INTRODUCCIÓN
Por el desconocimiento de las propiedades físicas del suelo y su relación con la compactación, se ha dificultado el manejo de factores importantes para la explotación de cultivos y la adecuada utilización del recurso suelo, por lo que se hizo necesario el estudio espacial de algunas propiedades y sus variaciones dependientes de la naturaleza geológica o del manejo y la mecanización que se le dé al suelo, la cual, es la provocada por cambios que ocurren en el tiempo y que son generados, en gran medida, por el manejo, debido al tipo de uso del suelo (Tasumi y Kimura, 2013).
Con el desarrollo de la teoría de las variables regionalizadas y su incorporación a los estudios de suelos, se han adquirido herramientas estadísticas que ayudan a evaluar la variabilidad espacial de sus propiedades (Jaramillo, 2012). Según Jaramillo et al. (2006) la misma se caracteriza por estudiar propiedades que adquieren valores diferentes, en dependencia de la ubicación y el espaciamiento entre las muestras utilizadas para caracterizarlas.
Cid et al. (2016) plantea que alrededor del 32% de la superficie cultivada de Cuba está ocupada por Vertisoles, en los que la variabilidad espacial de las mediciones de campo relacionada con el tipo de arcillas dominantes y el régimen hídrico, que provocan procesos de contracción - dilatación (Wilson y Cerana, 2004).
La compactación es el proceso mediante el cual las partículas de suelo son reorganizadas para decrecer el espacio poroso y llevar los granos a un contacto más cercano uno con otro, incrementándose así la densidad aparente (Nawaz et al., 2013). La resistencia a la penetración es un parámetro directamente relacionado con la compactación, es una medida indirecta de la fuerza que ejercen las raíces, a través del suelo para crecer, absorber agua y nutrientes Shen et al. (2016); siendo el tráfico de máquinas y equipos durante las labores de cultivo y las operaciones de cosecha la principal causa de compactación en suelos agrícolas según Botta et al. (2007), lo que implica un deterioro de la estructura que limita el crecimiento de las plantas y el rendimiento del cultivo (Campos et al., 2015).
Por lo antes expuesto el trabajo tiene como objetivo evaluar el efecto de la cosecha mecanizada sobre la variabilidad espacial vertical de la resistencia a la penetración en un agroecosistema cañero plantado sobre un Vertisol.
MÉTODOS
El trabajo se desarrolló en el año 2018 en áreas de la Empresa Azucarera Holguín, UEB Cristino Naranjo (perteneciente al municipio de Cacocum), UBPC Arroyo Blanco, Bloque 91, Campo 1 (con una extensión de 8.87 ha). El campo se encontraba plantado con la variedad C 86-503 sobre un Vertisol Pélico según (Hernández et al., 2014). La cosecha se le realizó a la cepa 2do retoño. Para la determinación de la variabilidad espacial vertical de la resistencia a la penetración se escogió el entresurco del campo, por ser esta área donde causa mayor efecto el tránsito de las combinadas cañeras durante la cosecha mecanizada. El campo se dividió en diez parcelas y se escogieron al azar las parcelas 4, 1 y 2. En cada parcela se escogió como sitio de muestreo el centro de la misma, trazándose un transepto de 1,60 m, que coincidió con la distancia entre los surcos de caña de azúcar, con cinco puntos de muestreo separados a 0,40 m donde se determinó la resistencia a la penetración antes e inmediatamente después de la cosecha mecanizada, la cual se realizó con una combinada cañera CASE 3000 sobre ruedas con un tractor YTO 1604 con remolque autobasculante.
Se utilizó un penetrómetro de impacto modelo IAA/Planalsucar-Stolf, con la masa impactadora de 4 kg regulada a 0.40 m de altura (Stolf et al., 1983). Los resultados fueron expresados en intervalos constantes de profundidad (0,02 m) hasta 0,40 m, para lo cual se utilizó el programa computacional de datos VBA-Excel propuesto por (Stolf et al., 2014).
Se realizó un análisis exploratorio de datos. Para la descripción univariada se utilizaron métodos numéricos (medidas de localización, de dispersión y de forma) y gráficos (histogramas y curvas de normalidad). Se realizó el análisis estructural (variogramas) de los datos, donde se determinó la semivarianza en función de la distancia y se realizó el ajuste del semivariograma experimental mediante modelos teóricos. Se realizó el krigeaje para obtener los mapas de isorresistencia. Se utilizaron los softwares Surfer 8 (Golden Software, Inc.) y SPSS 22.0. Se verificó el grado de dependencia espacial (GD) mediante el índice propuesto por Cambardella et al. 1994) y los índices de dependencia espacial (IDE) propuestos por Seidel y Oliveira (2016).
Para la clasificación del grado de compactación se utilizaron las categorías propuestas por Arshad et al. (1996), que se muestran en la Tabla 1.
TABLA 1.
