INTRODUCCIÓN
Los crecientes problemas existentes en el mundo respecto a la disponibilidad de agua para diferentes usos, y en particular para el riego, hacen del uso eficiente del agua una dirección de trabajo priorizada en el sector agropecuario (Falkenmark, y Vincent, 2005).
Uno de los problemas que más agobia la humanidad es la falta de alimentos, energía y agua. Ello ha motivado que se generen nuevas tecnologías de riego con el objetivo de incrementar la eficiencia en el uso del agua y un menor consumo energético (Alonso, 2006).
Como consecuencia del cambio climático, nuestros recursos naturales están siendo afectados, el agua entre ellos.
La agricultura utiliza el 70% del agua disponible; entre 1996 y el 2030 se incrementará en un 27% las tierras bajo riego, para el mismo período, el uso de agua para riego sólo aumentará un 12%.
Manifiestan Chipana y Osorio (2007), que el regadío en muchos países es un arte tan antiguo como la civilización, pero para la humanidad es una ciencia, la de sobrevivir, y para ello deberá adaptarse a la nueva situación, hay una urgente necesidad de mejorar la eficiencia en el uso del agua y la energía, además de incrementar la producción de los cultivos bajo riego.
En la actualidad se afronta una seria crisis del agua, influida por el cambio climático que genera períodos de sequía o inundaciones temporales; el cambio climático está afectando el patrón de precipitaciones a nivel global (Bueno de Mezquita, 2003). Cuba no está exenta del fenómeno del cambio climático, los estudios realizados sobre su influencia en la disponibilidad de las aguas indican que las condiciones de sequía pueden incrementarse (González, 2004).
El efecto del agua sobre el rendimiento de los cultivos ha sido estudiado por diversos investigadores, al respecto, González et al. (2016), han reportado en las condiciones de Cuba diferencias entre los cultivos y la variabilidad climática.
La eficiencia del riego debe asociarse no solo al uso del agua sino también al uso de la energía utilizada para el bombeo del agua (Martínez, 2017).
El riego agrícola en Cuba se realiza en gran medida con el empleo del bombeo, para lo cual la fuente de energía utilizada es básicamente la energía eléctrica suministrada por el Sistema Electro energético Nacional (SEN) y que proviene de las termoeléctricas con significativo consumo de combustible, se espera por tanto que la energía utilizada en esta actividad se refleje en resultados productivos satisfactorios.
En la Unidad Productiva UBPC Victoria II perteneciente a la Empresa Agropecuaria Camagüey del Ministerio de la Agricultura (Minag) en la provincia Camagüey se posee una importante infraestructura de riego, sin embargo, los resultados productivos obtenidos durante los últimos años indican una baja productividad del agua lo cual influye en una baja eficiencia energética.
Es por ello que el presente trabajo tiene como objetivo la evaluación de la eficiencia energética en la actividad de riego en la UBPC Victoria II.
MÉTODOS
Se tomó como referencia la UBPC Victoria II perteneciente a la Empresa Agropecuaria Camagüey, cuya actividad fundamental es la producción de viandas, hortalizas y granos, dicha UBPC cuenta con un área agrícola de 210,0 ha y un área de riego de 157,1 ha distribuidas por técnicas de riego de la siguiente manera: máquinas de pivote central (74,4 ha); riego por aspersión (82,7 ha).
Los suelos predominantes son clasificados como Fersialítico pardo rojizo típico y Oscuro plástico no gleyzado, y sus características hidrofísicas se resumen en la Tabla 1 (Montejo, 2007).
TABLA 1.
Propiedades hidrofísicas de los suelos predominantes
Leyenda: Pr. Profundidad; DA. Densidad aparente; P. Porosidad; CC. Capacidad de Campo; Cm. Coeficiente de Marchitez; Vi. Velocidad de infiltración
El sistema de riego de la UBPC Victoria II incluye una Estación de Bombeo Principal que abastece un embalse regulador y desde este el agua llega por gravedad a las áreas de riego, disponiendo de 9 estaciones de bombeo que abastecen las máquinas de riego y sistemas de riego por aspersión, o sea, existe un doble bombeo desde la fuente de abasto de agua hasta el área de riego.
