transformaciones dentro del sistema En el desarrollo del cultivo interactúan las variables naturales y las variables culturales. La energía en los recursos culturales (RC), se divide en dos categorías: Energía animada (XAN) y Energía inanimada (XIN)19; entonces: RC = XAN + XIN

19 Energía animada es la que proviene de seres vivos e inanimada de tecnologías “inertes” per sé

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En términos de energía animada e inanimada, las interacciones de las variables naturales y culturales se analizan por tipo de actividad. Para efectos de análisis prospectivos o de tendencias de la actividad agrícola, la relación entre estos dos tipos de usos de energía es un indicador importante de sostenibilidad. Actividades o prácticas culturales Formas de energía animada

utilizada Formas de energía animada Energía en preparación del suelo Energía humana

Energía animal Energía en siembra Energía humana

Energía animal Energía en las semillas

Energía en labores culturales: Infraestructura de riego Control de plantas competidoras Control de insectos y enfermedades Fertilización

Energía humana Energía animal Energía humana Energía animal Energía humana Energía animal Energía humana Energía animal

Energía en cosecha Energía humana Energía animal

Formas de energía inanimada Actividades o prácticas culturales Formas de energía inanimada

utilizada Energía en preparación del suelo Energía mecánica Energía en siembra Energía mecánica Energía en labores culturales: Infraestructura de riego Control de plantas competidoras Control de insectos y enfermedades Fertilización

Energía electromecánica, potenc. Energía mecánica Energía química Energía mecánica Energía química Energía mecánica Energía química

Energía en cosecha Energía mecánica La energía animada (XAN) proviene de trabajo humano (Xeh), de trabajo animal (Xean) y de las semillas utilizadas (Xsem); entonces: RC = (Xeh + Xean + Xsem) + XIN

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La energía inanimada (XIN), proviene de energía electromecánica (sistema riego, Xrg), energía potencial (sistema de riego con gravedad), de la energía química (fertilizantes, Xf, y plaguicidas Xplag) y de la energía mecánica (maquinaria agrícola, Xmaq), entonces: XIN = Xrg + (Xf + Xplag) + Xmaq Por lo tanto, RC = ?(Xeh + Xean + Xsem)? + ?Xrg + (Xf + Xplag) + Xmaq? Desagregando las energías inanimadas:

Xf: Es la energía de los fertilizantes; a su vez se clasifican en: Xfn: Energía en fertilizantes nitrogenados Xfp: Energía en fertilizantes fosforados Xfk: Energía en fertilizantes potásicos Xplag: Es la energía de los plaguicidas; se dividen en: Xplag1: Energía en insecticidas Xplag2: Energía en herbicidas Xplag3: Energía en fungicidas Xmaq: Es la energía de la maquinaria agrícola Xmaq1: Energía en tractores Xmaq2: Energía en combinadas Xmaq3: Energía en aeronaves de fumigación Entonces, RC = ?(Xeh + Xean + Xsem) + ?Xrg + ((Xfn + Xfp + Xfk) +(Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) + (Xmaq1 + Xmaq2 + Xmaq3)? Si se cuenta con la información necesaria, es necesario determinar el uso energético animado e inanimado en relación con los recursos culturales que entran al sistema: ?? Energía en infraestructura de riego = ? (Xeh + Xean) + (Xrg) ? ?? Energía en preparación del suelo = ? (Xeh + Xean) + (Xmaq1) ? ?? Energía en siembra = ? (Xeh + Xean + Xsem) + (Xmaq1) ? ?? Energía en labores culturales = {(Xeh + Xean) + ? (Xmaq1+Xmaq3) + (Xfn +

Xfp + Xfk) + (Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) ?}

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?? Energía en cosecha = ? (Xeh + Xean) + (Xmaq1 + Xmaq2) ? De esta etapa surge un indicador de sostenibilidad: XAN ? XIN El balance energético, con la desagregación correspondiente en las entradas de insumos en términos de energía animada e inanimada, quedaría: ? (Xrs + Xag) ? + ?(Xeh + Xean + Xsem) + Xrg + (Xfn + Xfp + Xfk) +(Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) + (Xmaq1 + Xmaq2 + Xmaq3) ?) = St El siguiente cuadro muestra las variables de balance que componen las entradas al sistema y sus unidades de medida iniciales que luego se convierten en unidades energéticas, es decir la cantidad asociada de energía por unidad de masa; excepto la radiación solar que de hecho es una energía lumínica sin masa. Entrada de recursos naturales y culturales al sistema Código Variables Unidad de medida (3)

Recursos naturales Xrs Energía solar Kwh/ha.año

Xag Necesidades de agua

mm/ha.año

Xsue Características del suelo * Físicas * Químicas * Biológicas

Volumen de suelo (m3) Niveles de K2O, Ca, fosfatos, Intercambio catiónico # de especies/ha

Recursos culturales Xeh Energía humana Horas-humano (hs-H)

Xean (1) Energía animal Horas-animal (hs-A) Xsem Energía en las semillas Kg/ha;

Xrg Energía en sistema de riego HP hs, kWh Xfn Fertilizante nitrogenado Toneladas (Tn)

Xfp Fertilizante fosforado Toneladas (Tn) Xfk Fertilizante potásico Toneladas (Tn)

Xplag1 Insecticidas Toneladas (Tn) Xplag2 Herbicidas Toneladas (Tn)

Xplag3 Fungicidas Toneladas (Tn) Xmaq (2) Máquinas agrícolas:

Tractores HPh

Xmaq Máquinas agrícolas: Cosechadoras

HPh

(1) La energía animal incluye el transporte animal realizado dentro de la plantación (2) La energía utilizada en maquinaría incluye el transporte mecánico dentro de la plantación

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5.4.3 Salidas del sistema Como resultado de las interacciones entre los recursos naturales y culturales se generan unas salidas: la biomasa comercial que representa el objetivo concreto de la actividad agrícola, y otras más "abstractas" que generan cambios en la calidad de los recursos traducidas en forma de almacenamientos y disipaciones. Al respecto se describen las salidas posibles, su aproximación cuantitativa depende de la información disponible. Las variables que representan las salidas del sistema (St) son: Yt: Producción total de biomasa At: Energía almacenada Dt: Energía que se disipa I: Nivel de incertidumbre Donde: Yt: Es la energía incorporada en la biomasa total, que a su vez se clasifica en energía en biomasa comercial (Ycial) más la biomasa restante (Yrestante), que se supone incorporada en el suelo, como retribución natural despues del proceso productivo; en caso de no ser así se clasifica como biomasa desaprovechada (Yd). La biomasa comercial puede estar contenida en las siguientes fracciones, que componen la biomasa total: Yt = Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5 + Y6 Donde: Y1: Energía en el grano (ejemplo los cereales: arroz, maíz, Sorgo,, trigo, etc.) Y2: Energía en el tallo (ejemplo: la caña de azúcar) Y3: Energía en las hojas (hortalizas) Y4: Energía en las raíces, tubérculos y bulbos (arracacha, Papa, yuca, cebolla) Y5: Energía en el fruto (frutales, palma africana, etc.) Y6: Energía en las flores (ornamentales: clavel, orquídea, rosa, pompón, etc.) At: Almacenamiento de la energía At = As + Ay + Aa + Ah Donde:

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As: Energía almacenada en el suelo (residualidad química por uso de agroquímicos principalmente)

Ay: Energía almacenada en la biomasa vegetal (residualidad química) Aa: Energía almacenada en la biomasa animal (residualidad química) Ah: Energía almacenada en la biomasa humana (residualidad química) Dt: Disipaciones de la energía, distribuidas así: Dt = (D11+ D12) + D2+ D3 + D4 Donde: D1: Disipación en el aire (emisiones) D11: Por factores naturales D12: Por factores antrópicos D2: Disipación en el agua (vertimientos)

D3: Disipación de la energía en el suelo (erosión, compactación, desertificación, salinización)

D4: Disipación de la energía en forma de calor I: Nivel de incertidumbre

Es decir, el modelo con todas las subdivisiones en sus categorías de entradas y salidas, queda: (Xrs + Xag) + ? ? (Xeh + Xean + Xsem)+ Xrg + (Xfn + Xfp + Xfk) + (Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) + Xmaq ? ? = ? (Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+ Y6) + (As + Ay + Aa + Ah) + + ? (D11 + D12)+D2+ D3+ D4 ? + I?. 5.4.4 Supuestos del modelo ?? Se trabaja con una hectárea de suelo como entrada y como salida; en posteriores investigaciones se complementará este modelo con los efectos en la calidad de los suelos por prácticas agrícolas, que generan erosión, desertificación, salinización, compactación, pérdida de fertilidad, asumidos como disipación de energía. ?? Los cultivos transitorios tienen periodos vegetativos menores o iguales a un semestre; de ahí que su cuantificación requiere el numero de días del periodo vegetativo y número de cosechas al año. Los cultivos permanentes se contabilizan con 365 días puesto que el balance es anual. ?? Para el análisis de sostenibilidad desde la perspectiva energética, la energía incorporada en cada una de las variables de salida se categoriza en términos de energía útil (EUTIL), que es aquella que genera trabajo útil materializado en

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productos básicos para la mayoría de la sociedad y energía no aprovechada en el sistema (ENOAPR) que es la que genera la mayor parte de los efectos ambientales (cambios en la calidad del agua, del suelo, del aire, de la vida humana y animal), por ser índice de irreversibilidad y de entropía. . La relación entre la energía útil y la energía no aprovechada por el sistema, es un indicador de presión al medio ambiente por parte de la actividad agrícola. Dicha conexión analizada a lo largo de un periodo amplio de tiempo permite establecer las tendencias desde las perspectiva energética hacia la sostenibilidad del sistema; las cuales conllevan un buen grado de incertidumbre al no poder disgregar las provenientes de procesos naturales y las de procesos antrópicos. La energía útil es aquella energía contenida en la biomasa que se comercializa (como producto intermedio o como producto final). Obviamente la biomasa que no se transa en el mercado y que se incorpora al suelo es energía útil, pero no se contabiliza por considerarse una retribución natural al recurso después de un proceso productivo. Si se incorpora su valor energético al balance, lo sistemas agrícolas, serían casi siempre sostenibles, por ser su valor muy alto. Sin embargo, si esta biomasa no se incorpora en el suelo y se destina a un uso ambiental inadecuado (quemas, o se vierte a los cuerpos de agua, etc.) se contabiliza como energía no aprovechada en el sistema. Entonces, (a) Energía útil (EUTIL) = Yot + Ycf Donde: Yot: Biomasa incorporada en otros procesos productivos agrícolas y/o

industriales Ycf: Biomasa para consumo final (b) Energía no aprovechada en el sistema (ENOAPR) = Yd + At + Dt Donde: Yd: Biomasa que no es aprovechada adecuadamente en el sistema At: Almacenamientos de energía química en el suelo (As), en la planta (Ay), en

los animales (Aa), en los humanos (Ah); que han excedido las necesidades del cultivo.

Dt: Disipaciones de la energía por:

Condiciones naturales específicas (D11), Usos energéticos que exceden las necesidades de los cultivos y sus sobrantes terminan afectando la calidad

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de los recursos naturales involucrados mediante: emisiones al aire (D12), vertimientos al agua (D2), cambios en la cantidad y calidad del suelo por prácticas culturales que han producido erosión, compactación, salinización y desertificación (D3) y Disipación en forma de calor (D4)

(c) Salidas del sistema = Energía útil + Energía no aprovechada Es decir, Salidas = ?(Yot + Ycf) ? +?Yd + (As + Ay + Aa + Ah) + (D11+D12)+D2+ D3+ D4) ?+ I 5.4.5 Condiciones generales de sostenibilidad desde la perspectiva termodinámica Es importante resaltar que un juicio sobre la tendencia del sistema hacia la sostenibilidad desde la perspectiva energética requiere la aplicación del modelo en un periodo amplio de tiempo; si no es así, el análisis es coyuntural y responde básicamente a la eficiencia termodinámica del sistema en un momento determinado del proceso productivo. Si EUTIL es > ENOAPR, el sistema es sostenible cualificado de la siguiente manera: ?? Si la EUTIL es > entre 80 y 100% a la ENOAPR: el sistema es altamente

sostenible ?? Si la EUTIL es > entre 60 y 79% a la ENOAPR: el sistema es moderadamente

sostenible ?? Si la EUTIL es > entre 40 y 59% a la ENOAPR: el sistema es medianamente

sostenible ?? Si la EUTIL es > entre 20 y 39% a la ENOAPR: el sistema presenta

sostenibilidad baja. ?? Si la EUTIL es > entre 0 y 19% a la ENOAPR: el sistema presenta

sostenibilidad mínima. Si EUTIL es < ENOAPR, el sistema es insostenible cualificado de la siguiente manera: ?? Si la EUTIL es < entre 0 y 20% a la ENOAPR: el sistema presenta una

insostenibilidad baja ?? Si la EUTIL es < entre 21 y 40% a la ENOAPR: el sistema presenta una

insostenibilidad media ?? Si la EUTIL es < entre 41 y 60% a la ENOAPR: el sistema presenta una

insostenibilidad alta

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?? Si la EUTIL es < entre 61 y 80% a la ENOAPR: el sistema presenta una insostenibilidad critica

?? Si la EUTIL es < entre 81 y 100% a la ENOAPR: el sistema presenta una insostenibilidad total (irreversibilidad)

5.4.6 Indicadores energéticos de sostenibilidad ?? Eficiencia cultural = Salidas útiles/entradas culturales Eficiencia cultural = Yútil/ (Xeh + Xean + Xsem)+ Xrg + (Xfn + Xfp + Xfk) + (Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) + (Xmaq1 + maq2 + maq3) ? ?? Eficiencia natural = Salidas útiles/entradas naturales Eficiencia natural = Yútil/ (Xrs2 + Xag) ?? Eficiencia total = Salidas útiles/ energía natural + energía cultural Eficiencia Ecológica = Yútil/ ? (Xrs + Xag) ? + ? ? (Xeh + Xean + Xsem)+ Xrg + (Xfn + Xfp + Xfk) + (Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) + (Xmaq1+maq2 + maq3) ?? ?? Sostenibilidad energética de la actividad: Energías animadas> Energías

inanimadas (XAN > XIN) (Xeh + Xean + Xsem) > ?Xrg + (Xfn + Xfp + Xfk) + (Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) + (Xmaq1+Xmaq2+Xmaq3)? ?? Relación insumo/producto en términos energéticos 5.5 CUANTIFICACION DE LAS VARIABLES DEL MODELO Las diferentes variables deben ser expresadas en unidades convenientes para su transformación energética; estas variables con sus medidas iniciales conforman el balance de materiales; posteriormente se expresan en unidades homogéneas de energía (kilocaloría/ha.año). En el anexo 5 se encuentra un listado de conversión de unidades utilizadas en este trabajo. 5.5.1 Entradas Recursos naturales (RN) Xrs: Radiación solar: Esta variable se analiza en dos sentidos: Uno, es la radiación ambiental en la región donde se cultiva y dos, es la radiación efectivamente tomada por la planta para el proceso de fotosíntesis.

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(1) Xrs1: La radiación ambiental20 Es la radiación que viene del sol a la tierra por medio de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz. Se diferencian 3 tipos de radiación: a) Radiación química o ultravioleta cuya longitud de onda está por debajo de 0.3 micras, b) Radiación visible: es aquella que al caer sobre los objetos los ilumina y los hace visibles al ojo humano, su longitud de onda varía entre 0.3 y 0.7 micras, c) radiación infrarroja, es aquella que causa el efecto o la sensación de calor, la longitud de onda es mayor que 0.7 micras. Del sol también llega radiación de onda larga, pero en una proporción por debajo del 0.1%, de ahí que se considere que la radiación proveniente del sol, en su mayoría, es de onda corta (más del 99.9% tiene longitud de onda menor que 4 micras). Las plantas utilizan la radiación visible, pero son selectivas, para los procesos de fotosíntesis utilizan radiación de las bandas azul y roja. En este sentido cada cultivo exige un comportamiento específico de la radiación solar ambiental o del entorno y de ella solamente toma la planta un pequeñísimo porcentaje para el proceso de fotosíntesis. Para cultivos transitorios: Xrs1 = Radiación solar del área cultivada (promedio diario anual, en KWh/m2) factor de conversión * periodo vegetativo * número de cosechas Factor de conversión de KWh/m2 a kcal/ha: 86 x 105 Para cultivos permanentes: Xrs1 = Radiación solar del área cultivada (promedio diario anual, en KWh/m2) * factor de conversión * 365 días (2) Xrs2: Radiación efectiva Xrs2 = Xrs1 * % radiación tomado por la planta Este porcentaje tiene diversos valores 0.023%21 o 1.4% para las C4 como la caña de azúcar, o entre 0.5 y 1 para las C3 como el arroz (Programa de Agrometeorología, IDEAM). Para el balance energético se toma la radiación efectiva, Xrs2. (3) Xag: Consumo real de agua por parte del cultivo

20 Conceptualización aportada por el compañero Luis Lasso 21 Valor promedio utilizado en la fotosíntesis, según el documento de Miller Tyler G. (1994). Ecología y medio ambiente. Grupo editorial Iberoamérica. México, página 90.

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Para el balance se requiere el consumo de agua antrópico utilizado en el cultivo, es decir, aquel que culturalmente el cultivador utiliza para el desarrollo del cultivo. El consumo de agua que requiere el cultivo para sus procesos físicos y químicos es el consumo óptimo. Xag = Precipitación efectiva en el área de cultivo (en m3/ha.año) + Uso de agua de riego (en m3/ha.año) * factor de conversión a kcal/ha.año La precipitación efectiva se define como la cantidad o el porcentaje de precipitación que realmente queda en el suelo como humedad; el cual depende de las características del suelo y de la intensidad de la lluvia; se estima que se encuentra alrededor del 40% de la precipitación22 Observaciones ??El factor de conversión a kilocalorías/ha.año está sujeto al sistema de riego

utilizado en el sistema. ??En el anexo 6 se encuentra una metodología alternativa para el cálculo de esta

variable, que en futuras aproximaciones serán analizadas. (4) Xsue: Energía en suelos En principio se trabaja con una hectárea de suelo como entrada; sin embargo se describe en el anexo 4 una metodología para cuantificarla en proximas etapas de la investigación. Recursos culturales (RC) RC = XAN + XIN Donde: XAN: Es energía animada XIN: Es energía inanimada Energía animada (XAN) = Xeh + Xean + Xsem Donde: Xeh: Energía humana Xean: Energía animal Xsem: Energía en semillas (5) Xeh: Trabajo humano

22 Valor estimado por el profesor Luis Alfredo Hernández, director de tesis

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Xeh = Número de horas de trabajo humano al año/hectárea sembrada o cosechada * potencia media humana (w) Se estima en 75 W la potencia media que puede desarrollar una persona, valor tomado de IDEE-JUNAC-CEPAL- Universidad de Chile (1987). Manual para estudios de requerimientos de energía abastecibles por fuentes nuevas y renovables, Chile (6) Xean: Trabajo animal Xean = Número de horas de trabajo animal al año/hectárea sembrada o cosechada * potencia media animal La potencia estimada que puede desarrollar un animal de labranza es de 0.6 a 1.0 HP. (Valor tomado de IDEE-JUNAC-CEPAL- Universidad de Chile, Op. Cit.) (7) Xsem: Energía en semillas utilizadas La energía consumida en la producción de semillas comprende: su cultivo, insumos utilizados, selección y comercialización. En el caso de semillas mejoradas, en promedio contienen 25 kcal/kg. (coeficiente) Xsem = densidad de siembra (en kg./ha) * Coeficiente energético Energía inanimada (XIN) = Xrg + (Xf + Xplag) + Xmaq (8) Xrg: Energía utilizada en sistema de riego Xrg = Número de horas regadas/ha-año * potencia del sistema de riego utilizado (gravedad, bombeo, goteo, etc.) (en KWh) * factor de conversión Cuando el sistema utilizado es el de gravedad, se utiliza la energía potencial como medida, así: Energía potencial = mgh Donde: m: Es la cantidad de agua utilizada (en l/kg/seg.) g: gravedad (= 9.8 m/seg2) h: Altura (en m) Para el sistema de bombeo se describe una metodología en el anexo 4

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(9) Xf: Energía en Fertilizantes químicos Fertilizante es un material orgánico e inorgánico, natural o sintético que suministra a las plantas los elementos químicos que necesitan para su desarrollo. Esta variable resulta de determinar la cantidad de energía necesaria para fabricar una unidad de producto más la energía química utilizada en el proceso agrícola. Entonces: Xfn = Cantidad de fertilizante nitrogenado utilizado en un cultivo (en kg./ha.año) * Coeficiente energético Xfp = cantidad de fertilizante fosforado utilizado en un cultivo (en kg./ha.año) * coeficiente energético Xfk = Cantidad de fertilizante potásico utilizado en un cultivo (en kg/ha.año) * coeficiente energético Para establecer la cantidad de energía necesaria para fabricar una unidad de producto químico, se adoptan los coeficientes estimados por Alich, John and Inman R.E. en el artículo “Energy from agriculture- The most economic method of large scale solar energy conversion” de la revista inglesa “Energy” Agosto de 1975; (N) Nitrógeno: 15,600 Btu/lb que equivalen a 8,580 kcal/kg (P) Fósforo: 6,019 Btu/lb que equivalen a 3,310 kcal/kg (K) Potasio: 4,158 Btu/lb que equivalen a 2,287 kcal/kg (10) Xplag: Energía en plaguicidas Para establecer la cantidad de energía necesaria para fabricar una unidad de producto químico, ya sea insecticida, herbicida o fungicida, se adopta como coeficiente 22,000 kcal/kg, utilizado en los mismos estudios (IDEE, CEPAL, JUNAC): Xplag1 = Cantidad de insecticidas utilizados en un cultivo (en kg./ha.año) * coeficiente energético Xplag2 = Cantidad de herbicidas utilizados en un cultivo (en kg./ha.año) * coeficiente energético Xplag3 = Cantidad de fungicidas utilizados en un cultivo (en kg./ha.año) * coeficiente energético Algunos autores han establecido la energía contenida puntualmente en algunos insecticidas y herbicidas (ver anexo 4).