Categorías de compactación propuestas por Arshad et al. (1996)
| Categorías | Resistencia a la penetración (MPa) |
|---|---|
| Extremadamente baja | < 0.01 |
| Muy baja | 0.01-0.1 |
| Baja | 0.1-1 |
| Moderada | 1-2 |
| Alta | 2-4 |
| Muy alta | 4-8 |
| Extremadamente alta | >8 |
Se determinó la humedad gravimétrica con el sensor NTHY-6 mediante muestreos en el surco y en el camellón.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Humedad gravimétrica
La Figura 1 muestra los valores de humedad gravimétrica antes y después de la cosecha mecanizada. Al comparar los valores de humedad gravimétrica, en el surco y en el camellón, antes y después de la cosecha mecanizada, no se encontraron diferencias significativas, lo que puede estar dado por el corto tiempo transcurrido entre un muestreo y el otro.
FIGURA 1.
Valores de humedad gravimétrica antes y después de la cosecha mecanizada.
Análisis exploratorio de datos
Los análisis de estadística descriptiva (análisis exploratorio de datos) de la resistencia a la penetración (RP) antes y después de la cosecha mecanizada se muestran en la Tabla 2. La media de la RP antes de la cosecha es de 2,89 MPa mientras que después de la cosecha es de 4,36 MPa, valores que muestran una alta compactación del suelo lo que inhibe el crecimiento de las raíces de cualquier cultivo (Nacci y Pla, 1991).
TABLA 2.
Estadística descriptiva de la resistencia a la penetración (MPa) antes y después de la cosecha mecanizada
Desv. estándar: Desviación estándar; C.V. Coeficiente de Variación.
Existe una mayor variabilidad expresada en los términos de coeficiente de variación (C. V.), de un 62,05% antes de la cosecha y de 41,74 % después de la cosecha; lo que puede estar dado por la alta heterogeneidad que presenta la resistencia a la penetración en el campo, influida por la zona de tránsito de la maquinaria agrícola y por las diferentes puntos de muestreo.
Los valores de la asimetría fueron cercanos a 0; antes y después de la cosecha mecanizada, sobre todo en el primer caso. Todas las distribuciones, que en general no presentan nunca simetría con algún valor, están sesgadas positivamente, al mostrar la cola de distribución hacia la derecha. Además, el comportamiento de la curtosis indica que la distribución normal de los valores de resistencia a la penetración antes de la cosecha mecanizada es más aplanada que después de la cosecha mecanizada. Ambas muestran un pico menos agudo (curtosis platicúrtica) que la distribución normal, al mostrar valores menores que 1 según Freixa et al. (1992), lo que indica que en las colas hay más valores acumulados que en las colas de una distribución normal. Según Glendell et al. (2014), la normalidad no es un requisito obligatorio para el análisis de datos geoestadísticos; no obstante, si los datos son normales permiten una comparación más confiable de los parámetros de los modelos y brinda estimaciones del Krigeaje con mejor ajuste.
En la Figura 2 se muestran los histogramas y las curvas de normalidad de la resistencia a la penetración antes y después de la cosecha. Mediante la clasificación de Arshad et al. (1996), se observa que antes de la cosecha mecanizada en 28 casos (26.67%), la resistencia a la penetración se clasificó entre extremadamente baja y baja, en 6 casos (5.71%) clasificó como moderada, 35 (43.33%) como alta y 36 como muy alta (34.29%).
FIGURA 2.
Histogramas de resistencia a la penetración antes y después de la cosecha mecanizada.
Después de la cosecha mecanizada, la cantidad de casos clasificados entre extremadamente baja y baja disminuyeron a 15 (para un 14.29%), no se encontraron valores de resistencia a la penetración que se pudieran clasificar como moderados. Dentro de la categoría de alta, se encontraron 10 valores (para un 9.52%) y 80 valores (76.19%) se clasificaron como muy alta. Por lo que, después del paso de la combinada cañera, existe una concentración de los valores de resistencia a la penetración hacia las categorías más altas. Según Martínez et al. (2017), los niveles de compactación se incrementan durante la cosecha por dos causas fundamentales, el peso de los equipos y su pase repetido.
Análisis estructural
En la Figura 3 se muestra el semivariograma experimental y teórico de los datos antes y después de la cosecha mecanizada. Se apreció que presentan diferencias estructurales de dependencia espacial, puesto que la semivarianza en ambos casos no es constante y se ajustan a modelos diferentes; antes de la cosecha, el modelo que más se ajustó fue el esférico y después de la cosecha el modelo gausiano.
FIGURA 3.
Semivariograma experimental y teórico de los datos antes y después de la cosecha mecanizada.
