Introducción

La utilización del riego para la producción de cultivos es una actividad tan antigua como el surgimiento del hombre. Ello se reafirma en la Biblia donde se hace alusión a que este se originó al mismo tiempo que el hombre, y en el mismo lugar.

Los descubrimientos arqueológicos dan evidencia del empleo del riego por comunidades en territorios hoy ocupado por países como Egipto, Irán, China, Turquía (Fraga, 2011Fraga, A. (2011). Estudio de la eficiencia en los sistemas de riego de pivote central en la Empresa Agropecuaria “Miguel Soneira Ríos”, municipio Güines, provincia Mayabeque, 55pp., Trabajo de Diploma (en opción al Título de Ingeniero Agrónomo), Universidad Agraria de La Habana.). Estas prácticas les permitieron a diversas civilizaciones establecerse permanentemente en zonas áridas, semiáridas y desérticas durante el periodo de desarrollo de un cultivo, situación que condujo a la posibilidad de una vida sedentaria y por ende, a la división de las actividades de los individuos de una colectividad. De esta forma se originan los asentamientos humanos y las sociedades, lo que condujo a la evolución de la agricultura y sus sistemas de riego, hasta llegar al surgimiento de los sistemas de riego automatizados (Israelsen y Hansen, 1967Iraelsen, O.W. y V.E.Hansen. (1967). Irrigation Principles and Practices, 3ª. ed., John Wiley and Sons, Nueva York.; Fraga, 2011Fraga, A. (2011). Estudio de la eficiencia en los sistemas de riego de pivote central en la Empresa Agropecuaria “Miguel Soneira Ríos”, municipio Güines, provincia Mayabeque, 55pp., Trabajo de Diploma (en opción al Título de Ingeniero Agrónomo), Universidad Agraria de La Habana.).

En la actualidad se han desarrollado máquinas de pivote central (MPC) modernas y sistemas de riego de avance frontal que distan, de manera significativa, del sistema autopropulsado surgido en el año 1948 por Frank Zybach. La expansión de estas técnicas se destaca por su potencial para aplicar agua en forma eficiente, alto grado de automatización, y la menor utilización de mano de obra (en relación a otros métodos de riego). De igual forma tiene la capacidad para aplicar agua y nutrientes solubles en una amplia gama de suelos, cultivos y condiciones topográficas (Enrique et al., 2021Enrique, C. Z. C., Gonzalez-Robaina, C. F., Placeres-Miranda, Z., & Cun-Gonzalez, R. (2021). Operational Parameters in Center Pivot Machines and their Influence on the Delivery Irrigation Duty/Los parámetros operacionales en máquinas de pivote central, su influencia en las normas de entrega. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 30(3), 5-19.).

Mientras que Cuba, según datos del MINAG (2010)MINAG. (2010). Balance de uso del agua para el riego. Informe anual, La Habana., cuenta con un área bajo riego de 800000 ha, lo que representa el 26 % del área total cultivable. Siendo las técnicas más generalizadas la de riego superficial con el 68 % del área total, seguidas por la de aspersión (19%), máquinas de riego (7%) y riego localizado (6%). Independientemente de la eficiencia demostrada por estos sistemas (Santos et al., 2010), se hace necesario conocer su estado técnico. Con ello se puede tener el control de sus parámetros de trabajo para incidir, de forma positiva, en su adecuado funcionamiento (entrega uniforme de la norma de riego), así como detectar cualquier irregularidad y las posibles soluciones para atenuar o eliminar las mismas.

En el caso específico de la Empresa Agropecuaria “Miguel Soneira Ríos”, del municipio de Güines, Provincia Mayabeque, posee 40 máquinas de pivote central. No obstante, todas no cuentan con el mismo estado técnico, lo que conduce a su inadecuado funcionamiento y con ello a la entrega de agua no uniforme (norma de riego), así como al gasto innecesario de recursos agua y energía. Todo lo cual conlleva a la necesidad de la evaluación, sobre la base de un análisis profundo de sus indicadores de funcionamiento, con el fin de garantizar el uso adecuado del agua y contribuir a la producción sostenible de alimentos agrícolas.

Dado a lo anterior en la presente investigación se evalúa el funcionamiento de la Máquina de Pivote Central “Pino 1”, en el cultivo de frijol (Phaseolus vulgaris L.), con relación a la carta de aspersores y a la pluviometría con el fin de comprobar sus indicadores técnicos y su eficiencia para el riego.