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(11) Xmaq: Energía en maquinaria agrícola Se toma como referente en esta variable, tres tipos de maquinas: tractores (Xmaq1), combinadas (Xmaq2) y aeronaves de fumigación (Xmaq3) Xmaq1 = Número de horas-máquina utilizadas en tractores (en horas/año.hectárea)* potencia media del equipo * factor de conversión Xmaq2 = Número de horas-máquina utilizadas en combinadas (en horas/año.hectárea)* potencia media del equipo * factor de conversión Xmaq3 = Número de horas-máquina utilizadas en aeronaves de fumigación (en horas/año.hectárea)* potencia media del equipo * factor de conversión 5.5.2 Salidas del sistema (St) St = (Yutil + Yd) + At + Dt +I (12) Yt: Energía incorporada en la biomasa total En primer término se establece la biomasa total/hectárea en toneladas o kilogramos y luego se transforma a unidades energéticas. a) Yt = Crecimiento promedio de la planta (en gr/m2/día) * periodo vegetativo (en número de días promedio para cultivos transitorios o 365 días para cultivos permanentes) * 6 horas de luz solar diario recibidas por la planta Energía incorporada en la biomasa (kcal/ha.año) = Biomasa total (kg/ha.año) * coeficiente energético23 Observaciones ?? Cada cultivo contiene valores energéticos diferentes; de ahí que lo coeficientes

energéticos varíen. ?? A pesar de que esta investigación analiza el sistema sólo hasta la etapa de

cosecha; si se cuenta con información, es valioso descomponer el producto agrícola que se comercializa en términos del manejo que se le da a cada una de sus partes al salir del área de siembra; de esta manera, las informaciones presentan mejores ordenes de magnitud; de no contar con esos datos se asume que el producto comercial agrícola en su totalidad es salida o energía útil.

23 Los coeficientes energéticos por lo regular se estiman a partir del número de calorías existentes como si fueran quemadas en una bomba calorimétrica (Whittaker, 1975).

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b) La biomasa comercial (Ycial) y la restante (Yr) que no se comercializa se debe clasificar en las siguientes categorías: Ye: Biomasa que ingresa nuevamente al proceso nutriendo el suelo (retribución

natural al suelo despues del proceso), que en su dinámica termina incorporándose al ciclo del carbono.

Yot: Biomasa incorporada a otros procesos productivos Ycf: Biomasa para consumo final Yd: Biomasa desaprovechada c) Finalmente se ordenan en términos de energía en biomasa útil (Yutil) y energía en biomasa no aprovechada (Ynoapr): Y útil = Yot + Ycf Ynoapr = Yd (13) At: Almacenamientos totales de energía Esta variable agrega diferentes tipos de almacenamientos de energía química: en el suelo (As), en las plantas (Ay), en los animales (Aa), en los humanos (Ah). Con sustancias solubles no se presentan almacenamientos en los suelos, por lo regular son biodegradables (no se acumulan en las plantas ni otros organismos vivos). Por el contrario, la no solubilidad redunda en mayor probabilidad de adsorción de sustancias al suelo, de acumularse en organismos vivos (por liposolubilidad) y son persistentes. As: Almacenamiento en el suelo El comportamiento de esta variable depende, en buena parte, de los fenómenos de adsorción física y química; es decir, la tendencia de un insumo químico a adherirse a las partículas del suelo; lo que es función de las características del suelo, de la estructura molecular de los químicos, del modo de aplicación, de las condiciones climáticas, del tipo de cultivo, entre otros. (ver anexo 4) La persistencia de un plaguicida en el suelo tiene como nivel crítico un tiempo medio promedio mayor de 100 días La adsorción al suelo de una sustancia está directamente relacionada con el contenido de carbón orgánico de los mismos; de ahí que es medida en el laboratorio por la constante de adsorción (Koc) 24 Koc = gramos de sustancia adsorbidos por el suelo/gramo de carbón orgánico

presente en el suelo

24 Vallejo, M (1997). Toxicología ambiental. Fondo Nacional Universitario. Bogotá, pagina 128-129

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Si Koc > 500 significa que las partículas quedan adheridas al suelo Si Koc < 500 pueden lixiviarse y contaminar aguas Gustafson D.I. (1989) en Groundwater ubiquity scare: A simple method for assesing pesticide leachability. En Environmental tecnology and Chemistry, volumen 8, pp 334-357, propone el uso del índice de Gus25 para establecer las posibilidades de que los plaguicidas se almacenen en el suelo; cálculo obtenido a partir de la constante de adsorción, Koc, y del tiempo medio de vida en el suelo (persistencia), así: Gus = Log (t ½ en el suelo) * (4-log Koc) Los valores de Koc y t ½ (días) se toman de Weber, J.B. (1994), Properties and behavior of pesticides in soil. En, Mechanisms of pesticides movement into ground water. Editado por Richard C. Honeycutt y Daniel J. Schabacker. Finalmente, el almacenamiento en el suelo de los plaguicidas se clasifica con base en tres rangos o criterios: ?? Si índice Gus es < 1.8; entonces los plaguicidas se retienen en el suelo ?? Si 1.8 < índice Gus < 2.8; se presenta incertidumbre sobre el comportamiento

del plaguicida a no ser que se encuentre muy cerca de los extremos del rango. ?? Si índice Gus es > a 2.8 no se retienen en el suelo. En el anexo 4 se describe una metodología para establecer la residualidad de un plaguicida al cabo de un año, cuando se ha incorporado al suelo. Ay: Almacenamiento en la biomasa vegetal Aa. Almacenamiento en la biomasa animal Ah: Almacenamiento en la biomasa humana Las plantas degradan los productos químicos (fertilizantes o plaguicidas) o participan en su transporte; una vez almacenados en la planta pueden ascender a través de la cadena trófica cuando la planta es consumida o puede ser devuelto al suelo cuando muere la planta. Al acidificarse los suelos, aumenta la movilización de algunos metales y de paso aumenta su absorción por las plantas. Los metales que tienen gran movilidad en el suelo son el aluminio, cadmio, hierro y manganeso. Con movilidad media el cobre y el níquel y movilidad mínima el cobalto y el plomo.26 La residualidad se puede medir en ppm o en mcg/g. La medición de estas variables depende de estudios en campo y de laboratorio específicos.

25 La conceptualización y aplicación del índice Gus fue suministrada por el compañero Químico Gustavo Coy, del programa de Físico química Ambiental del IDEAM 26 Vallejo, M (1997). Toxicología ambiental. Fondo Nacional Universitario. Bogotá, pagina 128-129

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Dt: Disipación de la Energía La disipación es energía no aprovechada por el cultivo, que ha excedido sus necesidades y se traducen en emisiones (D1), vertimientos (D2) cambios en la cantidad y calidad del suelo (D3) y disipación en forma de calor (D4). Los criterios de medición son:

??A partir del balance de entradas y salidas se deduce: Entradas – Energía útil de salida = Energía no aprovechada (es decir Biomasa no aprovechada + almacenamientos + Disipaciones).

La biomasa no aprovechada se conoce; los almacenamientos requieren de investigaciones puntuales sobre residualidades químicas en vegetales, animales y humanos en las áreas de cultivo y de influencia. Las disipaciones en el aire pueden dimensionarse con factores de emisión propuestos por el IPCC, por la EPA, etc. con la connotación de que son primeras aproximaciones para países desarrollados. Sin embargo, el grado de incertidumbre es muy alto para dimensionar esta variable, puesto que una limitación de un estudio energético es la “incertidumbre entrópica” y determinar la fracción que corresponde a procesos naturales y a procesos antrópicos (ver limitaciones de un estudio energético). A pasar de la incertidumbre, la intención en este trabajo es describir los comportamientos energéticos posibles en un sistema, independientemente de que por ahora no se puedan cuantificar. D1: Disipaciones en el aire En esta variable se clasifican dos tipos de disipaciones: Por factores naturales (D11) y factores antrópicos (D12) D11: Factores naturales Los eventos considerados en esta variable están relacionados con emisiones resultantes de procesos naturales. Un pantano o un cultivo inundado al descomponer en forma anaerobia la materia orgánica emite metano al aire. Para tal efecto, el Panel Intergubernamental de expertos sobre cambio climático IPCC, dispone de una metodología de cálculo para el cultivo de arroz, involucrada dentro del agregado de emisiones de gases de efecto invernadero. ??Emisiones de metano (CH4) por cultivo de arroz (en kg) = Area cultivada (en

has) * periodo vegetativo (en días) * Factor de emisión (en kg/ha.día) Factor de emisión utilizado para Colombia: 3.54 kg/ha.día

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D12: Factores antrópicos En esta variable se vinculan las emisiones producidas por actividades humanas relacionadas con manejos de biomasa en campo y utilización de insumos químicos: ?? Si la biomasa en campo se quema, se producen emisiones de Monóxido de

carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx) y Oxido Nitroso (N2O). Para medirlas, el IPCC dispone de algunas metodologías:

Emisiones de CO, N2O y NOx por quema de residuos agrícolas en campo Emisiones = La fracción promedio de residuos de cosecha que quedan en el campo después de la recolección y cuya práctica común es la quema (en kt de materia seca) * factor de emisión Factor de emisión de Monóxido de carbono (CO) = 56.7 ton de CO/kt de materia seca Factor de emisión de metano (CH4): 2.16 ton de CH4/kton de materia seca Para los factores de emisión de óxidos de nitrógeno y oxido nitroso se incorporan la relación N/C de cada cultivo Factor de emisión de N20 = Factor de emisión de carbono (0.405 ton de C/ton de mat.seca) * relación N/C para el cultivo * fracción de N de la biomasa removida como N20 (0.007) * la relación N20/N (44/28) Factor de emisión de N0x = Factor de emisión de carbono (0.405 ton de C/ton de mat. seca) * relación N/C para el cultivo * fracción de N de la biomasa removida como N0x (0.007) * la relación N0x/N (46/14) ?? Si las disipaciones se producen por uso de insumos químicos, la Agencia de

Protección del Medio Ambiente (EPA) propone algunas metodologías de cálculo de emisiones por aplicación de fertilizantes y de plaguicidas (ver anexo 6).

D2: Disipación de la energía en el agua La energía que se disipa en el agua puede provenir de sustancias químicas orgánicas (gasolina, plaguicida), sedimentos suspendidos, infiltraciones desde tierras de cultivo, fertilizantes inorgánicos, abonos orgánicos, entre otros. A nivel macro, “de los plaguicidas aplicados por aspersión aérea sólo un 53% del total se deposita en el área agrícola blanco, el 47% restante de deposita en los suelos y aguas colindantes, o bien, se dispersa en la atmósfera para transportarse hacia ecosistemas distantes” (Vallejo, Op. Cit. página 116).

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La unidad de medida de sustancias que se disipan en el agua es mg/l. Su determinación requiere estudios en campo y laboratorio. D3. Disipación de la energía en el suelo27 Unas prácticas culturales inadecuadas en relación con las características del suelo generan efectos adversos sobre el recurso suelo, especialmente en sus componentes superficiales. La precisión de los cambios en la cantidad y calidad dependen de estudios de campo. Sin embargo, una primera aproximación conceptual que resume los cambios en las propiedades físicas y químicas del suelo en el tiempo es la productividad en su natural magnitud. Los parámetros de referencia son: Para efectos físicos en el recurso: Erosión: Pérdida de suelo por unidad de área cultivada Compactación: Densidad aparente final (gr/cm) – Densidad aparente inicial (gr/cm) Para efectos químicos en el recurso: Sodización: RAS (resistencia a la absorción de sodio); si es > 4 es salino Salinización: Presencias excesivas de Cloruro de Sodio, Carbonatos; medidos en milimohos Para efectos agregados en el recurso: Desertificación: Es una medida de máxima insostenibilidad; es un agregado de procesos de degradación (erosión + compactación + salinización, etc.) D4: Disipación de la energía en forma de calor Ningún cambio en el movimiento de la materia ocurre sin absorción o liberación de energía, una de ellas es en forma de calor, que es la forma más desordenada de energía (incrementa la entropía) St: Salidas totales de energía St = (Yútil + Ynoapro) + At + Dt + I Salidas útiles del sistema: Yútil Salidas no aprovechadas por el sistema: Ynoapro + At + Dt La relación entre estas dos categorías califica la sostenibilidad del sistema 27 La conceptualización y las evaluaciones cualitativas del recurso suelo para Colombia fueron suministradas por el compañero Agrólogo Carlos Gómez, de la Subdirección de Geomorfología y Suelos del IDEAM.

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I : Nivel de incertidumbre Cada una de las variables debe ser cualificada en términos de los siguientes criterios: A: Es muy preciso el valor y específicamente conocido B: Es preciso C: Es aproximado pero representativo D: Es aproximado indicando un buen orden de magnitud E: Es muy aproximado; es la estimación de un posible orden de magnitud F: Es impreciso por la complejidad que encierra

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CAPITULO VI

APLICACIÓN DEL MODELO AL CULTIVO ARROZ RIEGO, AÑO 1999 El objetivo fundamental de esta investigación es generar un modelo para la evaluación de los flujos de energía en la agricultura. Su aplicación responde a una actividad de ajuste del modelo, reconociendo toda una serie de limitaciones en la obtención de información, para que su aplicación hubiese sido posible periodo amplio de tiempo y así permitir reflexiones estructurales y tendenciales sobre el sistema. En consecuencia, se optó por aplicarlo únicamente para el año de 1999, lo que implica reflexiones de tipo coyuntural. Metodológicamente se adapta el modelo en las 5 zonas agroecológicas productoras de arroz riego determinadas por Fedearroz: Santanderes (departamentos de Norte de Santander y Santander y con un total de 11 municipios), Llanos (departamentos del Meta, Casanare, Arauca y Cundinamarca, para un total de 26 municipios), Costa Norte (Departamentos de Cesar, Magdalena y La Guajira; con 33 municipios), Centro (Departamentos de Tolima, Huila, Valle, Cauca, Cundinamarca y Caquetá; con 64 municipios) y Bajo Cauca (departamentos de Bolívar, Córdoba y Sucre; con 11 municipios). En el siguiente mapa28 se ubican espacialmente las zonas respectivas. Las salidas específicas que genera el modelo son: ?? Balance (coyuntural) de materiales a nivel nacional para 1999, ?? Balance (coyuntural) de energía a nivel nacional para 1999, y ?? Balance (coyuntural) de energía en las 5 zonas agroecológicas para 1999 Los valores presentados son los promedios. Las fichas técnicas de cálculo para cada variable del modelo se encuentran en el anexo 5. 6.1 BALANCE (COYUNTURAL) DE MATERIALES PARA EL CULTIVO DE ARROZ

RIEGO, A NIVEL NACIONAL, AÑO 1999 En la categoría de recursos naturales, las zonas productoras de arroz riego utilizan en promedio 46,000 kWh por hectárea de radiación solar efectiva y consumen 30,722 m3/ha.año.

28 El mapa fue elaborado por la compañera Ingeniera Agrónoma Julia Esperanza Pardo, de la Subdirección de Ecología Económica del IDEAM

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En cuanto a los recursos culturales, utilizan 442 horas de trabajo humano/ha.año y 166 kg de semilla por hectárea. Predomina el sistema de riego por gravedad, donde se asume la utilización de 5,760 horas/ha.año. Dentro de la tecnología química prevalece el uso de fertilizantes frente a los plaguicidas, con 262 kg/ha.año, de los cuales, 54% son nitrogenados, frente a 27 kg./ha.año de plaguicidas, donde el 52% son herbicidas. De tecnología mecánica se emplean 14.4 horas máquina/ha.año, de las cuales el 83% corresponde al uso de tractores. La combinación de insumos naturales y culturales genera 504 toneladas de biomasa total. De este total se comercializa solamente el 2% como arroz paddy verde (12.3 ton/ha.año); el 98% restante se supone incorporado en el suelo como retribución natural al recurso después del proceso productivo. Del producto agrícola, denominado arroz paddy verde, el 87% se transa en el mercado como bien intermedio y como bien final; el 13% restante se considera biomasa no aprovechada racionalmente (se quema, se acumula, etc.) De la biomasa que se comercializa, el 79% corresponde a bienes finales procesados en la industria, el 8% a bienes que ingresan a otros procesos y el 13% a biomasa que se desaprovecha en los procesos posteriores al agrícola. Como bien final, se obtienen 7.4 toneladas de arroz blanco (arroz excelso) que representa el producto principal. A su vez, resultan una serie de subproductos: 1 tonelada de arroz cristal (entre 3/4 y 1/4 del tamaño del arroz excelso), 0.36 toneladas de granza (menos de 1/4 del tamaño del grano entero) y 0.86 toneladas de harina. Como bien que ingresa a otros procesos, se utiliza la cascarilla: 20% en secamiento de arroz en los molinos; 20% como enmienda en suelos donde se cultiva flores, entre otros y el 60% restante de la cascarilla se quema en campos abiertos de los molinos. En consecuencia, de las 12.3 toneladas de biomasa comercializada en el año de 1999, el 87% corresponde a biomasa útil (Yútil) y el restante 13% a biomasa desaprovechada (ver diagrama No. 1)

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6.2 BALANCE (COYUNTURAL) DE ENERGIA PARA EL CULTIVO DE ARROZ RIEGO, A NIVEL NACIONAL, AÑO 1999

Los diferentes recursos naturales y culturales que ingresaron en el año de 1999 al proceso de producción de arroz riego se convierten a kilocalorías/hectárea.año, para conformar el balance energético, el cual refleja lo siguiente: El sistema utilizó 76,558,059 kcal/ha.año para producir 42,263,084 kcal/ha.año de energía que se comercializa; de la cual, el 88% se convierte en energía útil, lo que significa que se requieren 2 kilocalorías de insumos para producir una kilocaloría de producto. El óptimo energético es requerir energías en insumos menores al contenido energético del producto. Del total de energía que ingresa al sistema (76,558,059 kcal/ha.año), el 95% corresponde a energía natural y el 5% a energía cultural. De la energía natural, el 99% corresponde a radiación solar efectiva y el 1% a consumo de agua. De la energía cultural, el 99.2% proviene de energías inanimadas (tecnologías químicas y mecánicas) y el 0.80 de energías animadas (trabajo humano). La comparación entre estas dos categorías genera asignaciones inequitativas entre trabajo y tecnología, como elemento a considerar en un juicio de sostenibilidad. De las energías inanimadas, el mayor porcentaje proviene de energías químicas derivadas de fertilizantes (nitrogenados) con 39%, seguido por el sistema riego 24.5%, tecnología mecánica (tractores) con 21.75% y energías químicas derivadas de los plaguicidas (herbicidas) con 15%. La biomasa que se comercializa contiene en promedio 42.263.084 kcal/ha.año, de las cuales 88% corresponde a energía útil (EUTIL) y el restante 12% a energía desaprovechada (ENOAPR). Con base en la primera ley de la termodinámica, se están desaprovechando también 34.294.975 kcal (ENOAPR), en almacenamientos de energía (residualidad química en el recurso suelo, en la biomasa vegetal, animal y humana) y en disipaciones de la energía (en el aire, en el agua, en el suelo y en forma de calor). En suma, la energía útil del sistema equivale a 37,138,058 kcal y es menor a la energía desaprovechada (39,420,001 kcal). Si esta relación se repite (-5.8%) y la proporción de energía útil frente a la energía no aprovechada, a lo largo de un periodo amplio de tiempo, es cada vez menor, el sistema presentaría una tendencia de insostenibilidad desde la perspectiva termodinámica. Sin embargo, en este trabajo, el resultado obtenido corresponde solamente a un año: 1999, lo que implica una visión estática y coyuntural del sistema (ver diagrama No. 2)

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6.3 Balance (coyuntural) de energía en las cinco zonas agroecológicas

productoras de arroz riego en Colombia, año 1999 Con el mismo diseño del balance energético nacional se explora el balance para cada una de las zonas agroecológicas productoras de arroz. 6.3.1 Zona centro Los diferentes recursos naturales y culturales que ingresaron en el año de 1999 al proceso de producción de arroz riego en la zona centro se convierten a kilocalorías/hectárea.año, para conformar el balance energético, el cual refleja lo siguiente: El sistema utilizó 76,170,985 kcal/ha.año para producir 46,636,512 kcal/ha.año de energía que se comercializa; de la cual, el 87% se convierte en energía útil, lo que significa que se requiere 1.9 kilocalorías de insumos para producir una kilocaloría de producto. El óptimo energético es requerir energías en insumos menores al contenido energético del producto. Del total de energía que ingresa al sistema (76,170,985 kcal/ha.año), el 94% corresponde a energía natural y el 5% a energía cultural. De la energía natural, el 99% corresponde a radiación solar efectiva y el 1% a consumo de agua. De la energía cultural, el 99.34% proviene de energías inanimadas (tecnologías químicas y mecánicas) y el 0.66 de energías animadas (trabajo humano). La comparación entre estas dos categorías genera asignaciones inequitativas entre trabajo y tecnología, como elemento a considerar en un juicio de sostenibilidad. De las energías inanimadas, el mayor porcentaje proviene de energías químicas derivadas de fertilizantes (nitrogenados) con 41%, seguido por el sistema riego 23.35%, tecnología mecánica (tractores) con 20.70% y energías químicas derivadas de los plaguicidas (herbicidas) con 14.3%. La biomasa que se comercializa contiene en promedio 46,636,512 kcal/ha.año, de las cuales 87% corresponde a energía útil (EUTIL) y el restante 13% a energía desaprovechada (ENOAPR). Con base en la primera ley de la termodinámica, se están desaprovechando también 29.534.473 kcal (ENOAPR), en almacenamientos de energía (residualidad química en el recurso suelo, en la biomasa vegetal, animal y humana) y en disipaciones de la energía (en el aire, en el agua, en el suelo y en forma de calor).