La Tabla 3 muestra los valores del análisis estructural de los semivariogramas antes y después de la cosecha mecanizada. Para el modelo exponencial se prevé que a un rango de 0,20 m de distancia entre puntos la semivarianza comienza a ser constante. En el caso del modelo gausiano en un rango de 0,32 m de distancia en el transepto toma valores constantes de semivarianza, esto se debe a que el tránsito de la maquinaría tienden a homogenizar las condiciones de compactación.
Según lo planteado por Cambardella et al. (1994), el grado de dependencia (GD) se considera para antes de la cosecha (44,95%) y después de la cosecha (37,5%), por lo que existe una moderada dependencia espacial, al encontrarse el GD en el rango de un 25-75%. El análisis del índice de dependencia espacial mostró que para el modelo esférico correspondiente al semivariograma de antes del pase de la maquinaria, es de 10,32%, según lo propuesto por Seidel y Oliveira (2016) se encuentra en el rango de 7 < IDE esférico ≤ 15%, por lo que la dependencia espacial se clasifica como moderada. Para el semivariograma después de la cosecha mecanizada ajustado con un modelo gausiano el cálculo del IDE tomó un valor de 25,2% ubicado en el rango IDE>20% se le atribuye por tener una fuerte dependencia espacial.
De forma general, estos resultados se corroboran con los de Monroy et al. (2017), donde encontró que la resistencia a la penetración (RP), medida a profundidades de 0 a 0,15 m y de 0,15 a 0,30 m tiene una dependencia espacial moderada.
TABLA 3.
Análisis estructural de los semivariogramas antes y después de la cosecha mecanizada
Krigeaje
A partir de los parámetros del semivariograma estimados mediante geoestadística clásica y mediante los parámetros de los modelos utilizados, se realizó la interpolación mediante Krigeaje puntual y se obtuvieron mapas de isorresistencia para antes y después de la cosecha mecanizada (Figura 3).
En el caso del krigeaje antes de la cosecha se estiman valores de resistencia a la penetración superior a 2,5 MPa a partir de los 10 cm de profundidad, valor que provoca un impedimento mecánico para las raíces del cultivo y por ende en los rendimientos del mismo. Se observa que el efecto de la resistencia a la penetración se manifiesta de forma heterogénea tanto de forma vertical a las diferentes profundidades estudiadas como en la horizontal en el transepto de 1,60 m, en el que tiende a aumentar en la parte central del transepto, que coincide con el área de camellón, con valores de RP que oscilan entre 3 y 4 MPa. Puede apreciarse también que la mayor resistencia a la penetración se encuentra en las profundidades intermedias, pues se encontró una disminución de dicho parámetro, después de los 0,30 m de profundidad. Lo que puede estar dado por el cambio de horizontes en el perfil del suelo, desde el horizonte A hacia el B, con un contenido de arcilla superior y, por ende, una mayor retención de agua en el suelo.
El krigeaje después de la cosecha mecanizada muestra valores de RP que van de 4-5 MPa en la mayor parte de terreno. Las capas compactadas están distribuidas homogéneamente a lo largo de todo el transepto. La resistencia a la penetración aumenta, a partir de los primeros 0,5 m de profundidad, principalmente en el centro del camellón. Al comparar los resultados obtenidos se aprecia que después del pase de la combinada cañera aumentan los valores de resistencia a la penetración y el espesor de las capas compactadas; lo que hace que los problemas de impedancia mecánica que afecta el desarrollo radicular del cultivo se manifiesten con más fuerza y más cercanos a la superficie.
FIGURA 3.
Mapas de isorresistencia (MPa).
La causa del aumento de la resistencia a la penetración en el centro del camellón está dada por ser la zona por donde transita con mayor frecuencia las ruedas de la maquinaria al realizar la cosecha, lo que coincide por lo planteado por Danfors (1994), donde expone que el desarrollo de condiciones físicas del suelo desfavorables es atribuido a diferentes factores, como el tráfico de vehículos durante las diferentes operaciones complementarias en el cultivo, la masa del tractor y los implementos agrícolas por unidad de área en contacto con el suelo agrícola; estas son las variables que tienen incidencia sobre el aumento de la resistencia a la penetración en diferentes horizontes del suelo.
CONCLUSIONES
Al comparar los resultados obtenidos se aprecia que después del pase de la combinada cañera aumentan los valores de resistencia a la penetración y el espesor de las capas compactadas; lo que hace que los problemas de impedancia mecánica que afecta el desarrollo radicular del cultivo se manifiesten con más fuerza y más cercanos a la superficie.
Antes de la cosecha mecanizada se obtuvieron valores de resistencia a la penetración que clasificaron como extremadamente bajos (6%) a muy altos (34,29%), los que aumentaron después del pase de la maquinaría con casos que clasificaron como muy altos (76,19%).
Hubo una redistribución de las zonas de compactación, con el incremento de la resistencia a la penetración por debajo de los 0,10 m de profundidad y la aparición de una capa continua compactada, a los 0,30 m de profundidad, con valores superiores a los 5,5 MPa.