Materiales y Métodos

Resultados y Discusión

En la Tabla 3 se reflejan los principales problemas detectados en la máquina Pino 1 después de la revisión físico-técnica con la carta tecnológica del fabricante. Estos se relacionan fundamentalmente con los salideros, en el sistema motriz y en la colocación no adecuada de las boquillas.

El funcionamiento de esta máquina según SIAR (2003)SIAR. Junta de Comunidades del Consejo de Agricultura de Castilla-La Mancha. Hoja Informativa. Marzo 2003. www.jccm.es. España es inaceptable con un coeficiente de uniformidad CU_H= 77.47 %. Ello se corrobora al evaluar las áreas bajo riego, donde el 38.65% de las áreas regadas no recibieron la norma de riego mínima requerida y un 29.70 % recibieron una norma superior a la requerida. Se puede apreciar que las entregas insuficientes se encuentran concentradas en los dos últimos tercios de la longitud de la máquina y las excesivas en los dos primeros tercios (ver figura 2). Ello demuestra que el 68.35% del riego en la MPC estudiada es inadecuado, siendo solamente el 31.65 % calificada como área de riego adecuada (ARA), el resto se clasificada como Área de Riego excesiva (ARE) o área de riego insuficiente (ARI), tal cómo se explica anteriormente, indicadores que conlleven a que el área sea catalogada cómo inadecuadamente regada (Tarjuelo, 2005Tarjuelo, J.M. (2005) El riego por aspersión y su tecnología, 569pp., Ed. Mundi Prensa. Tercera edición, Madrid, España.), echo que queda reflejado en el coeficiente de uniformidad (Tabla 4), lo que afecta el adecuado desarrollo del cultivo del frijol, resultados semejantes obtienen Rankine et al (2021)Rankine, D., Cohen, J., Murray, F., Moreno Cadena, P., Hoogenboom, G., Campbell, J., Taylor, M. &, Stephenson, T. (2021). Evaluation of DSSAT-MANIHOT-Cassava model to determine potential irrigation benefits for cassava in Jamaica. https://doi.org/10.1002/agj2.20876 al modelar el potencial de irrigación del cultivo de la yuca.

El coeficiente de uniformidad no es un indicador confiable por sí solo para emitir un criterio sobre el funcionamiento de la máquina. En este sentido, es necesario hacer un análisis integral de todos los parámetros dado a que los problemas fundamentalmente pueden estar asociados con la presión que brinda la bomba al sistema y/o con la colocación de boquillas de un determinado diámetro en una posición que requiere uno superior o inferior (Tormes et al., 2009Tornés, N., Pujol, P., Gómez, Y., Boicet, T., & Goite, L. C. (2009). Evaluación de la calidad del riego en máquinas eléctricas de pivote central del modelo o tipo Ballama. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 18(1), 59-63.; Pérez et al., 2003Pérez Leira, R. Alfonso, E. Cárdenas, J. López, G y alemán, C. (2003). Un estudio de evaluación de la aplicación del riego en sistemas por pivote central. Revista ingeniería hidráulica en México, 18 (3): 45 – 46.).

Al respecto, en la Figura 2 se puede apreciar que a 6.5 m y 57.5 m existen dos puntos máximos que corresponden a normas de 810.08 m³. ha^-1, estos puntos entregan una norma excesiva producto de salideros que existen en esas posiciones.

Así mismo, en los puntos máximos ubicados entre las distancias 93.5 m y 126.5 m se entregan también láminas excesivas (419.77 - 648.06 m³. ha^-1), esto también ocurre en la distancia 195.5 m con una entrega de 618. 61 m³. ha^-1, debido a la inadecuada colocación de las boquillas.

En la Tabla 5 se muestran las normas de riego que debería haber entregado la máquina según la planificación en la fase de cultivo. En la misma se aprecia que la entrega de agua fue superior a las necesidades del cultivo en función a los principales suelos presentes en el área de estudio. Tal cómo se observa, de los 254.1 m³. ha^-1 necesarias para el desarrollo del cultivo se entregó 353.92 m³. ha^-1; esta norma aplicada se eleva considerablemente producto de los salideros existentes en la máquina y la colocación inadecuada de las boquillas a lo largo de la máquina.