En la Tabla 2 y la Figura 1 se muestran los componentes de la infraestructura disponible para la actividad de riego.
TABLA 2.
Infraestructura de la actividad de Riego
| Descripción | Cantidad |
|---|---|
| Máquinas de pivot eléctricas | 6 |
| Sistemas de riego por aspersión | 3 |
| Estaciones de bombeo eléctricas | 10 |
FIGURA 1.
Características de la infraestructura de riego disponible.
Las características de las Estaciones de Bombeo son las siguientes (Tabla 3):
TABLA 3.
Parámetros de las Estaciones de Bombeo
| Estación de Bombeo | Gasto (L/s) | Carga (m) |
|---|---|---|
| Principal | 75 | 22 |
| Pivot 1 | 16 | 34 |
| Pivot 2 | 16 | 35 |
| Pivot 3, 4, 5 | 16 | 36 |
| Pivot 6 | 16 | 37 |
| S/R aspersión 2A | 68 | 46 |
| S/R aspersión 2B | 45 | 39 |
| S/R aspersión La Isla | 40 | 47 |
Con vistas a precisar la eficiencia del proceso de riego se efectuaron evaluaciones de la calidad del riego (ISO 11545:2001, 2007). La Uniformidad del Riego se determinó según la ecuación de Heermann y Hein en las máquinas de pivot según la ISO 11545:2009 (2011), para máquinas de riego y la ISO 15886-3 (2004), para sistemas de riego por aspersión. Se realizó el monitoreo del comportamiento del riego y los resultados productivos obtenidos durante el año 2017 en el cultivo del frijol por ser el más representativo en la Unidad Productiva, esto permitió incluir en la valoración a todos los sistemas de riego.
Considerando el número de riegos efectuados, el tiempo de riego aplicado según las normas de riego, así como el tiempo de bombeo y el rebombeo utilizado durante el proceso productivo en todo el ciclo del cultivo del frijol, se calculó el consumo de energía en dicha actividad. Relacionando el consumo de energía en cada sistema con los rendimientos agrícolas obtenidos se obtuvo la productividad de la energía utilizada en el riego.
Para el cálculo de la Eficiencia Energética empleada en cada sistema de riego se tomaron como referencia los mejores resultados obtenidos en cada tecnología de riego, comparando con estos los resultados obtenidos en el resto de los sistemas de riego.
La humedad del suelo se monitoreó a través del Time Dormancy Reflectometry (TDR) el cual ha sido utilizado con buenos resultados en estudios similares efectuados por López et al. (2017), la velocidad del viento se determinó en el momento de la evaluación mediante anemómetro digital.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La aplicación del agua según las necesidades hídricas de los cultivos está íntimamente relacionada con las características de la tecnología de riego a emplear (Placeres et al., 2013; Cisneros et al., 2014).
La Figura 2 indica el proceso de evaluación de ambas tecnologías de riego, en la Tabla 4 se muestran los resultados.
FIGURA 2.
Evaluación de la calidad del riego.
TABLA 4.
Resultados medios de la evaluación de la calidad del riego
| Parámetro | U.M. | Tecnología de riego | |
|---|---|---|---|
| Máquina de pivot | Riego por aspersión | ||
| Eficiencia de Descarga | % | 72 | 64 |
| Uniformidad de Distribución | % | 68 | 56 |
En todos los casos los valores obtenidos resultan bajos para las tecnologías disponibles según Doorenbos y Kassam (1980), lo cual se atribuye a un gran efecto del viento ya que durante las horas de riego se presentan valores entre 2,5 y 3,2 m/s.
El control de la humedad del suelo mostró que del total de muestras realizadas, en el 82% en las máquinas de pivot y en el 78% en los sistemas de riego por aspersión la humedad se mantuvo en los límites adecuados entre a Capacidad de Campo y el Límite Productivo del suelo.
En la Figura 3 se exponen los resultados del efecto del riego en el rendimiento del cultivo del frijol en el año 2017.
FIGURA 3.
