Metodología para la aplicación de Ciencia e Innovación Tecnológica en apoyo a seguridad alimentaria sostenible

Definición de componentes claves de ET y AES

Se tuvo en cuenta que, en las condiciones histórico-naturales de Cuba, la mayor parte de los ET se han transformado en AES por la acción del hombre, encaminada a la producción de alimentos y la formación de la base necesaria para ello. Además de alimentos, las comunidades necesitan fuentes de agua e infraestructura para su aprovechamiento, infraestructura habitacional, infraestructura vial y otros bienes. Esto implica que, en los territorios, se va conformando una estructura muy compleja en la que se interrelacionan componentes de origen natural y componentes creados por el hombre, por lo que una frase clave utilizada en este trabajo es componentes claves de ET y AES . La definición de esos componentes, ordenamiento, caracterización e integración, forman parte de MetodCGEI que es un resultado de este trabajo.

Creación del modelo de interrelación ModInteg

En el epígrafe anterior se hizo referencia a que ModInteg es un elemento auxiliar de MetodCGEI, creado para establecer interrelaciones entre componentes claves de ET y AES en el territorio en que se realicen las aplicaciones, lo que implica establecer la lógica de dichas interrelaciones en cada contexto en que se trabaje y expresarla en un modelo coherente, el que también forma parte del resultado MetodCGEI . Se contemplan observaciones de campo, muestreos y análisis de laboratorio para comprobar las interrelaciones derivadas del análisis en el ModInteg.

Base científico-técnica y material en que se apoya MetodCGEI

Se aplican tecnologías avanzadas de la información (TAInf), que han sido desarrolladas para la obtención, organización, procesamiento, análisis e integración de grandes volúmenes de datos. Entre las principales figuran: Sistema de Posicionamiento Global (GPS); Teledetección (TD); Cartografía Automatizada (CAD) y Sistema de Información Geográfica (SIG), asociadas a programas para análisis estadístico avanzado (R) y otros programas auxiliares. Esas tecnologías son de uso muy amplio, por lo que su aplicación en la problemática específica a que se refiere este trabajo, requiere de indicaciones metodológicas, las que forman parte del resultado MetodCGEI. Se realizaron análisis de laboratorio y pruebas de campo, a cuya logística y métodos específicos se hace referencia más adelante.

Desarrollo de MetodCGEI en un área patrón

A los efectos de este trabajo, el área patrón constituye el ejemplo de aplicación de MetodCGEI , al mismo tiempo que los resultados obtenidos en la misma han sido y pueden ser utilizados en proyectos a ejecutar en ese territorio. La misma comprende la parte superior de la cuenca hidrográfica del Río Chambas, en el noroeste de la provincia de Ciego de Ávila (en lo adelante AR2906Flor). Los límites son los siguientes:

Se tuvo en cuenta que el tamaño del área y sus características generales permitieran desarrollar los pasos y procedimientos necesarios para completar la metodología propuesta. Por esta razón es un área relativamente pequeña propicia para crear las distribuciones geoespaciales que caracterizan a los componentes a una escala cartográfica de 1: 10 000; no obstante, la metodología puede aplicarse a cualquier tamaño de área, con la correspondiente adecuación de la escala de trabajo y todas las consideraciones que la misma lleva implícito. Esta área forma parte del resultado MetodCGEI.

Ordenamiento y caracterización de componentes claves de ET y AES

Se considera la existencia de once componentes claves, con las variables, indicadores y clases más importantes que los caracterizan (Tabla 1). Se aclara que la Tabla 1 es parte de una relación mucho más amplia de variables, indicadores y clases que puede consultarse siempre que sea necesario. El orden establecido en la primera columna de la Tabla 1 es parte de la organización de la información. La letra a se deja para la parte de los datos que corresponden a identificación del territorio, su ubicación geográfica, sistemas de coordenadas y otros datos accesorios. En las bases de datos de cada componente se incluyen tres grupos principales de datos: espaciales, alfanuméricos y descriptivos (columnas 3, 4 y 5, respectivamente).