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En suma, la energía útil del sistema equivale a 40,981,140 kcal y es mayor a la energía desaprovechada (35,189,845 kcal). La relación genera una condición de sostenibilidad baja (16.46%) desde la perspectiva termodinámica, en un análisis estático y coyuntural para el año 1999, donde la productividad económica (toneladas producidas/ha) tiene bastante peso; sin embargo, para explorar la sostenibilidad se requiere una visión dinámica referida a un rango de tiempo amplio en la historia del cultivo en la zona que permita analizar las tendencias de las diferentes categorías básicas del modelo: RN, RC, XIN/RC, XAN/RC, XT/YT, YCIAL/YT, EUTIL y ENOAPR; de ahí que el análisis es parcial en esta investigación. (ver diagrama No. 3). En futuras exploraciones relacionadas con la termodinámica del sistema agrícola del arroz riego en el país se puede comparar los resultados de este trabajo (año 1999) con el año 1950 y 1960 (antes y después de consolidarse el modelo de la revolución verde). 6.3.2 Zona Santanderes Los diferentes recursos naturales y culturales que ingresaron en el año de 1999 al proceso de producción de arroz riego en la zona Santanderes se convierten a kilocalorías/hectárea.año, para conformar el balance energético, el cual refleja lo siguiente: El sistema utilizó 71,233,058 kcal/ha.año para producir 39,362,994 kcal/ha.año de energía que se comercializa; de la cual, el 87% se convierte en energía útil, lo que significa que se requiere 2.1 kilocalorías de insumos para producir una kilocaloría de producto. El óptimo energético es requerir energías en insumos menores al contenido energético del producto. Del total de energía que ingresa al sistema (71,233,058 kcal/ha.año), el 94.5% corresponde a energía natural y el 5.5% a energía cultural. De la energía natural, el 98.9% corresponde a radiación solar efectiva y el 1.12% a consumo de agua. De la energía cultural, el 99.08% proviene de energías inanimadas (tecnologías químicas y mecánicas) y el 0.92% de energías animadas (trabajo humano). La comparación entre estas dos categorías genera asignaciones inequitativas entre trabajo y tecnología, como elemento a considerar en un juicio de sostenibilidad. De las energías inanimadas, el mayor porcentaje proviene de energías químicas derivadas de fertilizantes (nitrogenados) con 36%, seguido por el sistema riego 25.3%, tecnología mecánica (tractores) con 22.43% y energías químicas derivadas de los plaguicidas (herbicidas) con 15.4%.

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La biomasa que se comercializa contiene en promedio 39,362,994 kcal/ha.año, de las cuales 87% corresponde a energía útil (EUTIL) y el restante 13% a energía desaprovechada (ENOAPR). Con base en la primera ley de la termodinámica, se están desaprovechando también 31,870,064 kcal (ENOAPR), en almacenamientos de energía (residualidad química en el recurso suelo, en la biomasa vegetal, animal y humana) y en disipaciones de la energía (en el aire, en el agua, en el suelo y en forma de calor). En suma, la energía útil del sistema equivale a 34,589,646 kcal y es menor a la energía desaprovechada (36,643,412 kcal). La relación genera una condición parcial de insostenibilidad baja (-5.60%) desde la perspectiva termodinámica, en un análisis estático y coyuntural para el año 1999; sin embargo, para explorar la sostenibilidad se requiere una visión dinámica referida a un rango de tiempo amplio en la historia del cultivo en la zona que permita analizar las tendencias de las diferentes categorías básicas del modelo (ver diagrama No. 4). 6.3.3 Zona Bajo Cauca Los diferentes recursos naturales y culturales que ingresaron en el año de 1999 al proceso de producción de arroz riego en la zona del Bajo Cauca se convierten a kilocalorías/hectárea.año, para conformar el balance energético, el cual refleja lo siguiente: El sistema utilizó 68,145,315 kcal/ha.año para producir 36,590,776 kcal/ha.año de energía que se comercializa; de la cual, el 88% se convierte en energía útil, lo que significa que se requiere 2.12 kilocalorías de insumos para producir una kilocaloría de producto. El óptimo energético es requerir energías en insumos menores al contenido energético del producto. Del total de energía que ingresa al sistema (68,145,315 kcal/ha.año), el 94.16% corresponde a energía natural y el 5.84% a energía cultural. De la energía natural, el 98.91% corresponde a radiación solar efectiva y el 1.09% a consumo de agua. De la energía cultural, el 99.09% proviene de energías inanimadas (tecnologías químicas y mecánicas) y el 0.91% de energías animadas (trabajo humano). La comparación entre estas dos categorías genera asignaciones inequitativas entre trabajo y tecnología, como elemento a considerar en un juicio de sostenibilidad. De las energías inanimadas, el mayor porcentaje proviene de energías químicas derivadas de fertilizantes (nitrogenados) con 36.87%, seguido por el sistema riego 24.91%, tecnología mecánica (tractores) con 22.09% y energías químicas derivadas de los plaguicidas (herbicidas) con 15.21%.

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La biomasa que se comercializa contiene en promedio 36,590,776 kcal/ha.año, de las cuales 88% corresponde a energía útil (EUTIL) y el restante 12% a energía desaprovechada (ENOAPR). Con base en la primera ley de la termodinámica, se están desaprovechando también 31,554,539 kcal (ENOAPR), en almacenamientos de energía (residualidad química en el recurso suelo, en la biomasa vegetal, animal y humana) y en disipaciones de la energía (en el aire, en el agua, en el suelo y en forma de calor). En suma, la energía útil del sistema equivale a 32,153,600 kcal y es menor a la energía desaprovechada (35,991,715 kcal). La relación genera una condición parcial de insostenibilidad baja (-10.66%) desde la perspectiva termodinámica, en un análisis estático y coyuntural para el año 1999; sin embargo, para explorar la sostenibilidad se requiere una visión dinámica referida a un rango de tiempo amplio en la historia del cultivo en la zona que permita analizar las tendencias de las diferentes categorías básicas del modelo (ver diagrama No. 5). 6.3.4 Zona Llanos Los diferentes recursos naturales y culturales que ingresaron en el año de 1999 al proceso de producción de arroz riego en la zona de los Llanos se convierten a kilocalorías/hectárea.año, para conformar el balance energético, el cual refleja lo siguiente: El sistema utilizó 74,398,830 kcal/ha.año para producir 38,007,142 kcal/ha.año de energía que se comercializa; de la cual, el 88% se convierte en energía útil, lo que significa que se requiere 2.23 kilocalorías de insumos para producir una kilocaloría de producto. El óptimo energético es requerir energías en insumos menores al contenido energético del producto. Del total de energía que ingresa al sistema (74,398,830 kcal/ha.año), el 94.70% corresponde a energía natural y el 5.30% a energía cultural. De la energía natural, el 98.87% corresponde a radiación solar efectiva y el 1.13% a consumo de agua. De la energía cultural, el 99.08% proviene de energías inanimadas (tecnologías químicas y mecánicas) y el 0.92% de energías animadas (trabajo humano). La comparación entre estas dos categorías genera asignaciones inequitativas entre trabajo y tecnología, como elemento a considerar en un juicio de sostenibilidad. De las energías inanimadas, el mayor porcentaje proviene de energías químicas derivadas de fertilizantes (nitrogenados) con 36.33%, seguido por el sistema

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riego 25.13%, tecnologías mecánicas (tractores) con 22.28% y energías químicas derivadas de los plaguicidas (herbicidas) con 15.35%. La biomasa que se comercializa contiene en promedio 38,007,142 kcal/ha.año, de las cuales 88% corresponde a energía útil (EUTIL) y el restante 12% a energía desaprovechada (ENOAPR). Con base en la primera ley de la termodinámica, se están desaprovechando también 36,391,688 kcal (ENOAPR), en almacenamientos de energía (residualidad química en el recurso suelo, en la biomasa vegetal, animal y humana) y en disipaciones de la energía (en el aire, en el agua, en el suelo y en forma de calor). En suma, la energía útil del sistema equivale a 33,398,210 y es menor a la energía desaprovechada (41,000,620 kcal). La relación genera una condición parcial de insostenibilidad media (-18.54%) desde la perspectiva termodinámica, en un análisis estático y coyuntural para el año 1999; sin embargo, para explorar la sostenibilidad se requiere una visión dinámica referida a un rango de tiempo amplio en la historia del cultivo en la zona que permita analizar las tendencias de las diferentes categorías básicas del modelo (ver diagrama No. 6). 6.3.5 Zona Costa Norte Los diferentes recursos naturales y culturales que ingresaron en el año de 1999 al proceso de producción de arroz riego en la zona de la Costa Norte se convierten a kilocalorías/hectárea.año, para conformar el balance energético, el cual refleja lo siguiente: El sistema utilizó 83,589,205 kcal/ha.año para producir 44,331,030 kcal/ha.año de energía que se comercializa; de la cual, el 88% se convierte en energía útil, lo que significa que se requiere 2.38 kilocalorías de insumos para producir una kilocaloría de producto. El óptimo energético es requerir energías en insumos menores al contenido energético del producto. Del total de energía que ingresa al sistema (83,589,205 kcal/ha.año), el 95.31% corresponde a energía natural y el 4.69% a energía cultural. De la energía natural, el 99.10% corresponde a radiación solar efectiva y el 0.90% a consumo de agua. De la energía cultural, el 99.08% proviene de energías inanimadas (tecnologías químicas y mecánicas) y el 0.92% de energías animadas (trabajo humano). La comparación entre estas dos categorías genera asignaciones inequitativas entre trabajo y tecnología, como elemento a considerar en un juicio de sostenibilidad.

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De las energías inanimadas, el mayor porcentaje proviene de energías químicas derivadas de fertilizantes (nitrogenados) con 36%, seguido por el sistema riego 25.3%, tecnologías mecánicas (tractores) con 22.4% y energías químicas derivadas de los plaguicidas (herbicidas) con 15.4%. La biomasa que se comercializa contiene en promedio 44,331,030 kcal/ha.año, de las cuales 88% corresponde a energía útil (EUTIL) y el restante 12% a energía desaprovechada (ENOAPR). Con base en la primera ley de la termodinámica, se están desaprovechando también 39,258,175 kcal (ENOAPR), en almacenamientos de energía (residualidad química en el recurso suelo, en la biomasa vegetal, animal y humana) y en disipaciones de la energía (en el aire, en el agua, en el suelo y en forma de calor). En suma, la energía útil del sistema equivale a 35,142,290 y es menor a la energía desaprovechada (48,446,915 kcal). La relación genera una condición parcial de insostenibilidad media (-27.46%) desde la perspectiva termodinámica, en un análisis estático y coyuntural para el año 1999; sin embargo, para explorar la sostenibilidad se requiere una visión dinámica referida a un rango de tiempo amplio en la historia del cultivo en la zona que permita analizar las tendencias de las diferentes categorías básicas del modelo (ver diagrama No. 7).

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CAPITULO VII

COMENTARIOS Y REFLEXIONES La aplicación del modelo en el sistema arroz riego en Colombia, en el año de 1999, indica que para producir una kcal se requieren 2.1 kcal de insumos; la energía desaprovechada es del 51.5%, de la cual 14% corresponde a biomasa (impurezas, quemas abiertas) y el 37.5% restante son almacenamientos y disipaciones (ver diagrama No. 2). La participación de las energías animadas es de tan sólo 0.80% y de 99.2% para las inanimadas: 38% de fertilizantes, 24% sistema riego, 22% maquinaria agrícola y 15% plaguicidas (ver diagrama No. 2). Se están utilizando 665.225 kcal/ha.año de agua frente a un consumo óptimo de 486.855 kcal; por lo tanto se están perdiendo 178.400 kcal/ha. año ______________________________________________________________ El desarrollo en un país se concibe como una instancia elevada de transformación de una sociedad en términos de la satisfacción de sus necesidades biológicas, sicológicas, sociales, culturales, económicas, ideológicas, políticas a partir de una dotación escasa de recursos que se asigna eficiente y equitativamente. En consecuencia, esta sociedad asimila una cultura de convivencia, ecléctica, ecuánime con el resto de la sociedad trascendiendo fronteras, y muy sensible con su entorno natural (el planeta). Mas que satisfacer las necesidades de poseer, satisface las necesidades del ser: Libertad, “comunicación horizontal para la participación” (Manfred Max-Neef), equidad, sensibilidad, afecto, tolerancia, crítica constructiva, ética, solidaridad, etc. Los planificadores y encargados de la gestión del desarrollo del país, tienen en la pobreza y el conflicto social, un gran desafío que superar; problemas que hace tres décadas parecían coyunturales, se han consolidado alcanzando las estructuras y los soportes de vida, exigiendo trascender la retórica y el lenguaje político. Plantear estrategias de desarrollo sostenible en el sector rural suena a discurso recurrente de buenas intenciones, en donde las actividades con bajas escalas de producción, productoras de la mayor parte de alimentos hasta hace pocos años, han sido marginadas de la política, e implicadas en un conflicto de hegemonías, que les agrega cada vez más ruina y pobreza. Los grupos anarquistas incentivan todas las redes relacionadas con la guerra, “la seguridad”, mas no con la

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actividad productiva tradicional o alternativa; han incrementado las actividades ganaderas extensivas con muy bajas productividades y bajos niveles de empleo de mano de obra, para ejercer un derecho de propiedad sobre el suelo, como parte de la logística del poder. Es posible, entonces que la relación naturaleza - actividad humana pueda desarrollarse eficiente y equilibradamente con un entorno tan conflictivo, sin políticas de asignación de recursos que incentiven y garanticen un desarrollo social y económico, y con nuevas y cada vez más complejas revoluciones verdes?

En este contexto que papel juega la energía? La energía suscita diversos sesgos y apreciaciones radicales: por un lado, se percibe como un concepto exótico y ajeno a la condición humana y por otro lado, está en todas partes, y mueve el cosmos. Sin duda, la energía genera dinámica y produce también las mayores incertidumbres. A lo largo de la historia, la especie humana ha intentado dominarla, pero la contradicción es que los paises especialmente “desarrollados”, dependen cada vez más de ella para su crecimiento económico y confort, sin motivarles intereses serios de racionalizar sus necesidades y por ende hacer un uso eficiente, garantizando que las salidas de sus procesos se incorporen cada vez mas en los flujos “útiles” de materia y energía y por tanto de información, provocando menos alteraciones y entropía a diferentes escalas (global, regional, local).

Con la utilización de aproximadamente 27 variables representativas de una actividad macro de agricultura, para un sistema de producción exigente en capital y tecnología como es el caso del cultivo de arroz riego, se encontró una relación importante entre energía, ecología, economía y sociedad. Un proceso eficiente energéticamente29 muy probablemente lo será en sus componentes básicos: ecológicos y socioeconómicos. El sistema analizado presenta una eficiencia, tan solo del 0.24% (ver diagrama No. 2). Una condición importante de sostenibilidad social y energética es que el uso de energía animada (trabajo humano y animal) sea mayor o igual a la energía inanimada (insumos físicos, químicos y mecánicos); con la aplicación parcial de este modelo para el año de 1999, el 99% corresponde a energías inanimadas (ver diagramas Nos. 2 a 7). Posiblemente una análisis dinámico en un periodo de tiempo amplio, permitirá observar el grado de sustitución entre estos factores.

Colombia es un país con niveles de desempleo crecientes y generalizados, por recesión económica, violencia, falta de competitividad en un mundo globalizado, por el diseño de las políticas, etc. sin embargo, la iniciativa de sus planificadores y de los cultivadores empresariales es incentivar el uso de tecnologías novedosas para el manejo del suelo, el control de insectos y plantas competidoras; ahorradoras de mano de obra o de cualquier expresión de la energía animada.

29 en un sistema visto integralmente

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En el sistema agrícola en cuestión la participación de la energía animada en 1999 es de tan sólo 0.80%, mientras que la energía inanimada (gran consumidora de energía para su fabricación, funcionamiento y mantenimiento) representa el 99.2%, de la energía cultural; donde 38% proviene de uso de fertilizantes, especialmente nitrogenados (79% dentro del total de la energía en fertilizantes), 24% del sistema de riego, 22% de la maquinaria agrícola (particularmente del uso de tractores, 78%, y combinadas, 21%) y 15% de los plaguicidas, específicamente del uso de herbicidas (52%) seguido por los insecticidas (27%) (ver diagrama No. 2).

El predominio sostenido de energías inanimadas, desde los sesenta con la revolución verde, muy posiblemente ha generado cambios estructurales en la cultura regional, que debe acomodarse a una forma de producir impropia en términos de las características ecológicas y de sus necesidades socioeconómicas. Los países asiáticos, por ejemplo, grandes productores de arroz, utilizan aproximadamente un 30% de energía animada frente a un 70% de energía inanimada (con insumos tecnológicos menos sofisticados pero más eficientes energéticamente); que sin ser sostenibles del todo, apuntan racionalmente a un contexto social, poblacional (60% del total mundial) con prácticas acordes a su cultura milenaria. Para las faenas en el cultivo de arroz, dependen en gran medida del búfalo como fuerza de trabajo animal (donde viven aproximadamente el 90% del total mundial). Es decir, adaptan e incorporan las energías existentes en sus territorios a la forma de producir; acudiendo lo menos posible a subsidios energéticos. Este es un precepto básico de sostenibilidad y de identidad.

El sistema de arroz riego en Colombia, parece marginar, en buena parte, sus ofertas ambientales reales y potenciales; y utilizan insumos producidos en otros sectores productivos nacionales e internacionales; de ahí que, por ejemplo, el empleo de mano de obra real de la agricultura se encuentre en la industria que produce fertilizantes, plaguicidas, maquinaria; etc. con alta demanda en la actividad agrícola (solamente los insumos químicos representan casi el 36% de los costos totales). La planificación se hace a corto plazo y aisladamente del contexto en que se mueven las actividades. De qué sirve una actividad altamente tecnificada con medianas rentabilidades si en su área de influencia pululan los conflictos sociales que en últimas van a afectar la sostenibilidad y dinámica empresarial? No sería más razonable encontrar el punto de equilibrio entre el uso de energía animada e inanimada dentro del contexto y las ofertas características existentes?