Esta situación no solo eleva considerablemente el gasto de agua y con ello los costos económicos (Sánchez et al., 2022Sánchez-Veranes, C., Falcón-Acosta, M. D. C., & Sala-Hernández, L. (2022). Evaluación del asesoramiento al regante en la Cooperativa de Producción Agropecuaria Amistad Cubano Búlgara. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(3). y Cruz et al., 2022Cruz Mayo, P., & Aguilar Chávez, A. (2022). Evaluación de la operación de un tramo del canal principal de riego con un enfoque económico.), sino que también contribuye a la degradación de los suelos Ferralíticos Rojos presentes en el área de estudio y al lavado de sus nutrientes, lo que coincide con los resultados reportados por Vargas (2009)Vargas, H; Martín, N. y Torres, F. (2009) Determinación del efecto de dos tipos de Utilización de la Tierra (TUT) sobre algunas propiedades de un suelo Ferralítico rojo en el municipio San José de las Lajas, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 18(2), 5pp. y Rodríguez et al. (2020)Rodríguez González, O., Florido Bacallao, R., Varela Nualles, M., González Viera, D., Vázquez Montenegro, R., Maqueira López, L.A. & Rogelio Morejón Rivera, R. (2020). Aplicación de la herramienta de modelación DSSAT para estimar la dosis óptima de fertilizante nitrogenado para la variedad de arroz J-104. Cultivos Tropicales, 2020, vol. 41, no. 2, e01. http://ediciones.inca.edu.cu, situación que puede además contribuir a la contaminación de las aguas subterráneas (Falcón, 2019Falcón Pulido, S. (2019). Evaluación del impacto del riego con aguas regeneradas en el agrosistema., Yesenia, 2023Yesenia, G. C. (2023). Evaluación de la calidad de las aguas subterráneas del sistema acuífero del golfo de Urabá-Colombia. y Velandia, 2023Velandia, C. C. L. (2023). Evaluación de la calidad del agua subterránea utilizando métodos de índice y análisis estadístico multivariado: cuenca del río Pavas (Colombia). South Sustainability, 4(1), e072-e072.).

Conclusiones

Como resultado de la investigación se encontró que la Máquina de Pivote Central “Pino 1”, presenta una mala uniformidad de riego, con valores de coeficiente de uniformidad de 77.47%, siendo el Área insuficiente regada de 17,52 % y la de Riego excesiva (ARE) de 29,70 %.

Entre los principales indicadores de deficiencia se encontraron problemas relacionados con la presencia de salideros, deficiencia en el sistema motriz y la inadecuada distribución de las boquillas, todo lo cual conlleva a que el área sea catalogada cómo inadecuadamente regada.

Las acciones propuestas para solucionar los problemas presentes en la MPC “Pino 1” contribuyen a la gestión sostenible del agua con el fin de aumentar los rendimientos agrícolas con un menor impacto ambiental.

Introduction

The use of irrigation for crop production is an activity as old as the emergence of man. This is reaffirmed in the Bible where it is mentioned that it originated at the same time as man, and in the same place.

Archaeological discoveries give evidence of the use of irrigation by communities in territories today occupied by countries such as Egypt, Iran, China, and Turkey (Fraga, 2011Fraga, A. (2011). Estudio de la eficiencia en los sistemas de riego de pivote central en la Empresa Agropecuaria “Miguel Soneira Ríos”, municipio Güines, provincia Mayabeque, 55pp., Trabajo de Diploma (en opción al Título de Ingeniero Agrónomo), Universidad Agraria de La Habana.). These practices allowed various civilizations to permanently establish themselves in arid, semi-arid and desert areas during the period of development of a crop, a situation that led to the possibility of a sedentary life and therefore, to the division of the activities of the individuals of a community. In this way, human settlements and societies originated, which led to the evolution of agriculture and its irrigation systems, until reaching the emergence of automated irrigation systems (Israelsen and Hansen, 1967Iraelsen, O.W. y V.E.Hansen. (1967). Irrigation Principles and Practices, 3ª. ed., John Wiley and Sons, Nueva York.; Fraga, 2011Fraga, A. (2011). Estudio de la eficiencia en los sistemas de riego de pivote central en la Empresa Agropecuaria “Miguel Soneira Ríos”, municipio Güines, provincia Mayabeque, 55pp., Trabajo de Diploma (en opción al Título de Ingeniero Agrónomo), Universidad Agraria de La Habana.).