En la Tabla 1 se utilizan nombres genéricos para los datos alfanuméricos (Datos alfa_num), lo que significa que cada fila de la tabla puede desglosarse en dos o más variables específicas. Por ejemplo, la composición mecánica abarca los contenidos de arcilla, limo y arena; contenido de nutrientes se refiere a varios de estos en el suelo y así sucesivamente. Por lo general, los datos descriptivos se determinan por TD y observaciones de campo. En este caso se encuentran datos descriptivos de suelos, como posición en el relieve, cubierta vegetal, presencia de obstáculos, grado de erosión, grado de salinización y otros. Los datos alfa-numéricos derivan, en lo esencial, del trabajo de laboratorio y determinaciones realizadas directamente en el campo, en cuyo caso tenemos a la profundidad del perfil, profundidad efectiva, proporción arcilla-limo-arena, contenido de materia orgánica y otros. Las variables que caracterizan a los suelos son las que se encuentran en la literatura con más frecuencia, sobre todo en trabajos dirigidos a la calidad de este recurso. En esta dirección tenemos los trabajos de Acevedo et al. (2021)Acevedo, I., Sánchez, A., & Mendoza, B. (2021). Evaluación del nivel de degradación del suelo en dos sistemas productivos en la depresión de Quíbor. II. Calidad del suelo. Bioagro, 33(2), 127-134, ISSN: 2521-9693, DOI: http://www.doi.org/10.51372/bioagro332.6 ; Álvarez-Arteaga et al. (2020)Álvarez-Arteaga, G., Ibáñez-Huerta, A., Orozco-Hernández, M. E., & García-Fajardo, B. (2020). Regionalización de indicadores de calidad para suelos degradados por actividades agrícolas y pecuarias en el altiplano central de México. Quivera. Revista de Estudios Territoriales, 22(2), 5-19, ISSN: 1405-8626.; Cid-Lazo et al. (2021) Cid-Lazo, G., López-Seijas, T., Herrera-Puebla, J., & González-Robaina, F. (2021). Variación de la Densidad Aparente para diferentes contenidos de agua en suelos cubanos. Revista Ingeniería Agrícola, 11(2), 3-9, ISSN: 2306-1545. y otros. La determinación de los datos espaciales, alfa-numéricos y descriptivos se rigen por normas nacionales e internacionales, las cuales se especifican para cada aplicación de MetodCGEI que se realice. Estas normas se encuentran archivadas y ordenadas, de modo que se puede acceder a ellas siempre que sea necesario.

Un aspecto de mucha importancia que tiene en cuenta la MetodCGEI es la definición de clases para cada componente clave de ET y AES , lo que resulta de gran utilidad en la integración de información, conocimientos y experiencia práctica. Las clases son la síntesis del comportamiento de variables e indicadores, lo que se traduce en una condición determinada del componente de que se trate. Por ejemplo, para el componente suelos las clases pueden estar definidas por su calidad, pero en Cuba se determinan a partir del criterio de la aptitud para soportar los cultivos y se definen como categorías agroproductivas de los suelos ( E. Fuentes et al., 2018 Fuentes, E., Marcheco, R., Boch, D., Pérez, J., Marrero, A., Castro, N., Obrera, A., La O, M., & Peña, O. (2018). Aptitud de las tierras en Cuba para los frutales y cítricos. ISBN: 978-959-296-053-4. ).

Modelo para integrar información, conocimientos y experiencia práctica (ModInteg)

El modelo ModInteg (Figura 1) parte del análisis de la interrelación entre todos los componentes claves, lo que implica la existencia de un planteamiento general y de formas específicas de abordar los problemas de seguridad alimentaria sostenible y adaptación al cambio climático, de acuerdo con la realidad del terreno en cada territorio. Es una secuencia de pasos, a cada uno de los cuales corresponde una serie de procedimientos, los que se ejecutan con el auxilio de TAInf. Consta de cuatro partes principales: (1) en la superior izquierda están los componentes claves de ET y AES derivados directamente de la incidencia del factor humano(FHUM), el cual se subdivide en usuarios directos de la tierra y población en general. Estos componentes están estrechamente interrelacionados con los de origen natural más usados, ubicados en la parte superior derecha del esquema (parte 2) y estos últimos están bajo la incidencia de componentes, también de origen natural, identificados como factores naturales incidentes. La parte inferior derecha (parte 3) sintetiza los efectos de la interrelación entre la actividad antrópica y los componentes de origen natural, mientras que la parte inferior izquierda (parte 4) es una guía para identificar tipos de interrelaciones.

Base científico-técnica y material de MetodCGEI

Ya se hizo referencia a que la MetodCGEI se lleva a la práctica con la aplicación de las TAInf, las que, acompañadas de la concepción sistémica que se plantea, constituyen la base científico-técnica de este resultado. Con respecto a la base material, se cuenta con el equipamiento de cómputo y programas para la organización, procesamiento, análisis e integración de información, así como instalaciones de laboratorio y equipamiento mínimo necesario para análisis de muestras, observaciones y pruebas de campo.

Aplicaciones de MetodCGEI en el área patrón

Se realizan ocho tipos de aplicaciones específicas, que son las de mayor utilidad en ET y AES donde se realiza la producción agropecuaria y forestal. Solo podemos hacer una síntesis de las aplicaciones en el territorio de referencia, pero la información más detallada al respecto se encuentra en Rivero et al. (2018) Rivero, I., López, S., Fraser, T., & Verania, H. (2018). Informe Final del proyecto Prácticas de manejo sostenible de tierra en una sección de la cuenca hidrográfica del río Chambas, a partir de la integración y actualización de la base cognitiva (p. 57) [Informe de proyecto]. Instituto de Suelos, La Habana, Cuba. . Las aplicaciones son: (1) caracterización integral del territorio; (2) organización del territorio para adecuar uso, manejo, conservación y mejoramiento; (3) cálculo del potencial del recurso suelos y los demás que derivan de componentes claves de ET y AES ; (4) selección de áreas para usos específicos; (5) georreferenciación de áreas con características edafoclimáticas especiales; (6) diseño de sistemas de medidas integrales (SistMedInt) para condiciones específicas; (7) elaboración de esquemas de muestreos dirigidos; (8) análisis de impactos por aplicación del SistMedInt.