La sustitución de mano de obra por tecnologías mecánicas y químicas agregan desorden y entropía al entorno; de igual manera los usos excesivos de recursos naturales (agua) y culturales inanimados que en este modelo se conceptúan como disipaciones de la energía, producidas en buena parte, al superar las necesidades reales de los cultivos y por dinámicas físicas. En la aplicación de los

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plaguicidas por ejemplo, solamente el 53% se deposita en el objetivo, el 47% restante genera alteraciones y/o entropía. Cada uno de los insumos utilizados en un proceso genera un porcentaje útil, uno que se disipa por procesos físicos (degradación de la energía) y otro que se desaprovecha por usos ineficientes y manejos inadecuados. El reto desde la perspectiva termodinámica es disminuir este último segmento. En el consumo real de agua por el cultivo (Xag) de 665,255 kcal, se observa una pérdida de energía de 178,400 kilocalorías/ha.año frente a un consumo óptimo de 486,855 kcal/ha.año30. Esta diferencia es indicadora de entropía, resultante del mal uso del recurso: de un lado, no permitiendo su utilización en otras actividades humanas y por otro devolviendo aguas con baja calidad por la residualidad de químicos, sedimentos, etc. que van por escorrentía o infiltración a ecosistemas cercanos o distantes, afectando además las cadenas tróficas. Es difícil por ello, calcular las disipaciones de la energía por los efectos multiplicadores que conllevan. Estudios realizados en 1996 por el Ministerio del Medio Ambiente (División de Bosques y Flora) encontraron afectados algunos ecosistemas, por las prácticas culturales en el cultivo de arroz: Cuenca Grande de Santa Marta, Cuenca alta y media del río Meta, Cuenca del río Ariari en el departamento del Meta, Cuenca alta del río Caquetá, Cuenca de los ríos Saldaña y Coello, Cuenca baja de los ríos San Jorge y Cauca (Zona de la Mojana), Cuenca media y baja del río Cesar, Cuenca baja del río Tapias (Guajira), Cuenca Baja del río Sinú, Cuenca media del río Zulia. Al mismo tiempo, otras investigaciones relacionadas con la sostenibilidad del sector31 indican la presencia en zonas arroceras de DDT (insumo prohibido por su alta toxicidad y persistencia) en tejidos vivos de peces y en los sedimentos; muerte de peces en el río Humea (Llanos Orientales). En Puerto López (Meta) se encontraron altas concentraciones de biocidas en peces y en fuentes de agua para consumo humano. Hace algunos años, en el departamento del Tolima las pistas para abastecimiento de químicos para los cultivos, se encontraban muy cerca de núcleos urbanos; En los departamentos de Sucre y Casanare, los aeropuertos servían al mismo tiempo para almacenaje de estos tóxicos y para la elaboración de mezclas. Estudios en leche vacuna y humana en zonas arroceras han encontrado residuos de organoclorados como el DDT, lindano y dieldrín en los municipios de Espinal, Guamo y Girardot32

30 Cálculos realizado por el profesor Alfredo Hernández, director de la tesis 31 Universidad Nacional - IDEA (1995). Sostenibilidad en el sector agropecuario. Informe final. Bogotá 32 Toro, Gabriel (1993). Hombre, Hambre y contaminación del medio ambiente. Universidad Nacional. Facultad de Medicina. Revista volumen 41, No. 1, Bogotá

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La salida principal del proceso productivo agrícola es la biomasa total (Yt), de la cual solo una parte se comercializa (Ycial) y es el objetivo fundamental de la actividad. Se supone que la biomasa restante (Yr) se incorpora nuevamente al suelo como retribución natural para luego involucrarse al ciclo del carbono; en caso contrario, debe clasificarse como biomasa desaprovechada (Yd). En esta investigación se supuso que se incorpora al suelo, precepto ecológico básico de sostenibilidad del suelo La energía útil proviene de la biomasa comercial que se transa como bien intermedio en otros procesos (Yot) o como bien para consumo final (Ycf). La energía desaprovechada (Yd), es aquella parte de la biomasa (cascarilla de arroz) que básicamente se quema en los molinos por la falta de información de los agentes económicos sobre usos posibles. La relación insumo producto en términos energéticos es un indicador ecológico-económico de sostenibilidad medido en un periodo largo de tiempo; es óptimo cuando es menor o igual a 1. Por ejemplo 1 GJ de arroz cultivado en Filipinas, requiere de 0.04 GJ de insumos energéticos, por tanto es un sistema sostenible (ver anexo No. 3) En Colombia, la biomasa comercial del arroz genera una energía útil de 37.1 x 106 kcal/ha.año frente a un consumo energético (natural y cultural) de 76.5 x 106 kilocalorías/ha.año, lo que significa que para producir una kilocaloría de producto se requieren 2.1 kilocalorías de insumos y que la energía desaprovechada total es del orden del 51.5%, de la cual, el 14% corresponde a biomasa desaprovechada en impurezas y quemas abiertas de cascarilla y el restante 37.5% son almacenamientos de energía (en el suelo, las plantas, los animales y los humanos del área de influencia o de las cadenas tróficas) y disipaciones de energía que cambian la calidad de los recursos: con emisiones al aire, vertimientos en el agua, cambios en la calidad fisico-química del suelo (erosión, compactación, salinización, desertificación) y en forma de calor (ver diagrama No. 2) Para dimensionar el almacenamiento de energía en el suelo se acudió al índice Gus, aplicado a los principales plaguicidas utilizados en el proceso de cultivo del arroz riego. Este índice, como se explicó en capítulos anteriores, relaciona la sorción en el suelo (Koc) y la persistencia (tiempo medio en el suelo), mostrando que los herbicidas utilizados, que son los de mayor consumo, tienden a ser retenidos; los insecticidas se encuentran cerca al rango superior donde la probabilidad es de que no sean adsorbidos por el suelo y los fungicidas son retenidos. En cuanto a las emisiones al aire resultantes del uso de plaguicidas, se encontró que emiten aproximadamente 14 kg/ha.año, hasta los treinta días después de la aplicación; (ver anexo No. 7)

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La insostenibilidad se manifiesta de diversas maneras: a) Al cambiar la calidad de los recursos naturales, especialmente el suelo, requiriendo cada vez mayores dosis de fertilizantes (mayores costos económicos y energéticos) para alcanzar una productividad que no es competitiva, b) En conflictos sociales crecientes, donde una parte de ellos provienen de la sustitución de la mano de obra por tecnología en forma casi radical (es muy bajo el uso energético de trabajo humano). La insostenibilidad económica, resulta de usos energéticos altos (donde no se ha contabilizado el suelo; en promedio, aproximadamente el 50% de los productores son arrendatarios y el 15% de los costos totales corresponden a la renta). A mayores costos de producción menor competitividad (reflejada en el balance comercial), unido a políticas sectoriales descalificadoras. Entre 1990 y 1997 los cereales pasaron de 1,742,000 a 1,099,200 hectáreas, de los cuales en arroz se dejaron de cultivar 131,000 hectáreas. Durante la década del 70 se mantuvo una posición privilegiada; en la de los ochenta, permaneció constante con tendencia a disminuir, ocupando el puesto 28 en el mundo y 6º. en América del Sur. Mientras en Colombia los rendimientos promedio son de 4.4 ton/ha de arroz paddy en 490,000 hectáreas cosechadas con los tres sistemas de producción, en China (uno de los principales productores mundiales) se alcanzan más de 6 toneladas en 32 millones de hectáreas En 1991 se exportaron 85,152 toneladas de arroz disminuyendo a 64 toneladas en 1996. Por su parte, las importaciones pasaron de 400 toneladas en 1991 a 150,600 toneladas, con saldo negativo en su balance comercial (Balcázar, A. Misión Rural, Op. Cit) El análisis parcial del sistema agrícola en el contexto termodinámico, para el año de 1999 indica que la relación entre energía útil (EUTIL) y energía no aprovechada (ENOAPR) es en promedio negativa en un 6%; es decir, el proceso presenta ineficiencias termodinámicas. Sin embargo, una parte alta pero desconocida de este porcentaje, corresponde a ineficiencias naturales del proceso de fotosíntesis; es decir, que incluso en condiciones de cultivo óptimas, el rendimiento fotosintético es muy bajo, puesto que muy rápidamente las hojas se saturan de luz y una cantidad muy grande de radiación se convierte en calor. Recolectar 5 toneladas de grano de arroz/ha.año correspondería en promedio a una eficiencia de tan solo 0.6% de la energía lumínica anual33. El comportamiento regional de la relación entre energía útil y energía no aprovechada, para 1999, es de eficiencia termodinámica mínima para la zona centro (16%), puesto que presenta una alta productividad traducida en energía comercial útil que compensa las entradas totales de energía al sistema. Por su parte, para las zonas de Santanderes y Bajo Cauca es ineficiente en menor proporción que para la zona Llanos (-19%) y la zona de la Costa Norte (-27%)

33 Duvigneaud, P.(1981). La Síntesis Ecológica. Editorial Alhambra. Madrid (España), páginas 67-69

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respectivamente, como lo muestran los diagramas síntesis de la aplicación del modelo para cada una de ellas (Diagramas Nos. 3, 4, 5, 6 y 7, del capítulo VI). Es indudable el gran peso que tiene en las entradas de energía, la radiación solar. Con ella la participación de los recursos naturales es de 95%; sin ella lógicamente baja a 5%; Sin embargo, si se descontara del análisis no tendría sentido la cuantificación ni mucho menos el balance; ya que esta energía lumínica genera directa e indirectamente todos los procesos básicos sobre la biosfera que al interactuar con los demás recursos naturales e insumos culturales introducidos en los procesos y produce efectos directos e indirectos, reduccionistas o multiplicadores en ella; entre los más significativos se encuentra el proceso vital de la fotosíntesis; los procesos de difusión de vapor hacia y desde el suelo; la temperatura del suelo, del aire, el clima y la vida misma; los procesos de degradación de plaguicidas por fotólisis, ya sea mediante la absorción directa de luz solar por el insumo químico o indirecta al interactuar con otros insumos químicos activados por la radiación; entre muchos más. Parece ser que el 30% de la producción fotosintética que consume la especie humana, en promedio, representa aproximadamente el 0.22% de la energía solar invertida; de ahí que las estrategias de desarrollo agrícola recomienden la instalación de cultivos múltiples como forma de aumentar la captación de energía. A ello se agrega toda una serie de formas y sistemas de producción alternativos bajo contextos acordes con la dinámica del medio natural que garanticen una productividad ecológica, una estabilidad social (con mayor niveles de empleo rural, participación, tolerancia, realizaciones) y el pago equitativo a los factores de producción. El reto es encontrar las combinaciones óptimas de los factores productivos en términos de eficiencia y equidad para cada contexto espacial, como una concreción que exige el camino a la sostenibilidad. En cuanto al nivel de incertidumbre, y siguiendo los criterios esbozados en la metodología, las variables de entrada califican con D (son valores aproximados que indican un buen orden de magnitud), la energía útil también con D y la energía no aprovechable con F (valores imprecisos por la alta complejidad que encierran). REFLEXIONES SINTESIS ?? Esta investigación explora algunas concreciones desde la perspectiva

conceptual de la economía ecológica, como inicio de una línea de investigación que debe ser alimentada en el futuro con construcciones de coeficientes energéticos sensibilizados a los diferentes tipos de agricultura implementados en el país.

?? El análisis energético permite establecer una visión integral de un sistema.

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?? Para establecer tendencias hacia la sostenibilidad desde la perspectiva energética, es necesario aplicar este modelo en un periodo amplio de tiempo.

?? En prospectiva, las investigaciones deben contemplar la exergía como factor

de producción, la cual mide la calidad de la energía, su disponibilidad, en términos del máximo consumo útil que puede realizar la materia y la energía, antes o después de una actividad o proceso.

?? Desde el punto de vista termodinámico, la zona tropical presenta

comportamientos a nivel biológico muy particulares, que se diferencian drásticamente de las zonas templadas, específicamente en términos de biodiversidad. La simplificación de un sistema mediante monocultivos disminuye el "trabajo fotosintético", la evapotranspiración, la precipitación y aumenta la temperatura del suelo y del aire. En consecuencia, una práctica sostenible en el trópico sugiere la instalación de cultivos múltiples por unidad de área como una manera de aumentar la captación de energía y su eficiencia. De otro lado esta estrategia se complementa con tecnologías limpias propias de las agriculturas alternativas, para producir alimentos sanos con mínimas afectaciones a los ecosistemas.

?? Como política de gestión ambiental para el sector agrícola se recomienda

adaptar los requerimientos de los procesos productivos de un espacio determinado y sus demandas de mercado, a las características de la la oferta energética existente34 (como son la radiación solar, agua, suelo, trabajo humano, trabajo animal, reciclaje de energías acumuladas, etc.), disminuyendo al máximo la utilización de energías externas generadoras de entropía (combustibles fósiles, maquinarias sofisticadas, productos industriales, etc.) mediante instrumentos económicos (incentivos, subsidios, tasas retributivas, entre otros), fomento y capacitación en prácticas culturales ahorradoras de subsidios energéticos (como los combustibles fósiles). Es un precepto de sostenibilidad y de identidad.

?? La tendencia hacia la sostenibilidad depende de la institucionalidad política

que genere cada cultura, donde no ha tenido gran espacio, la ecología, los recursos naturales y la población en pobreza absoluta o relativa. Es imperativa una nueva institucionalidad, con distinta ética y filosofía de vida.

?? La energía es un indicador de sostenibilidad; su uso, intensidad de uso y

asignación ineficiente e inequitativa en la actividad económica, producto de paradigmas socioeconómicos y marcos de política sesgados, sin ética ambiental, generan efectos irreconciliables en la relación ecosistema-cultura.

34 Teniendo en cuenta las caracteristicas intrínsecas de los recursos naturales, su capacidad de carga, de asimilación, sus necesidades y retribuciones antes y despues de los procesos productivos.

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ANEXOS

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ANEXO No. 1

CARACTERIZACION DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS DEL ARROZ Y LA CAÑA DE AZUCAR

Los procesos agrícolas del arroz y la caña de azúcar se caracterizan teniendo en cuenta tres aspectos: ??Componente físico: Donde se establecen las condiciones climáticas básicas

para que los cultivos se ubiquen geográficamente ??Componente socioeconómico: A partir de las condiciones físicas y del acceso

a los factores productivos se desarrollan los cultivos bajo sistemas de producción específicos, para generar una biomasa total, de la cual sólo una parte de ella se comercializa.

??Las interrelaciones entre los componentes físicos y socioeconómicos, se materializan en las prácticas culturales, como: Preparación del terreno y siembra, fertilización, manejo y control de plantas competidoras, insectos y enfermedades y recolección de la cosecha; etapa hasta donde va esta investigación.

1. Componente biofísico35

En general las plantas se desarrollan aceptablemente dentro de un rango de temperatura que oscila entre 0 y 35°C para especies de climas templados y entre 10 y 45°C para cultivos tropicales. Los procesos metabólicos responsables del crecimiento y desarrollo no funcionan por fuera de estos límites. La mayoría de 35 La parte agroclimática se desarrolló gracias a la colaboración del compañero Ingeniero Agrónomo Luis Lasso, experto en el tema.

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estos procesos alcanzan su tasa máxima de producción en la medida en que la temperatura se acerca al límite superior y sucede lo contrario cuando están cerca del límite inferior. Por lo general, la temperatura determina la tasa de crecimiento y el desarrollo de las plantas e incluso en algunas especies determina el inicio o el final de estos procesos.

El proceso fundamental del componente físico es la fotosíntesis; que es un proceso físicoquímico mediante el cual las plantas que contienen clorofila por acción de la luz solar, sintetizan compuestos orgánicos a partir del agua y del CO2 (dióxido de Carbono). (ver anexo 2)

??Periodo vegetativo, altura, temperatura y rendimiento

En el cultivo del arroz, el periodo vegetativo oscila entre 90 y 140 días para unas altitudes entre 0 y 1200 msnm, correspondiendo a temperaturas entre 22 y 32?C; con densidades de siembra entre 150 y 190 kg/ha, dependiendo de la variedad de semilla y del sistema de cultivo, con los que se obtienen rendimientos entre 4 y 6 toneladas/ha. Características físicas del cultivo de arroz

Descripción Periodo vegetativo (días)

Altitud (msnm)

Temperatura (grados C)

Arroz riego 90-110 0-1200 22-32 Arroz secano mecanizado 90-120 0-1200 22-32 Arroz secano manual 114-140 0-1200 22-32

Fuente: DANE. Proyecto SISAC. Manual Básico Agrícola, Pecuario y Forestal, Santa Fe de Bogotá, 1997.

Variedades de semillas utilizadas en arroz bajo riego

Variedad Altura (cm)

Periodo vegetativo (días)

Altitud (m.s.n.m.)

Densidad de siembra (kg/ha)

Rendimiento (Kg/ha)

Orizica-I 83-114 105-130 0-1100 160-190 5,300 Orizica Llanos-V 85-108 120-130 0-1200 150-170 5,940 Orizica Llanos-IV 80-90 114-120 0-1200 150 6,011 Orizica-III 85-106 120-130 0-1200 150 6,200 Orizica Yacu IX 85-110 120-130 0-1200 150 6,900 Caribe VIII 85-110 120-130 0-1200 160-190 6,200 Hawaiana 85-110 130-140 0-1200 160-190 5,700 Irr22 80-90 115-120 0-1200 160-190 5,300 Selecta 320 85-110 120-130 0-1200 160-190 5,600 Cica 4 80-100 120-140 0-1200 150 5,500 Cica-8 84 120-145 0-1200 120-140 4,916

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Fuente: ICA, FEDEARROZ-CIAT, 1996. En DANE. Proyecto SISAC. Formulario Agroecológico. Santa Fe de Bogotá, 1999.

Variedades de semillas utilizadas en arroz secano Variedad Altura

(cm) Periodo vegetativo (días)

Altitud (m.s.n.m.)

Densidad de siembra (kg/ha)

Rendimiento (Kg/ha)

Orizica-1 85-114 105-130 0-1,100 160-190 5,300 Orizica Llanos-5 85-108 120-130 0-1,200 150-170 5,600 Orizica-3 85-106 120-130 0-1,200 150 6,200 Orizica Yacu 9 85-110 120-130 0-1,200 150 6,900 Cica 4 80-100 120-140 0-1,200 150 5,500 Cica-8 84 120-145 0-1,200 120-140 4,916 Fuente: ICA, FEDEARROZ& CIAT, 1996. En DANE. Proyecto SISAC. Formulario Agroecológico. Santa Fe de Bogotá, 1999. En la caña de azúcar el periodo vegetativo es de 8 a 12 meses, pudiéndose cultivar entre los 0 y 1200 msnm con temperaturas entre 24 y 28?C respectivamente. Para cultivo de caña de azúcar

Descripción variedades de semilla

Periodo vegetativo

Altura (m.s.n.m.)

Temperatura (°C)

Característica

Caña de azúcar, c. dulce 8-12 meses 0-1,200 24-28 (media)

M2C 74-275 8-12 meses 0-1,200 24-28 Es la más sembrada en el Valle del Cauca

PR 61-632 8-12 meses 0-1,200 24-28 Resistente al volcamiento

V71-51 8-12 meses 0-1,200 24-28 Excelente en suelos salinos

CC83-25 8-12 meses 0-1,200 24-28 Es la menos exigente en agua

Fuente: DANE. Proyecto SISAC. Manual Básico Agrícola, Pecuario y Forestal, Santa Fe de Bogotá, 1997.

??Clima36 “El cultivo de arroz se encuentra esparcido sobre un amplio rango de latitud, climas, suelos y condiciones de agua presentes en el trópico húmedo, en las regiones húmedas semitropicales, en los desiertos altamente irrigados, en las regiones semidesérticas de los subtrópicos y en una considerable extensión de las regiones templadas del mundo. El arroz se cultiva en el centro de Checoslovaquia, a una latitud de 49° norte, en el centro de Sumatra sobre el 36 . Lasso, L. Zonificación agroclimática de los cultivos de mayor importancia económica del territorio Colombiano. Primera parte: cultivo del arroz. Himat. Santa Fe de Bogotá,

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Ecuador y en Australia a 35° de Latitud Sur.....se cultiva en elevaciones que van desde el nivel del mar hasta los 3000 msnm en Nepal. En condiciones tan húmedas como las de Kyab Burma con más de 4500 mm de precipitación durante el periodo de crecimiento del cultivo, hasta en climas tan secos como los de Al Hafuf y Arabia Saudita con menos de 100 mm de lluvia. Crece en condiciones de suelo no inundado y en condiciones de inundación con láminas de 5 metros de profundidad con temperaturas promedio de 33°C en At Sukkur, Pakistán, o de 17°C en Ataru, Japón. Con un 25% del potencial de la energía solar como en el caso de Burma y Tailandia o con un 95% como en Egipto”37

La caña de azúcar por su parte, se cultiva en clima cálido, con temperaturas mayores de 25°C, con una altitud entre cero y 1,200 msnm.

Radiación solar: El arroz requiere entre 0.3 y 0.8 calorías por cm2/minuto, necesitándose durante todo el ciclo de vida del cultivo; sin embargo es a partir de la etapa de formación del grano cuando sus requerimientos son mayores. Las hojas jóvenes principalmente la hoja bandera son las que desarrollan la mayor actividad fotosintética.

La luminosidad es un factor importante en la formación y porcentaje de acumulación de almidón en las hojas. Las plantas responden en forma diferente a la acción de la luz, debido a la composición de las sustancias de las hojas y específicamente al contenido de clorofila, que es distinto en todas. La longitud del día ejerce una influencia directa en el crecimiento de la caña de azúcar y el desarrollo vegetativo del tallo. Las plantas que reciben más luz, es decir, que tienen días más largos y bastante brillo solar, producen más cantidad de sacarosa, con mayor Brix38 y un alto porcentaje de pureza39. Los rendimientos de azúcar se pueden reducir hasta un 35% en zonas de alta nubosidad y bajo brillo solar. El rango óptimo de radiación solar es de 1.0 a 1.4 calorías por cm2/minuto.

Temperatura: La adaptación y desarrollo de las plantas depende de la temperatura del suelo y del aire. El cultivo de arroz en Colombia está condicionado por la temperatura del aire a elevaciones máximas de 1,250 m.s.n.m., o sea a temperaturas medias por encima de los 20°C; sin embargo cada cultivo responde diferente a las mismas condiciones de temperatura. Durante la germinación y mientras las plantas estén sumergidas, las temperaturas del agua y del suelo juegan el papel principal; luego cuando la planta está por encima del nivel del agua, predominan las temperaturas del aire. Temperaturas del agua por debajo de 20°C retardan el periodo de germinación y los procesos de descomposición de la materia orgánica. Los mejores resultados se obtienen con temperaturas del agua entre 30 y 33°C, dentro de los cuales se obtiene la mejor respuesta a la absorción de los nutrientes. Temperaturas 37 Santos, L.F (1981) citado por Lasso L. Ibid, pagina 10 38 Grados Brix corresponde a la concentración de azúcares en la planta 39 Corpoica-Sena. Manual de caña de azúcar para la producción de panela. Septiembre de 1997, páginas 42-43

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nocturnas bajas durante la maduración del grano son ideales para incrementar los hidratos de carbono en la semilla, mejorando por lo tanto su calidad, siempre y cuando estas temperaturas no permanezcan durante todo el periodo de maduración, porque pueden crear un desgrane excesivo durante la recolección.