Nowadays, modern center pivot machines (CPM) and front-advance irrigation systems have been developed that are significantly different from the self-propelled system that emerged in 1948 by Frank Zybach. The expansion of these techniques is highlighted by their potential to apply water efficiently, high degree of automation, and lower use of labor (relative to other irrigation methods). Likewise, it has the capacity to apply water and soluble nutrients in a wide range of soils, crops and topographic conditions (Enrique et al., 2021Enrique, C. Z. C., Gonzalez-Robaina, C. F., Placeres-Miranda, Z., & Cun-Gonzalez, R. (2021). Operational Parameters in Center Pivot Machines and their Influence on the Delivery Irrigation Duty/Los parámetros operacionales en máquinas de pivote central, su influencia en las normas de entrega. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 30(3), 5-19.).

While Cuba, according to data from MINAG (2010)MINAG. (2010). Balance de uso del agua para el riego. Informe anual, La Habana., has an irrigated area of 800,000 ha, which represents 26% of the total cultivable area. The most widespread techniques are surface irrigation with 68% of the total area, followed by sprinkling (19%), irrigation machines (7%) and localized irrigation (6%). Regardless of the efficiency demonstrated by these systems (Santos et al., 2010), it is necessary to know their technical status. With this, you can have control of its working parameters to positively influence its proper functioning (uniform delivery of the irrigation standard), as well as detect any irregularities and possible solutions to mitigate or eliminate them.

In the specific case of the “Miguel Soneira Ríos” Agricultural Company, in the municipality of Güines, Mayabeque Province, it has 40 central pivot machines. However, they do not all have the same technical state, which leads to their inadequate functioning and therefore to the delivery of non-uniform water (irrigation standard), as well as the unnecessary expenditure of water and energy resources. All of which leads to the need for evaluation, based on an in-depth analysis of its operating indicators, in order to guarantee the appropriate use of water and contribute to the sustainable production of agricultural foods.

Given the above, in this investigation the operation of the Central Pivot Machine “Pino 1” is evaluated in the cultivation of beans (Phaseolus vulgaris L.), in relation to the sprinkler chart and the rainfall in order to verify its technical indicators and its efficiency for irrigation.

Materials and Methods

Results and Discussion

Table 3 shows the main problems detected in the Pino 1 machine after the physical-technical review with the manufacturer's technological chart. These are mainly related to leaks, the drive system and the improper placement of the nozzles.

The operation of this machine according to SIAR (2003)SIAR. Junta de Comunidades del Consejo de Agricultura de Castilla-La Mancha. Hoja Informativa. Marzo 2003. www.jccm.es. España is unacceptable with a uniformity coefficient CUH = 77.47 %. This is corroborated when evaluating the areas under irrigation, where 38.65% of the irrigated areas did not receive the minimum required irrigation standard and 29.70% received a standard higher than that required. It can be seen that insufficient deliveries are concentrated in the last two thirds of the length of the machine and excessive deliveries in the first two thirds (see figure 2). This shows that 68.35% of the irrigation in the MPC studied is inadequate, with only 31.65% classified as adequate irrigation area (ARA), the rest is classified as Excessive Irrigation Area (ARE) or insufficient irrigation area (ARI)., as explained above, indicators that lead to the area being classified as inadequately irrigated (Tarjuelo, 2005Tarjuelo, J.M. (2005) El riego por aspersión y su tecnología, 569pp., Ed. Mundi Prensa. Tercera edición, Madrid, España.), a fact that is reflected in the uniformity coefficient (Table 4), which affects the proper development of the bean crop. Similar results are obtained by Rankine et al (2021)Rankine, D., Cohen, J., Murray, F., Moreno Cadena, P., Hoogenboom, G., Campbell, J., Taylor, M. &, Stephenson, T. (2021). Evaluation of DSSAT-MANIHOT-Cassava model to determine potential irrigation benefits for cassava in Jamaica. https://doi.org/10.1002/agj2.20876 when modeling the irrigation potential of cassava cultivation.