A partir de a la caracterización integral del territorio (aplicación 1) se realizan las demás aplicaciones, para lo cual el SIG contiene capas de información con bases de datos de los componentes claves de ET y AES. La Figura 2 es una representación geoespacial de la caracterización integral, a través de la superposición de capas de información, con bases de datos que contienen atributos de gran incidencia en al producción agropecuaria y forestal: aptitud agroproductiva de los suelos, disponibilidad de agua, cubierta vegetal, pendiente del terreno y altura snm. Estos, al mismo tiempo, dependen de otros atributos que también están contenidos en el SIG. La línea negra discontinua (Figura 2) delimita cinco secciones principales de áreas (A, B, C, D y E) que definen la organización del territorio a partir de la combinación de atributos (aplicación2). La Tabla 2 muestre ejemplos de combinaciones de atributos en A, B y E (comb 1, 2, 5).

Sobre el potencial de recursos claves derivados de ET y AES (aplicación 3), se pone el ejemplo para el recurso suelos. En la sección A la distribución porcentual de las categorías agroproductivas de los suelos I, II, III y IV es: 9.63, 46.41, 24.66 y 19.30. respectivamente. En la sección C es 0.00, 0.16, 34.47 y 65.37%. De la misma forma podríamos referirnos a la disponibilidad de agua, cubierta vegetal y otros.

El análisis de coincidencias en el comportamiento de dos o varios atributos, se puede utilizar en el cumplimiento de múltiples tareas que surgen en el proceso de la producción agropecuaria y forestal, como es el caso de la selección de áreas (aplicación 4). Por ejemplo, para producir 185 toneladas de frijol común en un período determinado se puede tomar como referencia un rendimiento de 2.92 t⸱ ha^-1, que es el obtenido por los 117 mejores productores del País, de acuerdo con las Directivas del Frijol Común (Minag-Cuba, 2017Minag-Cuba. (2017). Directivas del frijol común. Campaña 2017 - 2018 (p. 30). Ministerio de la Agricultura, La Habana, Cuba.). Con este valor de referencia la decisión podría ser: elegir áreas con suelos categoría 1 para el frijol, de media a alta disponibilidad de agua y pendiente de 1.5 a 4.0% y con la premisa de obtener el 85% del rendimiento tomado como referencia (2.48 t⸱ha^-1). Entonces se necesitaría una superficie de 74.6 ha de tierra, donde coincidan los atributos de los componentes claves de ET y AES correspondientes: aptitud agroproductiva del suelo para el frijol (1), disponibilidad de agua (2) y pendiente (1.5 - 4.0%). Esto es solo un ejemplo, porque se pueden poner más condiciones de acuerdo con el criterio de especialistas, directivos y productores. El resultado es la delimitación de las áreas más adecuadas (Figura 2).

En territorios con valores altos de la elevación , predominan valores altos de pendiente ; sin embargo, con frecuencia encontramos áreas llanas en zonas elevadas, en forma de mesetas, valles intramontanos y similares, donde se pueden georreferenciar parcelas con características edafoclimáticas especiales (aplicación 5). A modo de ejemplo, en la Figura 2 se identifica sae1, con elevación de 170 a 395 msnm y pendiente de 35 y 45%; sin embargo, dentro de ella existen mesetas y pequeños valles con relieve entre llano y ligeramente ondulado (pendiente 1.5 a 4.0%). La importancia práctica está en las características edafoclimáticas especiales para un conjunto de cultivos, incluyendo varios de poca tradición en el País.

Los sistemas de medidas en general están diseñados y aplicados en diferentes territorios del País (Fuentes et al., 2019Fuentes, A., Rosales, U., Rodríguez, D., & Castellanos, N. (2019). Polígono Nacional de Conservación de Suelos, Aguas y Bosques. PALCOGRAF, Instituto de Suelos, La Habana, Cuba.). La MetodCGEI añade la georreferenciación de las medidas (aplicación 6) y contempla la multiplicidad de factores que inciden sobre el suelo. En la Figura 2 se identifican secciones de áreas (m1, m2, m3, m4) en las cuales se aplican medidas para proteger al suelo de la erosión hídrica, al mismo tiempo que se protege a los embalses ubicados en cotas inferiores, así como a cualquier otro elemento del terreno que pueda ser dañado por los arrastres.

Para observaciones de campo, muestreos y actividades similares (aplicación 7) se elabora un grid con tamaños de cuadrículas (celdas) que dependen de la escala de trabajo. En cada celda existe una combinación de los indicadores que están en las bases de datos de los mapas que caracterizan a los componentes claves de ET y AES , de modo que se puede acceder, de forma automatizada, al conjunto de combinaciones y elegir aquellas que son las más representativas del territorio o secciones de áreas dentro del mismo. Se realizan comprobaciones del estado de cada componente clave en las celdas seleccionadas y se crea el mapa de combinación de factores, al cual le damos el nombre de modelo virtual integrado de la realidad del terreno (MVIRT). Las variaciones del MVIRT en el tiempo, es la base del monitoreo de los impactos causados sobre los componentes claves de ET y AES (aplicación 8),