Algunos autores como Pioxoto de Morais (Brasil) y V. Romero M. (Colombia) recomiendan los siguientes valores para un comportamiento óptimo de la planta: temperatura del suelo para la germinación de 32 a 35°C. Para el macollamiento de 32 a 34°C. Para la iniciación del encañamiento temperaturas por encima de 17°C. Para la floración entre 29 y 32°C y para la etapa de maduración del grano, temperaturas diurnas por encima de 29°C y nocturnas alrededor de 21°C.

La mayor producción en el cultivo de caña de azúcar, se logra con temperaturas entre 25 y 26°C con un rango permisible de 20 a 30°C. La temperatura media mínima mensual es un indicador para controlar la elongación de la caña. De otra parte, una temperatura de 30°C es óptima para sintetizar la sacarosa.1

Viento: La circulación del viento distribuye la radiación de calor y evita el sobrecalentamiento de las capas de aire sobre el suelo refrescando las temperaturas del aire y del suelo.

Necesidades de agua: El arroz es un cultivo que requiere grandes cantidades de agua porque debe permanecer inundado durante la mayor parte de su ciclo vegetativo, dada la facilidad que tiene para transportar oxígeno desde las hojas hasta las raíces, a través del tejido de parénquima. La condición de inundación induce, de otra parte, a una pérdida grande de agua por evapotranspiración e infiltración. El rango requerido por ciclo vegetativo oscila entre 1,000 y 3,000 mm; sin embargo se requiere alta pluviosidad bien distribuida a lo largo del año para la modalidad de secano, coincidiendo la germinación, el embuchamiento y la floración con las fechas de máxima precipitación y la cosecha con el periodo seco. Las primeras etapas del desarrollo de la planta son las más exigentes en consumo de agua; después de la siembra, para que el cultivo de arroz pueda llagar a su estado de maduración requiere entre 800 y 1200 mm de agua, con un consumo promedio diario de 6 a 10 mm. La planta requiere de agua suficiente para enfrentar procesos de transpiración, agua de constitución o estructural y la evaporación del suelo. De otra parte existen factores complementarios que inciden en las necesidades de agua, como topografía y tipo de suelo, proximidad de drenajes, profundidad del nivel freático, superficie cultivada, fertilidad del suelo y del subsuelo, periodo de crecimiento del cultivo, métodos de labranza, demanda evaporatoria. Para cultivos de arroz bajo el sistema secano, los requerimientos de agua son menores que para arroz bajo sistema de riego, los cuales oscilan entre 160 y 330

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mm/mes. La FAO aconseja cultivar arroz en regiones con lluvias anuales superiores a los 1,500 mm. Este recurso es básico para la formación de azúcares en la caña, necesitándose en promedio de 8 a 9 mm de agua por hectárea/día en tiempos de sequía. En épocas de lluvias se requiere 3 mm/ha/día. Una precipitación anual de 1,500 a 1,750 es suficiente para suplir las necesidades del cultivo. Un nivel por debajo o por encima de este rango, disminuye la producción y el rendimiento de la caña. Necesidades de agua de los cultivos de arroz y caña de azúcar según fase vegetativa (mm) Cultivos Fase vegetativa Duración (Número

de días) Necesidades de agua (mm)

Establecimiento 0-30 100-140 Desarrollo vegetativo 30-60 100-150 Floración 60-105 160-200 Cosecha 105-150 Formación del grano 105-135 100-150 Maduración 135-150 40-60

Arroz

Recolección 150

Cultivos Fase vegetativa Duración (Número de días)

Necesidades de agua (mm)

Establecimiento 0-30 70-110 Crecimiento vegetativo 30-390 Cobertura 50-100% 30-120 300-450 Alargamiento del tallo 120-140 390-580 Formación cosecha 240-390 160-240 Maduración 390-450 80 - 120

Caña de azúcar

Recolección 450 Fuente: Ministerio de Agricultura ??Recurso Suelo40: Los requerimientos óptimos del suelo para los cultivos en cuestión son: Topografía: En el cultivo de arroz, deben tener una inclinación entre 0 y 4%; pendientes entre 4 y 8% ya se consideran marginales. 40 Dane-Proyecto Sisac. Formulario Agroecológico. Santa Fe de Bogotá D.C., 1999, página 31

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En la caña de azúcar, desde el nivel del mar hasta los 800 msnm y de los 800 hasta los 1,200 msnm, se utilizan suelos planos o con pendientes suaves para cultivo de caña para azúcar especialmente y de los 1,200 a 1,800 msnm la topografía es de ondulada a quebrada, para cultivo de caña para panela. Profundidad: La óptima para el cultivo de arroz debe ser mayor que 50 cm.; suelos con profundidades menores ya se consideran marginales. Para cultivo de caña de azúcar, se requieren profundidades mayores de 1.50 metros y ricos en materia orgánica. Niveles freáticos entre 27 y 100 cm aumentan la producción; sin embargo, el rendimiento del azúcar presenta una relación inversa con un nivel freático alto, debido al estrés que produce en la planta el exceso de humedad Permeabilidad: Se considera como óptimo un terreno cuyo drenaje varíe entre imperfecto a moderadamente bueno; aunque se acepta un rango entre drenaje muy pobre, a suelos con buen drenaje. El cultivo de arroz bajo sistema secano requiere un sustrato semipermeable. En el cultivo de la caña se requieren suelos que permitan un fácil flujo del agua, tanto por gravedad como por capilaridad; o sea de buena permeabilidad. Textura: Lo óptimo es tener suelos franco-limosos. El rango de aceptación para el cultivo de arroz varía entre suelos de textura franco-arenosa hasta arcillosa montmorilloníticas. Para caña de azúcar, los suelos deben ser sueltos. Un suelo pesado es de difícil manejo y genera una menor duración de las socas, un mayor costo de adecuación de los lotes y una mayor predisposición a la presencia de enfermedades radiculares. Una buena estructura (o sea la forma como se unen las partículas para formar terrones) facilita el desarrollo de los cultivos al penetrar equilibradamente el agua y el aire en el suelo, sin ser arrastrado fácilmente por el agua, la lluvia, el viento, por tanto las plantas tienen sus raíces muy sólidas. Fertilidad: Suelos con buena fertilidad; de baja fertilidad se consideran marginales. Salinidad: Lo óptimo es que los suelos estén en un rango entre 0 y 2 mmho/cm. Suelos con valores entre 2 y 4 mmho/cm se consideran marginales. Acidez: El pH óptimo para arroz debe estar entre 5.5 y 7.5 aunque se pueden aceptar suelos con valores entre 5.2 y 8.2: Requiere un pH de 6 a 8. Para caña, los suelos ácidos son más dañinos que los suelos alcalinos.

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Carbonato de calcio (CaCO3): El porcentaje óptimo de este elemento en el suelo debe estar entre 0 y 15%. Suelos con CaCO3 entre 15 y 25% se consideran marginales. ??Ubicación geográfica de las zonas de cultivo Con base en las necesidades de las plantas de arroz y caña para su desarrollo y teniendo en cuenta las características agroecológicas del país, La Federación Nacional de Arroceros, Fedearroz, ha establecido 5 zonas arroceras en el país: La Zona centro: Comprende el área de influencia del río Magdalena, en los departamentos de Huila, Tolima, Caldas, Cundinamarca y Boyacá; donde predomina el sistema bajo riego Los Llanos Orientales: Se concentran en las estribaciones de la cordillera oriental, en los departamentos de Meta (con Sistema Riego y secano mecanizado), Casanare (sistema riego) y Arauca (sistema secano mecanizado). El Bajo Cauca: Corresponde a la parte baja del Valle del Río Cauca en áreas de los departamentos de Antioquia, Bolívar, Córdoba y Sucre; predominando el sistema de secano. La Costa Norte: La integran los departamentos de Cesar, Guajira y Magdalena que producen arroz bajo el sistema riego principalmente. Los Santanderes: Producen arroz bajo riego y secano mecanizado. El sistema secano manual se desarrolla principalmente en los departamentos del Chocó, Sucre, Córdoba y en el sur de Bolívar. Por su parte, las principales zonas productoras de caña de azúcar son41: Primera zona: Desde el nivel del mar hasta los 800 msnm; Segunda zona: Comprendida entre 800 y 1,200 msnm y Tercera zona: Está comprendida entre los 1,200 y 1,800 msnm.

Primera zona: Desde el nivel del mar hasta los 800 msnm; temperatura media de 27 a 29°C, con oscilaciones entre el día y la noche de 5.5 a 10°C; precipitación anual de 1,500 a 2,500 mm; buena luminosidad, suelos planos. En estas áreas la limitación es la baja oscilación de temperatura. En esta zona se encuentran los departamentos de Bolívar, Córdoba, Atlántico, Magdalena, Cesar, Norte de Santander, Nariño y Chocó.

Segunda zona: Comprendida entre 800 y 1,200 msnm, temperatura entre 23 y 26°C con oscilaciones entre 8 y 13°C; precipitación de 800 a 1,800 mm; luminosidad de 6 horas aproximadamente; suelos planos o de pendientes suaves. En esta zona se encuentran pequeños y medianos valles de Risaralda, Piedecuesta, Girón, Pamplonita, Viotá, La Mesa y el extenso Valle geográfico del Río Cauca.

41 Dane. Proyecto Sisac. Formulario Agroecológico. Santa Fe de Bogotá, 1999, páginas 122-123

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Tercera zona: Está comprendida entre los 1,200 y 1,800 msnm. Es la más extensa del país y en ella se encuentran ubicadas la mayoría de las explotaciones paneleras. Tiene una temperatura media anual de 20 a 23°C, con oscilaciones de 8.5 a 13°C; lluvias de 1,000 a 2,700 mm distribuidas en dos periodos más o menos definidos; brillo solar de 4.5 a 6 horas; la topografía es ondulada a quebrada y la fertilidad de los suelos varía de regular a buena. 2. Componente socioeconómico Sistemas de producción: El arroz se produce en Colombia bajo tres sistemas, dependiendo del uso, intensidad de uso y manejo de los factores de producción: El sistema riego, el sistema secano mecanizado y el secano manual. En el cultivo de la caña de azúcar, el proceso para la producción de caña para azúcar se considera intensivo en capital y tecnología, y atiende mercados nacionales y mundiales. Para otros productos como la panela, los procesos se enmarcan en dos sistemas: uno intensivo e industrializado y otro artesanal intensivo en mano de obra, que atiende mercados locales y regionales. ??Tenencia del suelo: En el año de 1999, el 44% del área en arroz fue cultivada por propietarios, el 55% por arrendatarios y el 1% por colonos, aparceros, etc. El 81% de los productores utilizan áreas entre 1 y 10 hectáreas; el 14% en áreas entre 10 y 50 hectáreas, el 4% entre 50 a 200 hectáreas y el restante 1% en áreas mayores a 200 hectáreas. ??Area cosechada: En el año 1987 el área cosechada en arroz total fue de 384,500 hectáreas, de las cuales el 66% correspondió a arroz riego, el 26% a arroz secano mecanizado y el 8% a arroz secano manual. Para el año de 1997 disminuyó la participación del arroz riego y aumentaron las de los sistemas de secano, especialmente el secano manual. Entre la década de los 70 y la de los 80s se ha venido desplazando la siembra de la Costa Atlántica al Magdalena Medio; en aquella se ha sustituido por palma africana, banano y ganadería. Por su parte, en los años 90 la de los Llanos orientales se ha venido aumentando. En cuanto a la caña de azúcar, el área pasó de 108,000 hectáreas en 1987 a 168,252 hectáreas de material verde en 1997, creciendo a una tasa promedio anual para el periodo 1987-1997 del 4.5%. Jornales empleados: En cuanto a mano de obra empleada, según estimaciones de Fedearroz, para el año de 1997 se emplearon 31 jornales directos por hectárea y por cosecha; de los cuales: 7 fueron para manejo del riego, 6.5 para roedores y despalille, 4 en administración, 3.5 para control de malezas-plagas- enfermedades, 3.2 en recolección y transporte, 3 en fertilización, 2 en asistencia técnica, 1 en preparación del terreno y1/2 jornal en siembra. Cada jornal equivale a 8 horas de trabajo con costos entre $8.000 y $10.000. Es de anotar

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que en una actividad agrícola tradicional se utilizan 225 jornales por hectárea/semestre en promedio (según estimaciones del Ministerio de Agricultura), lo que muestra la baja ocupación de mano de obra en un sistema intensivo de tecnología. Para caña, según Cega, en 1988 se utilizaron 7.5 millones de jornales, que equivalen a 42,852 empleos directos.

??Producción de biomasa comercial: En el año de 1987 se produjeron 1,864,600 toneladas de grano de arroz, que es la biomasa que se comercializa. De ella, el 74% corresponden al sistema riego, 23% al sistema secano mecanizado con el 25% y el secano manual con el 3% respectivamente. El departamento del Tolima aporta el 37% de la producción nacional de arroz riego seguido por el departamento del Meta con el 14%. En cuanto a la producción de arroz bajo el sistema secano mecanizado, el 36% de la producción nacional es aportada por el departamento del Meta seguido por el departamento de Casanare con el 17%. La producción bajo el sistema secano manual proviene del departamento de Córdoba contribuye con el 29% secano manual, seguido por el departamento de Sucre con el 18%. La tasa de crecimiento para el periodo 1987-1997 muestra un cambio positivo mínimo en la producción bajo sistema secano mecanizado y negativos para los dos restantes. De un 100% de arroz paddy verde (biomasa comercial), con un 15% de humedad, se obtienen los siguientes subproductos en el proceso de molinería: 58 a 60% de arroz entero excelso, 20 a 23% de cascarilla, 8 a 10% de arroz partido grande o cristal (1/2 a ¾ de tamaño), 2 a 4% de arroz partido o granza (menos de ¼ de tamaño), 6 a 8% de harina y 1% de impurezas42. En el sistema secano manual, en promedio el 26% de la producción de arroz se dedica a autoconsumo43, el 65% para venta y el 9% a otros usos como el trueque, regalos, etc. Para caña de azúcar, en 1987 se obtuvieron 13,436,200 toneladas de material verde y en 1997 aumentaron a 17,273,501 toneladas. En el periodo 1987-1997 la tasa de crecimiento promedio anual fue del 2.54% Importancia del producto para la población: Del proceso agrícola del arroz resulta un producto intermedio: el arroz paddy verde, que posteriormente en la actividad industrial se convierte en producto final: arroz blanco. En el proceso de molinería resultan una serie de subproductos como el arroz cristal, la granza y la harina: donde “de cada 100 gramos de arroz seco procesado resultan, en promedio, 8 a 9 gramos de arroz cristal, definido por granos entre ¾ y ¼ del tamaño del grano entero. La harina de pulimento o blanqueo equivale a 8 gramos y los granos partidos inferiores a ¼ del tamaño total, denominados granza, 42 DANE. Proyecto SISAC. Formulario agroecológico. Bogotá, 1999, pagina 35 43 Muy por encima del promedio nacional se encuentran Córdoba y Chocó que dedican para autoconsumo 54% y 44% respectivamente.

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representan 2 gramos”.44 La comercialización de estos subproductos se realiza con la industria nacional especialmente en Cervecería, Concentrados, Panificadoras, Pastas alimenticias, entre otras.

Con el proceso industrial el precio final del arroz blanco de primera obtiene o agrega más del 100% en su precio con respecto al obtenido en el proceso agrícola con el arroz paddy verde Comparación de precios promedio anuales de arroz paddy verde (insumo intermedio que ingresa al proceso industrial) y arroz blanco (producto final), 1987-1997 ($/tonelada) Año Arroz paddy verde Arroz blanco Variación %

1987 42.135 83.949 99.23% 1988 81.234 164.916 103% 1989 82.793 166.357 101% 1990 91.871 184.557 100.8% 1991 116.597 234.992 101.15% 1992 134.065 273.658 104.12% 1993 144.673 289.747 100.3% 1994 205.168 416.088 102.8% 1995 221.499 457.396 106.5% 1996 285.572 601.487 110.6% 1997(*) 341.649 715.858 109.5% (*)promedio hasta julio

Fuente: Fedearroz. División de investigaciones económicas En el mundo el arroz blanco es una de las principales fuentes de calorías, igual que el trigo. En Colombia, aporta aproximadamente el 14.5% de calorías y el 12.7% de proteínas. En 100 gramos de sustancia comestible, se encuentran 350 calorías. El proceso productivo agrícola de la caña, genera un producto intermedio (material verde), que con transformaciones industriales intensivas o artesanales produce azúcar refinada, alcohol, panela, miel de caña, jaleas, conservas. La caña panelera genera una serie de subproductos como el bagazo (combustible), la cachaza, el melote para alimentación de animales. El azúcar es un energético, cuyo valor calórico es de 377 calorías por cien gramos de sustancia comestible. En 100 gramos, el 99.5% son glúcidos. Productividad: La productividad promedio es de 5.9 toneladas/hectárea para el arroz bajo sistema riego, 4.6 ton/ha para el secano mecanizado y 1.6 ton/ha para el secano manual. Para caña de azúcar, en 1987 se obtuvieron 124,409

44 Fedearroz. El Arroz en Colombia, 1980-1997. Santa Fe de Bogotá, 1998, página 57

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kilogramos de material verde por hectárea, disminuyendo a 102,664 kg./ha en 1997, lo que equivale a una tasa decreciente para el periodo (-1.90%). Valoración dentro de la producción agrícola, año 1997 (en millones de pesos de 1975) Arroz...............................................................................5,999.7 Total transitorios.............................................................28,500.4 Participación del arroz dentro de los transitorios...................21% Agricultura sin café..........................................................84,377.5 Participación del arroz dentro de la agricultura sin café......... 7.1% Agricultura con café.........................................................98,051.4 Participación dentro de la agricultura con café......................6.1% Caña de azúcar................................................................12,208.4 Total Permanentes............................................................55,877.1 Participación de la caña dentro de los permanentes................22% Agricultura sin café............................................................84,377.5 Participación de la caña dentro de la agricultura sin café.........14.5% Agricultura con café............................................................98,051.4 Participación de la caña dentro de la agricultura con café........12.4% Costos de producción: Para el año de 1997, en el cultivo de arroz riego, el costo total por hectárea fue de: $1.776.336 y el costo total por tonelada: $ 346.264. Por su parte, para el cultivo de arroz secano, el costo total por hectárea fue de: $1.312.181 y el costo total por tonelada: $ 347.138. La participación en los costos de producción por tonelada es la siguiente: Participación de los costos de producción por tonelada de arroz, 1997

Rubros Sistema riego

Sistema secano

Protección al cultivo 23 27.2 Preparación siembra 18.4 24.3 Arriendo de la tierra 15.2 5.7 Fertilización 11.8 9.6 Recolección transporte 9.7 16.4 Riego 5.8 Asistencia Técnica 1.0 1.1 Otros (Admón., etc) 15.7 Fuente: Fedearroz.

??Competitividad La competitividad del sector agrícola a lo largo de la historia, ha presentado algunos obstáculos, tales como: ?? La inseguridad en el campo que incide negativamente al alejar la inversión e

impedir la administración directa disminuyendo los incentivos para adoptar innovaciones tecnológicas.

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?? La deficiente infraestructura económica, para el manejo, conservación y transporte de productos como frutas, hortalizas entre otros.

?? Patrones de producción ineficientes: Buena parte de los cultivos transitorios, como granos y oleaginosas no responden efectivamente a las condiciones agroecológicas tropicales, de ahí que sus rendimientos sean inferiores en Colombia a los que se obtienen en países templados y subtropicales. Se requiere una gran utilización de insumos químicos para alcanzar productividades medias mundiales, quedando por fuera de la competencia nacional e internacional, bajo modelos de apertura y globalización comercial.

?? En materia de desarrollo tecnológico, el país muestra un gran rezago en cuanto a inversión en investigación.

?? El modelo de apertura frenó el desarrollo del sector agrícola, por la incapacidad política de modificar las condiciones de asimetría existentes en él.