Rendimientos agrícolas del cultivo del frijol.
La valoración de los resultados muestran:
Bajos rendimientos agrícolas en relación a los valores medios que se obtienen en el país para este cultivo, superiores a 1,5 t/ha.
Gran diferencia entre los resultados obtenidos en condiciones idénticas de suelos y técnicas de riego.
La interpretación de estos valores indica insuficiencias en la actividad de riego relacionadas tanto con la baja calidad del riego como con el control de la humedad, no obstante, hubo ejemplos como el pivot 3 donde el riego fue más eficiente y sin embargo no se obtuvieron los mejores rendimientos, lo que dejó evidenciado que con independencia de las insuficiencias en el riego existen otros factores ajenos que se reflejan en los resultados productivos, entre estos se pueden mencionar: calidad de la preparación de suelo, labores agrotécnicas, nutrición, protección fitosanitaria, población, enyerbamiento, y exceso de humedad (González et al., 2016; Herrera et al., 2016).
Refiriéndose a la inter relación entre el riego y otras labores agrotécnicas, Bonet et al. (2013) han expresado la importancia de lograr una acción coordinada de todos los factores que inciden en el rendimiento de los cultivos para lograr un uso eficiente del agua de riego; mientras que Cisneros et al. (2013), sugieren la aplicación de un Sistema de Asesoramiento al Regante como la vía para lograr estos objetivos en condiciones de producción.
Es importante considerar estos factores pues al influir en los rendimientos agrícolas influyen indirectamente en la eficiencia de uso de la energía empleada en el riego.
A partir de los resultados productivos se determinó la productividad de la energía empleada en el riego (energía consumida en la actividad de riego para producir una tonelada de frijol); en la tabla 5 se indican los resultados obtenidos, los valores muestran una alta dispersión en ambas tecnologías, lo cual es un indicador del uso inadecuado que se viene dando a la energía empleada en la actividad de riego (López et al., 2017a) y (López et al., 2017b).
TABLA 5.
Productividad de la energía empleada en el riego
| Sistema de Riego | Productividad de la energía en el riego (kWh/t) |
|---|---|
| Pivot 1 | 939 |
| Pivot 2 | 1402 |
| Pivot 3 | 1336 |
| Pivot 4 | 2028 |
| Pivot 5 | 1171 |
| Pivot 6 | 996 |
| Aspersión 2A | 1726 |
| Aspersión 2B | 816 |
| Aspersión La Isla | 1914 |
Los mejores resultados de Productividad de la energía en el riego corresponden al pivot 1 y el sistema de riego por aspersión 2B, a partir de estos se determinó la Eficiencia Energética en cada sistema de riego (tabla 6).
TABLA 6.
Eficiencia Energética en el riego
Los resultados medios de 76% en las máquinas de pivot y 63% y los sistemas de riego por aspersión resultan muy bajos.
Los valores de 939 y 816 kWh/t obtenidos en las tecnologías de riego con máquinas de pivot y sistemas de riego por aspersión, aún sin ser óptimos demuestran que en las mismas condiciones edafoclimáticas es posible alcanzar valores medios muy superiores a los que se vienen logrando. Los valores de 24 y 37% de desaprovechamiento de la energía utilizada en el riego de las máquinas de pivot y los sistemas de riego por aspersión respectivamente indican la posibilidad de regar más áreas y obtener mayor producción si esa energía se utiliza de manera más eficiente.
En resumen, las insuficiencias presentes en la actividad productiva se reflejan en la baja eficiencia energética de la actividad de riego, este es un factor de gran importancia teniendo en cuenta la gran cantidad de áreas de riego con bombeo que utilizan energía eléctrica en el país, al cual no se le presta generalmente la atención requerida.
CONCLUSIONES
La eficiencia energética en el bombeo de agua para riego en la UBPC Victoria II es baja, con valores medios de 76 y 63% en relación a los mejores resultados obtenidos en la propia Unidad Productiva en las tecnologías de máquinas de pívot y sistemas de riego por aspersión respectivamente.
Es posible mejorar la eficiencia energética mediante una adecuada gestión de los sistemas de riego.