The uniformity coefficient is not a reliable indicator on its own to make a judgment about the operation of the machine. In this sense, it is necessary to carry out a comprehensive analysis of all the parameters since the problems can fundamentally be associated with the pressure that the pump provides to the system and/or with the placement of nozzles of a certain diameter in a position that requires one higher or lower (Tormes et al., 2009Tornés, N., Pujol, P., Gómez, Y., Boicet, T., & Goite, L. C. (2009). Evaluación de la calidad del riego en máquinas eléctricas de pivote central del modelo o tipo Ballama. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 18(1), 59-63.; Pérez et al., 2003Pérez Leira, R. Alfonso, E. Cárdenas, J. López, G y alemán, C. (2003). Un estudio de evaluación de la aplicación del riego en sistemas por pivote central. Revista ingeniería hidráulica en México, 18 (3): 45 – 46.).

In this regard, in Figure 2 it can be seen that at 6.5 m and 57.5 m there are two maximum points that correspond to standards of 810.08 m3. ha-1, these points provide an excessive norm as a result of leaks that exist in those positions.

Likewise, at the maximum points located between the distances 93.5 m and 126.5 m, excessive sheets are also delivered (419.77 - 648.06 m3. ha-1), this also occurs at the distance 195.5 m with a delivery of 618.61 m3. ha-1, due to inadequate placement of the nozzles.

Table 5 shows the irrigation standards that the machine should have delivered according to planning in the cultivation phase. It can be seen that the delivery of water was greater than the needs of the crop based on the main soils present in the study area. As can be seen, of the 254.1 m3. ha-1 necessary for the development of the crop, 353.92 m3 was delivered. ha-1; This applied standard rises considerably as a result of the existing leaks in the machine and the inadequate placement of the nozzles throughout the machine.

This situation not only considerably increases water consumption and thus economic costs (Sánchez et al., 2022Sánchez-Veranes, C., Falcón-Acosta, M. D. C., & Sala-Hernández, L. (2022). Evaluación del asesoramiento al regante en la Cooperativa de Producción Agropecuaria Amistad Cubano Búlgara. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 31(3). and Cruz et al., 2022Cruz Mayo, P., & Aguilar Chávez, A. (2022). Evaluación de la operación de un tramo del canal principal de riego con un enfoque económico.), but also contributes to the degradation of the Red Ferralitic soils present in the study area. and the washing of its nutrients, which coincides with the results reported by Vargas (2009Vargas, H; Martín, N. y Torres, F. (2009) Determinación del efecto de dos tipos de Utilización de la Tierra (TUT) sobre algunas propiedades de un suelo Ferralítico rojo en el municipio San José de las Lajas, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 18(2), 5pp.) and Rodríguez et al. (2020)Rodríguez González, O., Florido Bacallao, R., Varela Nualles, M., González Viera, D., Vázquez Montenegro, R., Maqueira López, L.A. & Rogelio Morejón Rivera, R. (2020). Aplicación de la herramienta de modelación DSSAT para estimar la dosis óptima de fertilizante nitrogenado para la variedad de arroz J-104. Cultivos Tropicales, 2020, vol. 41, no. 2, e01. http://ediciones.inca.edu.cu, a situation that can also contribute to the contamination of groundwater (Falcón, 2019Falcón Pulido, S. (2019). Evaluación del impacto del riego con aguas regeneradas en el agrosistema., Yesenia, 2023Yesenia, G. C. (2023). Evaluación de la calidad de las aguas subterráneas del sistema acuífero del golfo de Urabá-Colombia. and Velandia, 2023Velandia, C. C. L. (2023). Evaluación de la calidad del agua subterránea utilizando métodos de índice y análisis estadístico multivariado: cuenca del río Pavas (Colombia). South Sustainability, 4(1), e072-e072.).

Conclusions

As a result of the investigation, it was found that the “Pino 1” Central Pivot Machine presents poor irrigation uniformity, with uniformity coefficient values of 77.47%, with the insufficiently irrigated area being 17.52% and the excessive irrigation. (ARE) of 29.70%.

Among the main indicators of deficiency were problems related to the presence of leaks, deficiency in the drive system and inadequate distribution of nozzles, all of which leads to the area being classified as inadequately irrigated.

The actions proposed to solve the problems present in the “Pino 1” MPC contribute to sustainable water management in order to increase agricultural yields with a lower environmental impact.