Si se compara el precio nacional y los del mercado internacional, en los últimos 4 años son menos competitivos, con gran influencia de la tasa de cambio: al revaluarse la moneda se incrementan los precios del producto al compararlos en dólares con los del mercado internacional Desde 1992 se han incrementado las exportaciones mundiales de arroz, pasando de 14.8 millones de toneladas en el año de 1992 a 18.1 millones de toneladas en el año de 1997. Los mayores exportadores son: Tailandia (29%), Estados Unidos (16%), Vietnam (12%) e India (10%). En Latinoamérica, son Argentina y Uruguay. La cotización internacional promedio estuvo por encima de los 300 dólares por tonelada. ??Relación insumo producto Un valor alto en la relación insumo producto indica mayor eficiencia ecológica y económica y productividad en el sistema de cultivo; , es de resaltar el caso del maíz producido en México y en el otro extremo la producción de lechuga, como lo muestra la tabla. Relación insumo producto de algunos cultivos en el mundo SISTEMA AGRICOLA VALOR ENERGETICO ANUAL (GJ/ha) INSUMO PRODUCTO RELACION Palma de aceite (Malasia) 19.2 182.1 9.5 Maíz (USA) 30 84.5 2.8 Maíz (México) 1.0 29.4 29.4 Arroz (USA) 65.5 84.1 1.3 Arroz (Filipinas) 1.0 24.4 24.4 Semillas de colza (U.K) 23 70 3.0 Soya (USA) 20 50 2.5 Remolacha (U.K) 124.4 82.9 0.7

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Lechuga (U.K) 5300.0 10.6 0.002 Fuente: Wood y Corley, 1991 3. Interrelaciones entre el componente biofísico y el socioeconómico Las interrelaciones entre los componentes físicos y socioeconómicos se materializan en las prácticas culturales implementadas durante el desarrollo vegetativo de las plantas; dentro de ellas se encuentran la preparación del suelo, la siembra, la fertilización, el manejo y control de plantas competidoras, insectos y enfermedades, la cosecha y el manejo postcosecha. El desarrollo de la planta de arroz conlleva cinco etapas: Establecimiento (desde la siembra hasta los 30 días), desarrollo vegetativo (desde los 31 días hasta los 60 días), floración (desde los 61 días hasta los 105 días), maduración (de los 106 días hasta los 135 días) y recolección (de los 135 días hasta los 150 días); las cuales se identifican por cambios metabólicos y morfológicos de la planta, cuyo periodo puede demorar desde 110 días para variedades de ciclo corto hasta 150 días para las de ciclo largo (poco comercializadas, por alto volcamiento debido a porte alto). Por su parte, el cultivo de la caña conlleva cuatro fases: Establecimiento (desde la siembra hasta los 30 días), crecimiento vegetativo (desde los 31 días hasta los 390 días), la maduración (entre los 390 y 420 días) y la recolección (entre los 420 y 450 días) ??Preparación del suelo: En el cultivo de arroz se utilizan correctivos para el suelo como la cal entre los 5 y los 30 días antes de la siembra. La preparación del suelo, en promedio, consta de las labores de arada, rastrillada, pulida y nivelada; es importante considerar el tipo de suelo en su preparación. Para arar se utiliza Tractor + Arado de cincel. Para rastrillar se utiliza Tractor + Discos en forma cruzada: 2 veces. Para Pulir se utiliza Tractor + Rastrillos pulidores de discos y para nivelar se utiliza Tractor + Cuchillas pulidoras).45 Estas actividades se repiten varias veces con maquinaria que es muy pesada para las características del suelo. En el cultivo de la caña de azúcar, normalmente se ara una vez, luego se realizan de 1 a 2 rastrilladas, luego se nivela y se hace zanjeo para sembrar la semilla. En todo este proceso se utiliza maquinaria agrícola. ??Siembra: Para arroz se realiza de diferentes formas: Al voleo, o con semilla pregerminada y/o la técnica de siembra indirecta (transplante de 30 a 40 días). Mecánicamente se realiza con tractores más voleadora utilizando aproximadamente 230 kg. de semilla por hectárea. Para caña de azúcar, las semillas utilizadas son estacas de 20-25 cm con grosor parejo y desinfectadas.

45 Ibid, Corpoica

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??Caballones: Para el cultivo de arroz bajo sistema de riego, se realiza el caballoneo, que es una infraestructura para dirigir el curso del agua. ??Fertilización: Esta labor depende de las características físicoquímicas de los suelos, del sistema de cultivo (riego o secano). Normalmente se aplican después de la emergencia del cultivo durante las fases de crecimiento, macollamiento y floración. El consumo nacional promedio de fertilizantes en el cultivo de arroz es de 586 kg./L/ha, de correctivos 780 kg./L/ha Los nutrientes que necesita la caña de azúcar dependen de la variedad, del estado de fertilidad del suelo y la edad de la caña en el momento de realizarse el corte. Para producir una tonelada de azúcar, se necesitan 5.85 Kg. de Nitrógeno (N), 3.70 Kg. de Oxido fosfórico (P2O5), 16 Kg. de Potasio (K) y 16.8 Kg. de Calcio (Ca).......Para producir 1 tonelada de caña y 1 tonelada de azúcar, se requieren 1.36 y 10.4 kg. de nitrógeno (N) respectivamente.46 Generalmente se observa en las regiones donde se cultiva caña, deficiencias de nitrógeno (en el 90% de las áreas cultivadas), fósforo (en el 85%), potasio (en el 60%), calcio, magnesio, azufre (en el 55%), zinc, boro, cobre, molibdeno y sílice. ??Control de plantas competidoras: Es uno de los mayores problemas que presenta el desarrollo de los cultivos, en especial aquellos monocultivos altamente comerciales, cuya base tecnológica es el uso excesivo e indiscriminado de herbicidas no acordes con las características ambientales del entorno. Este tipo de químicos tiene gran demanda por la multiplicidad de usos47, por la falsa concepción de que reducen costos de mano de obra y en general costos económicos; se utiliza como madurante (para aumentar el contenido de sacarosa en la caña de azúcar por ejemplo), desecante (en el cultivo de sorgo), “quema química” de variedad de tipos de hojas, plantas perennes como pastos y dicotiledóneas (preemergentes y postemergentes); pueden ser de amplio espectro, selectivos, no selectivos, anuales, bianuales con efectos residuales. Se han venido utilizando ampliamente en el desarrollo de políticas de erradicación de cultivos ilícitos. Estos insumos se aplican desde avionetas o mediante maquinas manuales, dependiendo de la escala de producción y del problema puntual objetivo; aplicándose desde antes de la preparación del suelo. En Saldaña (Tolima) se realizan dos “quemas” con el uso de herbicidas de 3 a 5 días antes de la preparación del suelo y en ella; luego vienen los herbicidas preemergentes (que se aplican entre 2 a 5 días después de la siembra), luego se aplican en dos controles los herbicidas en post-emergencia (el primero entre los 15 y 30 días y el segundo entre los 30 y 55 días). Adicionalmente entre los 30 y 40 días se aplican herbicidas para el control de cyperaceas y para el manejo de plantas de

46 Corpoica-Sena. Manual de caña de azúcar para la producción de panela. Bucaramanga, 1997, página 89 47 Moreno Gladis.(1997). Uso y manejo de Agroquímicos en Colombia. IDEAM, Subdirección de Ecología Económica, Bogotá.

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hoja ancha que compitan por los nutrientes con el arroz. En promedio para el área sembrada en arroz riego en el departamento del Tolima el uso de herbicidas es de 1,075,296 kg-L. ??Control de insectos: Se calcula para el cultivo del arroz, en promedio un consumo de insecticidas de 7.5 kg-L/ha. Para insectos del suelo normalmente se utilizan 13 productos; para los de follaje 23 productos; para control de chinches 8 productos. Para un total de 44 productos insecticidas utilizados. Los insectos que lo afectan, aparecen desde su siembra (en promedio se atacan con 13 productos insecticidas), luego vienen los cucarros, luego los gusanos ejército, que defolian la planta rápidamente y se pueden mantener durante todo el ciclo del cultivo. Los chinches se presentan por épocas y por regiones. Últimamente cada 10 años se presentan virus de sogata (transmite virus de la hoja blanca del arroz), los chinches afectan el grano y permiten la entrada posterior de patógenos que deterioran la calidad del grano. En el cultivo de la caña de azúcar, los insectos de mayor incidencia se están controlando en buena medida con control biológico. ??Enfermedades: La pyricularia en el sistema de secano en el Llano (Meta) afecta la producción entre un 50 a 100%. El manejo inadecuado del problema ha deteriorado los ciclos de aplicación de fungicidas. Para estos eventos se aconseja implementar un manejo integrado de plagas, que consiste fundamentalmente en 3 pasos: Evaluación de los niveles de ataque y riesgo, decisión sobre la necesidad de controlar la plaga o de cambiar el manejo de la misma, comparación de los niveles de daño con los establecidos como indicativos. En síntesis, el uso promedio de plaguicidas en el cultivo de arroz es de 8.7 Kg./L/ha. Los herbicidas son utilizados para las llamadas “quemas químicas”, en preemergencia, post-emergencia y control de hoja ancha-cyperaceas donde se utilizan dosis promedias de 14.4 kg./L/ha. Los insecticidas se utilizan para plagas del suelo, plagas de follaje y control de chinches con dosis promedia de 7.5 kg./L/ha y los fungicidas se utilizan en promedio 4.2 Kg./L/ha. (Según información de CORPOICA). Las principales enfermedades en el cultivo de la caña de azúcar son: Roya, Carbón, mosaico y el raquitismo de la soca. Estas se manejan con mejoramiento de las variedades mediante aumento de la resistencia genética.

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??Cosecha: La práctica de la recolección de la cosecha en los sistemas riego y secano mecanizado en el país es mecanizada mediante el empleo de cosechadoras combinadas, los cuales cortan y benefician el arroz paddy a granel o en sacos. La etapa de cosecha y de beneficio de la caña (conjunto de operaciones tecnológicas posteriores al corte de la caña que conducen a la producción de azúcar) se asocia con periodos de sequía. En época lluviosa se pierden contenidos de sacarosa. Impactos producidos Las condiciones del suelo se han venido modificando con la aplicación insumos químicos (como correctivos y fertilizantes), la incorporación de residuos de cosechas y la condición anaeróbica de suelos cultivados con arroz riego (generando progresivas degradaciones por cambios estructurales y microbiológicos en el suelo). La inundación produce efectos en el suelo aumentando el pH y disminuyendo el aluminio intercambiable, para lo que se utiliza cal como neutralizador. Se aplica nitrógeno dependiendo de la respuesta que dé el cultivo. El fósforo debe aplicarse antes o en el momento de la siembra. En los Llanos, en el sistema secano, se debe tener en cuenta la susceptibilidad de las plantas de arroz al aluminio. En el agroecosistema del Tolima, los elementos como el fósforo, cobre, zinc y boro son los más deficientes

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ANEXO No. 2

VARIABLES DE BALANCE, DE CONTEXTO E INDICADORES Variables de entrada en un proceso productivo agrícola Variables de entrada Tipo de variable Unidad de medida Físicas

Ubicación geográfica Contexto Coordenadas Geográficas (°) o planas (Km.)

Clima Radiación solar Balance Calorías/cm2/min Temperatura del aire Contexto ° Celsius o centígrados Temperatura del suelo Contexto ° Celsius o centígrados Precipitación Contexto mm que equivale a

1litro/m2 Consumo de agua Balance mm/año Suelos Area cosechada Contexto Hectáreas Pendiente Contexto % Fertilidad Contexto % o cualitativa Culturales Antecedentes históricos de las regiones cultivadas

Contexto

Modelo de desarrollo predominante Contexto Población humana ocupada Balance # horas-H/ha. año Tenencia de la tierra Contexto Concentración de la propiedad del suelo

Contexto % área apropiada/área total

Maquinaria agrícola Potencia Balance Caballos de fuerza, HP/ha Animales utilizados Balance #horas-A-/ha.año Insumos químicos utilizados Fertilizantes Balance Kg./ha o l/ha Simples (N,P,K) Contexto Kg./ha o l/ha Compuestos Contexto Kg./ha o l/ha Plaguicidas Balance Kg./ha o l/ha Insecticidas Contexto Kg./ha o l/ha Herbicidas Contexto Kg./ha o l/ha

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Fungicidas Contexto Kg./ha o l/ha Variables de salida en un proceso productivo agrícola Variables de salida Tipo de variable Unidad de medida Biomasa total Balance Kg o Toneladas Biomasa comercial Balance Kg o toneladas Biomasa restante Balance Kg o toneladas Cambio en la calidad de los recursos naturales

Calidad del agua Contexto DBO5; DQO Calidad del suelo Contexto Cambio de Estructura,

Cambio de textura y cambio en fertilidad

Calidad del aire Contexto Contaminación sonora (decibeles), contaminación olora (cualitativo), emisiones de gases (concentración en función del tiempo)

Calidad de vida humana Contexto Indice de bienestar humano sostenible

Cambios estructurales en la actividad

Contexto Efectos en la actividad a partir de los modelos de desarrollo que predominan

Competitividad de los productos agrícolas

Contexto Costos de producción vs precios de mercado

Eficiencia cultural Indicador Salidas útiles/entradas culturales

Eficiencia Ecológica (Relación insumo/producto en términos energéticos)

Indicador Salidas útiles/energía total que entra al sistema

Eficiencia energética de primera ley

Indicador ? 1ª. Ley = (Ei-Ep)/Ei (**)

Eficiencia energética de segunda ley

Indicador ? 2ª. Ley = (Ei - Emin)/Ei (***)

Eficiencia económica Indicador Rentabilidad

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Equidad distributiva Indicador Acceso de la población a los factores productivos y a la producción

(*) Los indicadores resultan al comparar las variables de entrada con las variables de salida. (**) Donde Ei: es la energía total invertida en el sistema = Enat + Eantrop Enat: Es básicamente energía solar; Eantrop: Es la energía antrópica (que la conforman la Energía humana, animal, mecánica y formas de energía química). (***) Donde Ei es la energía realmente invertida; Emin: Es la energía mínima con la que se desarrollaría la actividad

ANEXO No. 3

LISTADO DE CONVERSION DE UNIDADES Longitud 1 metro (m) =100 centímetros (cm) 1 kilómetro (km.) =1000 metros 1 centímetro (cm) =10 milímetros (mm) 1 metro (m) = 1000 milímetros (mm) Area Métricas 1 metro cuadrado (m2) =10 000 cm2 1 centímetro cuadrado (cm2) =100 mm2 1 hectárea (ha) =10 000 m2 = 0.01 km2 Volumen y capacidad Métricas 1 metro cúbico (m3) =1000 000 cm3 = 1000 litros (l) 1 kilómetro3 =1000 000 000 m3 1 litro (l) = 1000 mililitros (mL) = 1000 cm 1 mililitro (mL) = 0.001 L = 1 cm3 Inglesas/métricas 1 pié cúbico = 28317 cm3 = 0.0280317 m3 = 28.3 L 1 galón = 3.773 L Masa (Peso) Métricas 1 kilogramo (kg) = 1000 gramos (gr)

96

1 gramo (g) = 100 miligramos (mg) 1 tonelada métrica (t) = 1000 kilogramos (kg) Energía (y calor) 1 joule (J) = 0.2290 calorías (cal) 1 kilojoule (kJ) = 1000 J = 239 cal = 0.2390 kcal 1 caloría (cal) = 4.184 J = 0.001 kcal 1 Kilocaloría (kcal) = 4184 J = 4.184 kJ = 1000 cal 1 watio-hora (W.h) = 3597 J = 860 cal = 0.86 kcal 1 kilowatio-hora (kW.h) = 1000 W.h = 3597 kJ = 860 kcal 1 Tonelada equivalente de petróleo (TEP) = 7.33 BOE = 4.1868* 1010 J 1 Tcal = 4.1868 * 1012 J 1 Barriles de petróleo (BOE) = 5.7119 * 109 J 1 kWh = 3.6000 *106J 1 MJ = 0.2778 kWh 1 kJ = 0.9478 Btu 1 TEP = 0.977 toneladas de petróleo crudo = 0.939 toneladas de gasolina = 0.947 toneladas de kerosene = 0.949 toneladas de jet fuel = 2.257 toneladas briquetas de carbón = 1.54 Toneladas equivalentes de carbón = 1113 metros cúbicos de gas natural = 6.85 Barriles de petróleo (BOE) Inglesas 1 british thermal unit (Btu) = 1.0537 kJ = 0.2519 kcal = 0.2941 W.h 1 kilojoule (kJ) = 0.949 Btu 1 kilocaloría (kcal) = 3.97 Btu 1 kilowatio-hora (kW.h) = 3 400 Btu 1 Horse Power (HP) = 746 W 1 kWh = 1.35 HP 1 kWh = 860 Kcalorías 1 kW = 1000 W 1 MW = 106 W 1 TW = 1012 W 1 cal/s = 4.1868 W 1 kcal/s = 4.1868 kW 1 kcal/h = 1.1630 W

97

ANEXO No. 4

METODOLOGIAS ALTERNATIVAS PARA CUANTIFICACIÓN DE ALGUNAS VARIABLES

ANALISIS ENERGETICO DEL RECURSO SUELO (Xsue) La energía agregada a una unidad de suelos en equivalentes solares (ES), es la cantidad de energía solar en kilocalorías que ha sido utilizada en la creación de la unidad de suelos. Para calcular la energía incorporada en los suelos es preciso conocer: La radiación solar que un área agrícola recibió por unidad de tiempo unido a la cantidad de suelos generados en ese mismo tiempo. Para estimar la tasa de formación de los suelos se puede asumir igual a la tasa de erosión natural de los mismos (erosión libre de la actividad antrópica). La Energía agregada al suelo viene dada por la siguiente ecuación: EES = SFVA; Donde: EES = La energía agregada en una unidad de suelo agrícola, en equivalentes Solares (ha-1 * m-1 ) S = La cantidad de radiación solar, en Calorías m-2 año -1 F = Es el recíproco de la tasa de formación de los suelos, en m . año-1 V = El volumen de suelos, en m3. ha-1

A = El área de suelos cultivados, en hectáreas

98

El contenido calórico en equivalentes de calor (EC) no está presente en la energía agregada de los suelos. El contenido calórico principal de los suelos se encuentra en la materia orgánica. El contenido de calor se estima como si fueran quemadas en una bomba calorimétrica con la siguiente ecuación: EEC = KOBVA Donde: EEC: Es el total de calorías en equivalentes de calor K : Una constante empírica (por Reagan, 1977, es 5.4 calorías * gr-1 de Materia orgánica O: Relación entre el peso de la materia orgánica y el peso total de los Suelos B: Densidad aparente de los suelos, en gr. m3 V: Volumen de suelos, en m3. ha-1 A: Area en hectáreas. Para calcular el factor de calidad se divide el total de equivalentes solares (EES) por el total de equivalentes de calor (EEC) METODOLOGIA DE CALCULO DE Xrg (SISTEMA DE BOMBEO) Robert Hart, (op. Cit.) para calcular la cantidad de energía utilizada en un sistema de bombeo, se basa en la energía utilizada por la bomba de agua. La energía de la bomba es una función del volumen de agua utilizada, el modelo del sistema, la diferencia entre la elevación de la fuente de agua y el área bajo riego. La ecuación es la siguiente:

PE = K ADH Ei Ep Donde: PE: Energía que requiere la bomba K: Factor de conversión que depende de las unidades utilizadas A: Area bajo riego D: Profundidad neta de riego H: Carga de la bomba La sumatoria de las diferencias entre elevación, la tensión de Operación del sistema, fricción y pérdidas. Ei: Eficiencia del sistema de riego o el porcentaje del agua aplicada Que ha sido guardada en la zona radicular de la planta, expresada En porcentaje.

99

Ep: Eficiencia de la bomba, expresada en porcentaje. Con la introducción de un sistema de riego, se incrementa la cantidad de energía directa aproximadamente 10 veces. La energía requerida para utilizar un sistema de riego incluye la energía del mantenimiento y la energía necesaria para trabajar el sistema. METODOLOGIA ALTERNATIVA PARA CALCULO ENERGETICO DE LA VARIABLE, Xag Otra manera de convertir un volumen de agua a un valor energético es a través de la ecuación propuesta por Hart48así: Se mide el volumen de agua en m3 en una hectárea cultivada de un metro de profundidad (m3/ha-m). Un litro de agua tiene 7.57 equivalentes de hidrocarburos. Con base en ello, Xag (en equivalentes de hidrocarburos) = Cantidad de agua (m3/ha-m) * factor de conversión * 7.57 equivalentes de hidrocarburos por litro de agua CALCULOS DE ENERGIA EN PLAGUICIDAS (Xplag) Leach y Slesser (1973), citados por Robert Hart determinaron la cantidad de energía de los plaguicidas, teniendo en cuenta los procesos necesarios para hacer el producto; con este método establecieron las siguientes cantidades de energía por plaguicida: DDT: 101.5 MegaJoule. Kg-1; para 2-4D: 94.2 MJ. kg-1 Green y McCullock citados por Robert Hart, calcularon los requerimientos directos de energía para algunos herbicidas: MCPA: 130 MJ . kg-1 Diurón: 270 MJ . kg-1 Atrazine: 190 MJ . kg-1 Triuflurolin: 150 MJ . kg-1 Paraquat: 460 MJ . kg-1 METODOLOGIA DE CALCULO DE ENERGIA EN LA BIOMASA, (Yt)

48 Hart, Robert D. Una metodología para analizar sistemas agrícolas en términos energéticos.

100

La biomasa en un sistema natural y agrícola se considera como la energía agregada en el sistema. La biomasa se expresa en peso seco (Kg). Para evaluar la productividad y la biomasa el dato más importante es el rendimiento. El rendimiento representa una fracción de la biomasa. Para convertir la biomasa a términos energéticos se multiplica el rendimiento de los cultivos (en peso seco) por los siguientes equivalentes de energía, basados en medidas de la bomba calorimétrica (Whittaker, 1975): Plantas de tierra: 4.25 calorías. gramo-1 (en peso seco) Plantas acuáticas: 4.4 calorías. gramo-1 Plancton: 4.9 calorías. gramo-1 Animales: 5.0 calorías. gramo-1 Yt = Rendimiento (en kg) * factor de conversión a peso seco * factor de conversión en términos energéticos (4.25 calorías) *1000 METODOLOGIA PARA DIMENSIONAR ALMACENAMIENTO DE PLAGUICIDAS EN EL SUELO (As)

Variable Efecto intermedio Nivel de Almacenamiento en el suelo

Suelo con alto contenido de arcillas

Aumenta la capacidad de adsorción del suelo

Alto

Incrementos en la bioactividad, aumentando la degradación de

plaguicidas

Bajo Un alto nivel de materia orgánica, puede generar:

Aumentos en la adsorción de

plaguicidas a las partículas de la materia orgánica del suelo

Alto

En suelos con texturas arenosas

Aumenta la percolación de los plaguicidas

Bajo

A menor temperatura ambiente

Menor degradación de plaguicidas

Alto- medio

Un suelo saturado de agua (condición

anaerobia)

La concentración de Oxígeno es nula, entonces pueden

degradarse menos los plaguicidas

Alto

Una alta solubilidad de los químicos

Genera permanencia en los suelos, de compuestos con altas

presiones de vapor

Alto

Un insumo químico persistente

Se refiere al tiempo que requiere un plaguicida para que su

concentración se reduzca a la

Alta

101

mitad Cuando un plaguicida se incorpora en el suelo, su residualidad al cabo de un año, suponiendo que es almacenado en el suelo, puede expresarse, en forma aproximada de la siguiente manera49: R = D (1 - I) R = D P R: Es la cantidad de plaguicida en el suelo (kg/ha) D: Es la dosis inicial recibida por el suelo en kg/ha I : Es el porcentaje de inactivación P: Es el porcentaje de persistencia anual Si no se efectúa ningún otro tratamiento al año siguiente, al cabo de dos años su concentración aproximada en el suelo será: R = D - I2 Con aplicaciones consecutivas anuales, la cantidad de plaguicida que se acumulará en el suelo al cabo de n años es: R = D I (1-In) (1 - I ) Con base en esta fórmula para una dosis constante se ha observado en campo: ??Para porcentajes de inactivación menores al 50%, el almacenamiento y la

acumulación alcanza niveles altos ??Para porcentajes de inactivación mayores al 50%, el almacenamiento y la

acumulación nunca alcanza el doble de la dosis anual y es prácticamente despreciable.

Se debe tener en cuenta que la inactivación en un semestre no es la mitad de la inactivación anual; es decir, no se puede deducir lo que ocurre en un periodo con base en lo correspondiente a otro periodo. Con respecto a los metales pesados, una vez que el plomo llega al suelo permanece allí indefinidamente, una gran proporción. Sólo una pequeña cantidad es transportada por la lluvia. FACTORES DE EMISION POR APLICACIÓN DE FERTILIZANTES (según EPA) 49 Instituto Tecnológico Geominero de España, ITGE, (1992). Las aguas subterráneas y los plaguicidas, Madrid, página 53

102

Estos factores se expresan usualmente como el peso del contaminante / unidad de peso, volumen, distancia o duración de la actividad que emite el contaminante por ejemplo kg de partículas emitidas por megagramos de carbón quemado. En muchos casos estos factores son simplemente promedios de todos los datos disponibles de calidad aceptable y se asumen como representativos de promedios de largo plazo. La función de los fertilizantes en la agricultura es la de suplir nutrientes esenciales para el desarrollo de las plantas; para lo cual existen 16 elementos esenciales: ??3 de ellos: Carbón, hidrógeno y oxígeno se suplen de la atmósfera o el agua ??Los trece restantes: Nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, sulfuro,

cobre, zinc, boro, manganeso, hierro, cloro y molibdeno; son suplidos a través del recurso suelo. Las concentraciones de algunos de estos elementos son limitadas en algunos suelos por tanto deben ser suplementados por fertilizantes.

El material particulado y las emisiones al aire son generadas por la aplicación de nutrientes como fertilizantes o residuos de animales. Las emisiones pueden ser inmediatas (ocurriendo durante o al poco tiempo despues de la aplicación) y latentes (ocurren días o semanas despues de la aplicación). Cuatro posibles fuentes de emisiones incontroladas han sido observadas en los procesos de aplicación de fertilizantes; las fuentes son: ??Reacciones del suelo con los fertilizantes aplicados generando incrementos en

las emisiones gaseosas incluyendo Monóxido de nitrógeno, NO, Oxido de nitrógeno, N2O, Acido nítrico, NH3, y dióxido de azufre, SO2.

??Volatilización de los fertilizantes inmediatamente tras la generación de emisiones incluyendo NH3 y los fertilizantes por sí mismos

??Efectos en el suelo creando emisiones de material particulado con constituyentes que llegan a ser airborne (soporte del aire)

??Volatilización de los fertilizantes inmediatamente encima del remolque, generando emisiones gaseosas incluyendo NH3 y los fertilizantes.

Estudios científicos recientes discuten los mecanismos biológicos para emisiones de NOx del suelo y las evidencias muestran que esencialmente más del 90% de las emisiones de NOx se encuentran en la forma de NO y pequeñas en la forma de NO2. La formación de No2 ocurre a través de la rápida oxidación del NO por el ozono presente en el suelo o en el aire inmediatamente arriba de la superficie del suelo. Esta no es una evidencia concluyente de que cantidades apreciables de NO2 se estén formando directamente en el suelo.

103

Los factores de emisión no están disponibles en el corto plazo para material particulado. Un número de elementos pesados como contaminantes peligrosos del aire (1990) tienen que identificarse en suelos tratados con fosfatos, nitrógeno, estiércol de ganado y podrían llegar a ser polvos fugitivos. Estos elementos son: cadmio, mercurio, níquel, selenio, cromo, manganeso, plomo y cobalto. Algunos de estos elementos también ocurren naturalmente en algunos suelos. Es necesario investigar la cantidad de fertilizante y de estiércol que contribuye a soportar el aire como elemento pesado. La EPA solamente desarrolla factores de emisión para fertilizantes nitrogenados, que se basan en equivalentes de nitrógeno aplicados al suelo. Estos factores sufren cambios temporales y variabilidad espacial por varios factores: Tipo y composición del suelo, propiedades del suelo tales como la humedad contenida, pH y la temperatura ambiente. Estos factores generan amplias diferencias en las emisiones de un sitio a otro, día a día. Por consiguiente, los factores de emisión de la EPA deben usarse con precaución porque los datos de 15 estudios usados para desarrollarlos son extremadamente variables. La variabilidad en parte se debe a la variedad de suelos, temperaturas y precipitación entre lugares y a diferencias en los procedimientos experimentales. No deberían ser deducidas de estos datos ya que en algun grado el control de emisiones podría resultar del uso de diferentes tipos de emisiones. La mejor manera para controlar las emisiones es a través del manejo de nutrientes. En otras palabras, la forma como se elijan los fertilizantes que se necesitan es la mejor forma de controlar las emisiones incontroladas por la aplicación de fertilizantes.

Equivalencias de nitrógeno contenido en fertilizantes químicos comunes (1)

Tipo de fertilizante Fórmula química

Nitrógeno contenido (2) (%

peso)

Nitrógeno contenido

equivalente (lb de fertilizante por lb

de N (3) Acido nítrico NH3 82.3 1.2

Urea CO(NH2)2 46.7 2.1 Nitrato de amonio NH4NO3 35.0 2.9 Sulfato de amonio (NH4)2SO4 21.2 4.7 Cloruro de amonio NH4Cl 26.2 3.8 (1) Equivalencias por químicos puros (2) Nitrógeno contenido (% peso)= Peso atómico del nitrógeno * 100%

Peso molecular del fertilizante (3)Es la cantidad de fertilizante (lb) para producir el equivalente de 1 lb de N aplicado. Para convertir las cantidades de Nitrógeno a cantidades de fertilizante, se multiplica las cantidades de nitrógeno por el equivalente en nitrógeno contenido.

Factores de emisión para aplicación de fertilizantes

104

Aplicación de fertilizantes PM-10 NH3 NO N2O Fertilizantes gaseosos

* Inyección -- Amoniaco NA 12 (a)

0.41 (b) ND ND

Fertilizantes líquidos * Inyección o banda profunda

-- Amoniaco en solución NA ND ND ND -- Urea (CON2H4) NA ND ND ND

--Nitrato de amonio (NH4NO3)

NA ND ND ND

-- Mezcla de nitrógeno (c) NA ND ND ND * Banda, fila y aplicación

broadcast (d)

-- Urea ND ND 140 (e) 10 (f) -- Nitrato de amonio ND ND 29 (e) 3.0 (g)

-- Mezcla de nitrógeno © ND ND ND ND -- Nitrato de Calcio

(Ca(NO3)2 ND NA 7.6 (h) 1.7 (j)

-- Nitrato de Sodio (NaNO3) ND NA 5.1 (k) ND -- Cloruro de amonio (NH4Cl) ND ND 58 (e) ND

-- Sulfato de amonio (NH4)SO4

ND ND ND 39 (m) 290 (n)

Fertilizantes sólidos * Aplicación esparcida (d)

-- Urea ND 260 ND ND -- Nitrato de amonio ND ND 240 160

-- Mezclas de nitrógeno ND ND ND -- Sin estiercol 16 -- Con estiercol 120

-- Sulfato de amonio ND ND 140 12

Fuente: EPA ND: No hay dato disponible NA: No aplicable Todos los factores de emisión se trabajan en términos de contaminante por tonelada de fertilizante aplicado (lb de contaminante/T N aplicado) (a) Volatilización inmediata (1-3 horas) despues de la aplicación; para convertirlo de

lb/ton a kg/Mg se multiplica por 0.5 (b) Emisiones fugitivas (6 a 9 horas) despues de la aplicación (c) Mezclas de fertilizantes donde el nitrógeno es el componente predominante (d) Emisiones latentes de reacciones del suelo

FACTORES DE EMISION POR APLICACIÓN DE PLAGUICIDAS (según EPA)

105

Las emisiones por el uso de los plaguicidas surgen por la naturaleza volátil de muchos de sus ingredientes activos, solventes y otros aditivos usados en sus formulaciones; cada vez se incorporan más compuestos orgánicos en los plaguicidas modernos. Las emisiones pueden resultar directamente durante la aplicación o despues de un tiempo a partir del suelo y la vegetación. Los compuestos orgánicos y el material particulado son las principales emisiones al aire por la aplicación de plaguicidas. Los parámetros que más influyen en la tasa de volatilización son la naturaleza de los ingredientes activos, las condiciones climáticas y la adsorción del suelo; teniendo mayor efecto el primero. La naturaleza de los IA depende de las propiedades físicas: la presión de vapor, la constante de Henry y la solubilidad en agua; y propiedades químicas incluyendo la adsorción de partículas del suelo, hidrólisis y otros mecanismos degradativos. La variedad en ingredientes activos, en métodos de aplicación y condiciones de campo y la limitada información sobre estos aspectos combinados limita el desarrollo de valores únicos de los factores de emisión. Los factores son expresados en kilogramos/Megagramo (kg./Mg) y libra/tonelada (lb/ton). Los factores de emisión no pueden estimarse más allá de 30 días, porque despues surgen los procesos de degradación (por ejemplo por hidrólisis o degradación biológica. Los factores de emisión calculados son aproximaciones usando las propiedades físicas de los IA. Metodología: ??La cantidad total aplicada de IA en los cultivos es calculada multiplicando el

porcentaje contenido de IA en la formulación por la cantidad total de formulación aplicada.

??La presión de vapor de los IA específicos entre 20 y 25°C, están contenidos en la tabla 9.2 2-1 (anexo)

??Finalmente la cantidad total aplicada de IA es multiplicada por el factor de emisión calculado. Estos factores no son aplicables a emisiones de usos fumigantes, porque estos productos líquidos o gaseosas son altamente volátiles y pueden ser rápidamente descargados a la atmósfera.

Ejemplo Estimar la cantidad de emisiones que genera la aplicación de 3,629 kg o 8,000 libras de Spectracide (nombre comercial): ??Hallar en la fórmula comercial el porcentaje de ingrediente activo y % de

ingrediente inerte y establecer la cantidad de IA aplicado:

106

Para el contenido de IA en la formula: % IA: 58%; entonces Cantidad de IA aplicado (en kg transformados a Mg) = Cantidad de formula comercial aplicada (en kg o lb) * % IA contenido 0.58 * 3,629 kg = 2,105 kg o 2.105 Mg de diazinon aplicado (IA) De la tabla 9.2.2-1 la presión de vapor de diazinón es de 6X10(-5). De la tabla 9.2.2-4 el factor de emisión para el IA con una presión de vapor entre 1x10(-6) y 1X10(-4) durante un intervalo de 30 días, despues de la aplicación es de 350 kg/Mg aplicados. Esto corresponde a una cantidad volatilizada de diazinón de 737 kg. Cantidad volatilizada de IA (en kg) = Cantidad de IA aplicado (en Mg) * Factor de emisión (en kg/Mg) Emisiones para el contenido inerte de la formula (II): Emisiones (en kg) = Cantidad aplicada de formula comercial (kg) * % inerte de la fórmula * % promedio de compuestos orgánicos volátiles (COV) contenidos en la posición inerte Emisiones totales = EIA + EII Factores de emisión

Factores de emisión (2) Rango de presión de vapor (mm Hg de 20 a 25°C) (1) Kg/Mg Lb/ton Aplicación en la superficie 1 x 10-4 a 1 x 10-6

> 1 x 10-4

350 580

700 1160

Incorporación al suelo < 1 x 10-6

1 x 10-4 a 1 x 10-6

> 1 x 10-4

2.7 21 52

5.4 42 104

(1) Ver tabla de referencia de las presiones de vapor de ingredientes activos específicos

107

(2) expresado como el equivalente en peso de los ingredientes activos volatilizados/por unidad de peso de los ingredientes activos aplicados OTRAS CONSIDERACIONES EN ANALISIS DE ALMACENAMIENTO Y DISIPACION DE LA ENERGÍA EN EL SUELO Las variables de soporte para el análisis del recurso son las interrelaciones entre las propiedades físicas y químicas del suelo, así: Textura Capacidad

de retención de nutrientes

Infiltración de agua

Capacidad de retención de agua

Labrabilidad Aireación

Arcillosa Alta Baja Alta Baja Baja Limosa Mediana Mediana Mediana Mediana Mediana Arenosa Baja Alta Baja Alta Alta Gredoso Mediana Mediana Mediana Mediana Mediana Fuente: Miller T.(1994). Ecología y Medio Ambiente. Grupo editorial Iberoamérica, página 344 Características que influyen en el contenido de nutrientes y en la erosión del suelo en ecosistemas terrestres naturales y de cultivo Factor abiótico Ecosistema Agrosistema Tasa de infiltración de agua Alta Baja Tasa de escurrimiento de agua Baja Alta Tasa de erosión del suelo Baja Alta Pérdidas por lavado o lixiviado Baja Alta Tasa de pérdida de minerales Baja Alta Materia orgánica en el suelo Alta Baja Temperatura del suelo Baja Alta Factor Biótico Ecosistema Agrosistema Diversidad estructural de las plantas

Alta Baja

Diversidad de especies animales y vegetales

Alta Baja

Potencial reproductivo de vegetales Alto Baja Fuente: Miller T.(1994). Ecología y Medio Ambiente. Grupo editorial Iberoamérica, página 347

108

ANEXO No. 5

APLICACIÓN DE MODELO AL CULTIVO ARROZ RIEGO EN COLOMBIA FICHA TECNICA

Las variables contenidas en el modelo, sus metodologías de cálculo, valores y fuentes de información para el cultivo de arroz son las siguientes: 1) Xrs1: Radiación ambiental (en Kcal/ha.año) Xrs1= Radiación promedia diaria anual (en kWh/m2) * 86x105 x PV x número de cosechas en el año Factor de conversión: de kWh/m2 a kcalorias/ha: 86x105

Periodo vegetativo: 120 días Número de cosechas al año: 2 Fuente: Programa Agroclimatología, IDEAM Metodológicamente se establece para cada zona agroecológica arrocera la radiación solar promedio diaria mensual y se determina el promedio anual (2) Xrs2: Radiación efectivamente tomada por la planta (en Kcal/ha.año) Xrs2 = Xrs1 * % tomado efectivamente por el cultivo En promedio, el Arroz (C3), toma entre 0,5 y 1% de radiación; se toma el promedio 0,75% Fuente: Programa Agroclimatología, IDEAM (3) Xag = Consumo real de agua en los cultivos (en kcal/ha.año) Xag = (Precipitación efectiva en el área de cultivo (m3/ha.año) + agua de riego utilizada(m3/ha.año)) * factor de conversión Precipitación efectiva en el área de cultivo (m3/ha.año) = Precipitación del área (m3/ha.año) *0.40 Conversiones

109

mm/año * 10 = m3/ha 1 m = 103mm 1 ha = 104m2 Supuestos El año corresponde a 240 días; La precipitación también se reduce a 240 días Precipitación efectiva = 40% de la precipitación total El uso de riego diario se supone de 15 horas Se estima uso de agua de riego de 2 litros/ ha.s 2l/sha * 60 seg/1min * 60 min/1hora * 15 horas/1 día * 240 días/1 año = 25,920,000 litros/ha.año = 25,920 m3/ha.año Se utiliza la energía potencial como medida de conversión energética Energía (kcal/ha.año) = (Consumo real (kg/ha.s) * 10 m/s2 * 10 m) * factor de conversión 1 día = 15 horas de riego = 900 min = 5400 s 1 año (240 días) = 3600 horas = 216.000 min = 12.960.000 s Consumo real (kg/s. ha) * 10 m/s2 * 10 m = Consumo real (J/s. ha) = Consumo real (W/ha) = Consumo real (W/ha)/1000 = Consumo real (kW/ha) * 3600 h/año = Consumo real (kWh/ha) * 860 kcal/1kWh = Consumo real (kcal/ha.año) (4) Xsue: Area cosechada Información municipal por departamento y zona agroecológica tomada del censo arrocero para 1999 (5) RN= Entrada de recursos naturales (kcal/ha.año) RN = Xrs2 + Xag Zonas agroecológicas

RN (kcal/ha.año) Xrs2: Radiación solar efectiva (kcal/ha.año)

Xag: Consumo real de agua (kcal/ha.año)

Santanderes 67,316,602 66,564,000 752,602 Llanos 70,456,274 69,660,000 796,274 Costa Norte 79,665,970 78,948,000 717,970 Centro 71,927,278 71,208,000 719,278 Bajo Cauca 64,168,719 63,468,000 700,719 Total 72,486,376 71,752,469 733,907

110

(6) Xeh: Trabajo humano (en kcal/ha.año) Xeh = Número de horas de trabajo humano/ha.año * potencia media humana Supuestos ?? Se suponen en promedio 31 jornales/ha. periodo vegetativo; repartidos así: Actividad Jornales/ha/pv Riego 7 Roedores y despalille 6,5 Administración 4 Control de insectos, plantas y enfermedades

3,5

Recolección y transporte

3,2

Fertilización 3 Asistencia técnica 2 Preparación del terreno 1 Siembra 0,8 Fuente: Estimaciones de técnicos de Oficina de Investigaciones Económicas de Fedearroz ** El periodo vegetativo = 120 días de desarrollo del cultivo + 10 días de recolección = 130 días *** Son 31 jornales/ha.130 días; o sea 62 jornales/ha.260 días al año (en 2 cosechas) **** Si un jornal equivale a 8 horas, entonces se utilizan 496 horas-H/ha.año *****La potencia media humana es de 75 W Aplicación Xeh = 496 horas H/ha.año *75 W = 37.2 kWh/ha/año Si 1 kWh = 860 kcalorías Xeh = 31,992 kcalorías/ha.año (7) Xean: Energía en trabajo animal; En este cultivo se supone que no hay trabajo animal (8) Xsem: Energía en semillas Xsem = Densidad de siembra (en kg/ha) * coeficiente (25 kcalorías/kg) Metodológicamente se analizaron 5 variedades utilizadas en las zonas agroecológicas, estableciendo las densidades de siembra promedio (en kg/ha) Variedades Santanderes Llanos Costa Centro Bajo Cauca

111

Norte Oryzica-1 170 170 170 170 170 Oryzica-3 160 160 160 Cica-8 150 150 150 150 Cica-4 165 165 Ir-22 180 180 180 180 Promedio 165 165 167 165 167 Fuente: Fedearroz (1988). El arroz colombiano. Ibagué, páginas 36-39 (9) XAN: energía animada (kcal/ha.año) XAN = Xeh + Xean + Xsem Zonas agroecológicas

XAN (kcal/ha.año)

Xeh (kcal/ha.año)

Xsem (kcal/ha.año)

Santanderes 36,117 31,992 4,125 Llanos 36,117 31,992 4,125 Costa Norte 36,117 31,992 4,175 Centro 28,212 24,087 4,125 Bajo Cauca 36,167 31,992 4,175 Total 32,643 28,503 4,140 (10) Xrg: Energía en riego (kcal/ha.año) Aproximadamente el 12.5% de las tierras cultivadas utilizan riego; y el 90% de este porcentaje utiliza riego por gravedad50; por ello se analiza solamente este sistema. De otra parte, se generaliza para las zonas, el supuesto de que en los distritos de riego para el cultivo de arroz se utilizan 2 litros/s.ha.51, con funcionamiento de 5,760 horas en el año. (11) Xfn: Energía en fertilizantes nitrogenados (kcal/ha.año) Xfn: Cantidad utilizada (kg/ha.año) * Coeficiente (8,580 kcal/kg) Dosis medias de Nitrógeno recomendadas para las regiones arroceras en Colombia Zona agroecológica Rango (kg

N/ha) Promedio (kg N/ha)

Santanderes 100-150 125 Llanos 90-120 105 Costa Norte 100-180 140 Centro 130-200 165

50 Marin, R. (1984). Estadísticas sobre el recurso agua en Colombia. Himat. Bogotá, pagina 159 51 Dato suministrado por la compañera Economista Marta Duarte de la Subdirección de Ecología Económica del IDEAM

112

Caquetá 90-120 105 Bajo Cauca 100-180 140 Fuente: Monómeros (1994). Fertilización en Colombia. El cultivo de arroz (12) Xfp: Energía en fertilizantes fosforados (en kcal/ha.año) Xfp = Cantidad utilizada (Kg/ha.año) * Coeficiente (3,310 kcal/kg) Dosis medias de P2O5 recomendadas para las regiones arroceras en Colombia Zona agroecológica Rango (kg

P2O5/ha) Promedio (kg P2O5/ha)

Santanderes 30-67 49 Llanos 60-115 88 Costa Norte (*) 30-67 49 Cesar < 30 30 Magdalena < 30 30 Centro 30-67 49 Bajo Cauca 30-67 49 (*) Excepto suelos de Cesar y Magdalena donde predominan suelos con alto contenido de fósforo Fuente: Monómeros (1994). Fertilización en Colombia. El cultivo de arroz (13) Xfk: Energía en fertilizantes potásicos (Kcal/ha.año) Xfk = Cantidad utilizada (kg/ha.año) * Coeficiente (2,287 kcal/kg) Dosis medias de K2O recomendadas para las regiones arroceras en Colombia Zona agroecológica Rango (kg

K2O/ha) Promedio (kg K2O /ha)

Santanderes 60-90 75 Llanos 90-120 105 Costa Norte (*) 30-60 45 Centro 60-90 75 Bajo Cauca 30-60 45 Fuente: Monómeros (1994). Fertilización en Colombia. El cultivo de arroz (14) Xf: Energía en fertilizantes (kcal/ha.año) Xf = Xfn + Xfp + Xfk Zonas agroecológic

Xf = Energía en fertilizantes

Xfn = Energía en fert.

Xfp = Energía en fert. fosforados

Xfk = Energía en fert.

113

as (kcal/ha.año) nitrogenados (kcal/ha.año)

(kcal/ha.año) potásicos (kcal/ha.año)

Santanderes 1,406,215 1,072,500 162,190 171,525 Llanos 1,432,315 900,900 291,280 240,135 Costa Norte 1,412,944 1,201,200 108,829 102,915 Centro 1,741,371 1,407,656 162,190 171,525 Bajo Cauca 1,466,305 1,201,200 162,190 102,915 Total 1,564,916 1,228,715 173,193 163,008 (15) Xplag1: Energía en insecticidas (kcal/ha.año) Xplag1 = Cantidad utilizada (kg/ha.año) * Coeficiente (22,000 kcal/kg) Xplag1 = 7.5 kg/ha.año * 22,000 kcal/kg (16) Xplag2: Energía en herbicidas (kcal/ha.año) Xplag2 = Cantidad utilizada (kg/ha.año) * Coeficiente (22,000 kcal/kg) Xplag2 = 14.4 kg/ha.año * 22,000 kcal/kg (17) Xplag3: Energía en fungicidas (kcal/ha.año) Xplag3 = Cantidad utilizada (kg/ha.año) * Coeficiente (22,000 kcal/kg) Xplag3 = 5.6 kg/ha.año * 22,000 kcal/kg (18) Xplag: Energía en plaguicidas (kcal/ha.año) Xplag = Xplag1 + Xplag2 + Xplag3 Zonas agroecológicas

Xplag = Energía en plaguicidas (kcal/ha.año)

Xplag1 = Energía en insecticidas (kcal/ha.año)

Xplag2 = Energía en herbicidas (kcal/ha.año)

Xplag3 = Energía en fungicidas (kcal/ha.año)

Santanderes 605,000 165,000 316,800 123,200 Llanos 605,000 165,000 316,800 123,200 Costa Norte 605,000 165,000 316,800 123,200 Centro 605,000 165,000 316,800 123,200 Bajo Cauca 605,000 165,000 316,800 123,200 Total 605,000 165,000 316,800 123,200 (19) Xmaq1: Energía en tractores (kcal/ha.año) Xmaq1 = Horas M- utilizadas/ha.año * potencia (66 kW) Velocidad: 5 km./hora = 5,000 m/hora Ancho de operación: 2 metros Eficiencia: 80%

114

Rendimiento = 5 X 103m/hora * 2 m * 0.8 * 1ha/104m2 = 0.8 has/hora = 1.25 horas/ha Xmaq1 = 66 kW * 12 horas/ha.año *factor de conversión = 681,120 kcal/ha.año (20) Xmaq2: Energía en combinadas (kcal/ha.año) Xmaq2 = Horas utilizadas/ha.año * potencia (111 kW) Velocidad: 5 km./hora = 5000 m/hora Ancho de operación: 4 metros Eficiencia: 80% Rendimiento = 5 X 103m/hora * 4 m * 0.8 * 1ha/104m2 = 1.6 has/hora = 0.625 horas/ha Xmaq2 = 111 kW * 2 horas/ha.año * factor de conversión = 190,920 kcal/ha.año (21) Xmaq3: Energía en aeronaves de fumigación (kcal/ha.año) Xmaq3 = Horas utilizadas/ha.año * potencia (185 kW) Velocidad: 110 millas/hora = 180,000 m/hora Ancho de operación: 14 metros Eficiencia: 60% Rendimiento = 151.2 has/hora = 0.4 min/ha Xmaq3 = 0.4 min/ha * 1 hora/60 min * 185 kW = 1.23 kWh/ha Se suponen 3 vuelos por cosecha; o sea 6 vuelos por año; en cada aplicación gasta 1.23 kWh/ha Xmaq3 = 1.23 kWh/ha * 6aplicaciones/año = 7.4 kWh/ha * 860 kcal/1kWh = 6,364 kcal/ha.año (22) Xmaq: Energía en maquinaria agrícola (kcal/ha.año)

115

Xmaq = Xmaq1 + Xmaq2 + Xmaq3 Zonas agroecológicas

Xmaq = Energía en maquinaria agrícola (kcal/ha.año)

Xmaq1 = Energía en tractores (kcal/ha.año)

Xmaq2 = Energía en combinadas (kcal/ha.año)

Xmaq3 = Energía en aeronaves de fumigación (kcal/ha.año)

Santanderes 878,404 681,120 190,920 6,364 Llanos 878,404 681,120 190,920 6,364 Costa Norte 878,404 681,120 190,920 6,364 Centro 878,404 681,120 190,920 6,364 Bajo Cauca 878,404 681,120 190,920 6,364 Total 878,404 681,120 190,920 6,364 (23) XIN: Energía inanimada (kcal/ha.año) XIN = Xrg + (Xfn + Xfp + Xfk) + (Xplag1 + Xplag2 + Xplag3) + (Xmaq1 + Xmaq2 + Xmaq3) Zonas agroecológicas

XIN: Energía inanimada (kcal/ha.año)

Xrg: Energía en riego (kcal/ha.año)

Xf: Energía en fertilizantes (kcal/ha.año)

Xplag: Energía en plaguicidas (kcal/ha.año)

Xmaq: Energía en maquinaria (kcal/ha.año)

Santanderes 3.880.339 990.720 1,406,215 605,000 878,404 Llanos 3.906.439 990.720 1,432,315 605,000 878,404 Costa Norte 3.887.068 990.720 1,412,944 605,000 878,404 Centro 4.215.495 990.720 1,741,371 605,000 878,404 Bajo Cauca 3.940.429 990.720 1,466,305 605,000 878,404 Total 4.039.040 990.720 1,564,916 605,000 878,404 (24) RC: Recursos culturales (kcal/ha.año) RC = XAN + XIN Zonas agroecológicas

RC: Energía cultural (kcal/ha.año)

XAN: Energía animada (kcal/ha.año)

XIN: Energía inanimada (kcal/ha.año)

Santanderes 3.916.456 36,117 3.880.339 Llanos 3.942.556 36,117 3.906.439

116

Costa Norte 3.923.235 36,117 3.887.068 Centro 4.243.707 28,212 4.215.495 Bajo Cauca 3.976.596 36,167 3.940.429 Total 4.071.683 32,643 4.039.040 (25) Xt: Entradas totales de energía al sistema (kcal/ha.año) Xt = RN + RC Zonas agroecológicas

Xt: Entradas totales de energía al sistema (kcal/ha.año)

RN: Entrada de recursos naturales (kcal/ha.año)

RC: Entrada de recursos culturales (kcal/ha.año)

Santanderes 71.233.058 67,316,602 3.916.456 Llanos 74.398.830 70,456,274 3.942.556 Costa Norte 83.589.205 79,665,970 3.923.235 Centro 76.170.985 71,927,278 4.243.707 Bajo Cauca 68.145.315 64,168,719 3.976.596 Total 76.558.058 72,486,376 4.071.683 (26) Yt: Energía en biomasa total (kcal/ha.año) Yt (en ton/ha) = 35 gr/m2.día * 120 días/ (106gr/ton) * 6 horas luz solar/día * 104m2/1ha = 252 ton/ha Yt (en kcal/ha.año) = Yt (en kg/ha) * coeficiente energético (27) Ycial: Energía en biomasa comercial (kcal/ha.año) Ycial (ton/ha) = 5.71 (arroz paddy verde); que se compone de las siguientes partes: Arroz excelso (60%): (Ycf)= 3.43 ton/ha*1000*3500 kcal/kg= 12,005,000 kcal/ha.año ?? Arroz cristal (9%): (Ycf) = 0.5139 ton/ha*1000*3500 kcal/kg = 1,799,000 ?? Granza (3%): (Ycf) = 0.1713 ton/ha * 1000 *3500 kcal/kg = 598,500

kcal/ha.año ?? Harina (7%): (Ycf) = 0.3997 ton/ha*1000 * 3500 kcal/kg = 1,400,000

kcal/ha.año ?? Cascarilla (20%): 1.14 ton/ha; de las cuales:

?? Secado de arroz en molinos (20%): (Yot): 0.20 ton/ha.año * 1000 * 3300 kcal/kg = 726,000 kcal/ha.año

117

?? Enmienda en suelos pesados, cultivo de flores (20%): (Yot): 0.20 ton/ha.año * 1000 * 3300 kcal/kg = 726,000 kcal/ha.año

?? Quema en campo (60%): (Yd): 0.7 ton/ha.año * 1000 * 3300 = 2,310,000 kcal/ha.año

?? Impurezas (1%): (Yd): 0.06 ton/ha * 1000 * 2200 kcal/kg = 132,000 kcal/ha.año

Ycial = Yot + Ycf + Yd Zonas agroecológicas Ycial: Energía en biomasa

comercial producida por el sistema (kcal/ha.año)

Santanderes 19.081.973 Llanos 18.424.698 Costa Norte 19.386.851 Centro 22.607.952 Bajo Cauca 17.738.087 Total 20.487.847 (28) Yr: Energía en biomasa que no se comercializa (kcal/ha.año) Y r (ton/ha) = Yt – Ycial = 246.29 (raíces, tallos, hojas) Yr (en kcal/ha.año) = 246.29 ton/ha * 1000* 2200 kcal/kg = 541,838,000 kcal/ha.año Esta cantidad corresponde a la retribución natural al suelo despues de un proceso productivo. Zonas agroecológicas Yrestante

(kcal/ha.año) Santanderes 541.838.558 Llanos 542.271.234 Costa Norte 541.637.860 Centro 539.517.446 Bajo Cauca 542.723.222 Total 498.855.156 (29) Yutil: Energía en biomasa útil (kcal/ha.año) De la biomasa comercial (Ycial) se deduce la biomasa útil (Y útil): Yútil = Yot + Ycf Yútil = (726,000 + 726,000) + (12,005,000+ 1,799,000 + 598,500 + 1,400,000) = 15,802,500 kcal/ha.año

118

(30) Ynoapr: Energía en biomasa no aprovechada (kcal/ha.año) Ynoapro = Yd Yd = 2,442,000 kcal/ha.año Zonas agroecológicas Yútil

(kcal/ha.año) Ynoapr: (kcal/ha.año)

Santanderes 17.294.822 2,386,674 Llanos 16.699.106 2.304.466 Costa Norte 17.571.146 2.424.807 Centro 20.490.571 2.827.685 Bajo Cauca 16.076.800 2.218.588 Total 18.569.027 2.562.513 (31) EUTIL: Energía útil (kcal/ha.año) EUTIL = Yutil (32) ENOAPR: Energía no aprovechada (kcal/ha.año) ENOAPR = Yd + At + Dt ENOAPR = Entradas totales (Xt) – Energía útil (Eútil) Zonas agroecológicas

Xt: Entradas totales de energía (kcal/ha.año)

EUTIL (kcal/ha.año)

ENOAPR (kcal/ha.año)

Sostenibilidad:

EUTIL-ENOAPR ENOAPR

Santanderes 71.233.058 34.589.646 36.643.412 -5.6% Llanos 74.398.830 33.398.210 41.000.620 -18.54% Costa Norte 76.170.985 35.142.290 48.446.915 -27.46% Centro 76.170.985 40.981.140 35.189.845 16.46% Bajo Cauca 68.145.315 32.153.600 35.991.715 -10.66% Total 76.558.058 37.138.058 39.420.001 -5.8%

119

(33) As: Almacenamiento de energía en el suelo Se utiliza el índice Gus para los plaguicidas utilizados en el cultivo, así: Herbicida (Producto cial)

Ingrediente Activo

Sorción en el suelo (Koc) (1)

Persistencia (t1/2 en el suelo) (1)

Indice Gus (1)

Goal 2EC Oxifluorfen 105 35 -1.54 Round up Glifosato 104 40 0 Ansar MSMA 105 50 -1.70 Gramoxone Paraquat 106 500 -5.40 Ronstar Oxadiazón 3200 60 0.88 Propanil Amida 200 2 0.51 Valor promedio -1.21 Insecticidas (Producto cial)

Ingrediente Activo

Sorción en el suelo (Koc)

Persistencia (t1/2 en el suelo)

Indice Gus

Furadán 3G Carbofurán 30 50 4.29 Lorsbán 2.5 Clorpirifos 6000 30 0.33 Nuvacrón Monocrotofos 1 30 5.91 Lorsban 4E Clorpirifos 6000 30 0.33 Karate H-cihalotrina 1.8 x 105 30 -1.85 Sistemin Dimetoato 20 7 2.28 Dimecrón Fosfamidón 5 20 4.29 Valor promedio insecticidas 2.23 Fungicidas (Producto cial)

Ingrediente Activo

Sorción en el suelo (Koc)

Persistencia (t1/2 en el suelo)

Indice Gus

Manzate Mancozeb 2000 70 1.29 Dithane Mancozeb 2000 70 1.29 Manzate Mancozeb 2000 70 1.29 Valor promedio 1.29 Valor promedio total 0.7625 (1) Cálculos realizados por Gustavo Coy, Químico del programa de Físicoquímica Ambiental del IDEAM (1) Indice propuesto por Gustafson D.I. (1989) Op. Cit en metodología; valores de Koc y t1/2 tomados de Weber J.B. (1994) Op. Cit. Con base en los rangos que determinan posibilidades de almacenamiento de plaguicidas en el suelo; es decir, Gus < 1.8; entonces son retenidos en el suelo

120

1.8 < Gus < 2.8; es impredecible a no ser que esté cerca de los extremos Gus > 2.8; no se almacenan en el suelo (34) Ay: Almacenamiento de energía en la biomasa vegetal Para esta variable no se cuenta con información cuantitativa (35) Aa: Almacenamiento de energía en la biomasa animal En el capítulo de análisis se recogen algunas informaciones al respecto (36) Ah: Almacenamiento de energía en la biomasa humana En el capítulo de análisis se recogen algunas informaciones al respecto (37) D1: Disipación de energía en el aire D11: Por factores naturales: Emisiones de metano (Kg) = Area cultivada (1 ha) * periodo vegetativo (120 días) * factor de emisión (kg/ha.día) Emisiones = 424.8 kg D12: Por factores antrópicos Emisión de N2O (en toneladas) = fracción que se quema (ton) * factor de emisión (ton de N2O/ton de materia seca) = 0.7 ton/ha.año * 0.69 = 0.483 toneladas Emisión de NOx (en toneladas) = fracción que se quema (ton) * factor de emisión (ton de NOx/ton de materia seca) = 0.7 ton/ha.año * Emisión de CO (en toneladas) = fracción que se quema (ton) * factor de emisión (ton de CO/ton de materia seca) = 0.7 ton/ha.año * NOTA: En esta investigación se supone que la biomasa en campo no se quema Por ello no se estiman estas emisiones. Estimación de emisiones de los plaguicidas (Según la EPA) ?? Estimación de los Ingredientes activos (dentro de los 30 días de aplicación) ?? E = cantidad de plaguicidas aplicados (27.5 kg/ha) * % de IA (0.58)= 16

kg/ha = 0.016 Mg * factor (442 kg/Mg) = 7.1 kg de IA ?? Estimación de las emisiones del ingrediente inerte: ?? E = Cantidad de plaguicidas aplicados (27.5 kg/ha) * % de II (0.42) = 11.5

kg/ha * factor (0.56 kg/Mg) = 6.5 kg de II ?? Emisiones totales por uso de plaguicidas = 7.1 + 6.5 = 13.6 ? 14 kg/ha

121

ANEXO 6

CONTEXTO SOCIAL DE LA AGRICULTURA ACTUAL La sociedad rural colombiana se encuentra muy vulnerada en cuanto a sus derechos políticos, civiles, económicos, sociales y culturales: Los signos de dicha vulnerabilidad promovida por diferentes actores son: ?? La violencia ha cambiado la estructura de la tenencia de la tierra, puesto que

ha desplazado forzosamente la población rural, de los cuales, el 65% eran propietarios de la tierra, el 7% arrendatarios, el 8% aparceros, el 6% colonos y el 14% restante trabajadores52. (Carlos, pagina 90)

?? Entre 1988 y 1995 la violencia disminuyó la población rural, especialmente los campesinos, entre 9.3% y un 6.2%.53

?? Se han aumentado los porcentajes de población bajo línea de pobreza: en 1995, era del 68.9% frente a un promedio urbano de 42.5% para el país y un promedio rural de 55% para América Latina.

?? Los indicadores de necesidades básicas insatisfechas y el de condiciones de vida, han ido progresando. El gasto gubernamental social en el sector se ha disminuido.

?? La tendencia a la concentración de la propiedad de la tierra: En 1996 los propietarios de menos de 10 hectáreas eran el 78% con el 8% de la tierra. Por su parte, los que tenían más de 500 hectáreas fueron el 0.35% de los propietarios con el 44.63% de la tierra. Este fenómeno genera control político y económico en las regiones y a la vez se refuerza con más violencia.

?? El modelo de desarrollo y la cultura política del país ha contribuido a consolidar en buena medida un uso ineficiente del suelo; ya que sólo se utiliza el 24% del suelo en actividades agrícolas; en cambio en un 232% se sobreexplota el suelo en actividades ganaderas (El inventario de ganado bovino aumentó 53.6% en 1998 (25,279,200 cabezas) con respecto a 1970 (16,459,200 cabezas)54. El cambio del uso del suelo en este caso, hacen parte de nuevas formas de poder, que excluyen de su pragmatismo e ideología los principios de eficiencia, equidad, democracia, participación social, etc.

?? En este momento el sector rural se encuentra seriamente subvalorado y vulnerado, con los cambios estructurales producidos en la actividad agrícola,

52 Tomado de Salgado C. Cuya fuente proviene de CODHES (1997). Boletín No. 6, Bogotá, marzo y CODHES (1996). “Consultoría para los derechos humanos y el desplazamiento”. Bogotá. 53 Salgado, C y Prada, Esmeralda (2000). Campesinado y protesta social. Colombia 1980-1995. CINEP 54 Balcázar, A. Vargas, A y Orozco, M. (1998). Del proteccionismo agrario a la apertura, ¿El camino a la modernización agropecuaria?. Misión rural, Volumen 1, IICA, TM editores, Bogotá.

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la cual no parece tener ninguna trascendencia pragmática en el marco político y económico del modelo de desarrollo colombiano.

?? Las relaciones en el sector rural son muy variables, “se tejen y destejen” valores, vínculos, instituciones, etc., cada vez afloran menos actores, los cuales buscan imponer sus valores, homogenizar identidades y entornos.

?? Existe un criterio político en el uso de la tierra para lograr y mantener un control territorial.

ANEXO No. 7

ENERGÍAS UTILES Y ENERGÍAS NO APROVECHADAS POR EL SISTEMA AGRICOLA (ENTROPIA)

Transformación y Salidas Entrada de materia y energía Utiles Entropía CO2 + Agua + Xrs2 Fotosíntesis - Energía

química Calor

Xag Metabolismo planta, humedad del suelo, almacenamientos

Calor Contaminación de aguas superficiales y subterráneas

Xsue Soporte físico y químico de la planta

Calor As (energía química); Ds: erosión, compactación, salinización, etc.

Xeh Trabajo concreto, abstracto Calor, Ah (energía química)

Xean Trabajo Calor, Ah (energía química)

Xsem Energía bioquímica Calor Xrg Energía mecánica

Energía potencial Calor

Xf Nutrientes para la planta- Energía química

Calor Emisiones (Xfn) Contamina el agua As

Xplag Energía química As, Ay, Aa, Ah D1, D2, D3 Calor

Xmaq Energía mecánica Calor Ds, As

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