REVIEW

  

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Decision-Making in Agriculture with the Use of Fuzzy Mathematical Models


ABSTRACT

The benefits of agricultural production for the society and its interaction with the environment are subjective or imprecise, due to that it is suitable to apply mathematical models of fuzzy logic to that interrelation. It is required to describe the possible applications of these tools to decision-making in Cuban agriculture. This paper refers the way of organizing a group of agro-systems, according to the symptoms of soil overuse syndrome in order to restructure biodiversity to minimize the central mechanism.

Keywords: 

fuzzy logic; soil overuse syndrome; agro-system; symptom; fuzzy mathematical models.

 


INTRODUCTION

Mathematical models based on deterministic principles or statistical principles have been used persistently in the solution of the most varied problems of the natural sciences and technology, both empirically and theoretically (Matos and Martínez, 2014; Veitia et al., 2014b, 2014a; Martínez et al., 2017).

These mathematical models that seek to describe social phenomena, should take into account, among other entities, two types of factors that occur in them: objective factors of Kaufmann & Aluja (1990) and subjective factors. The former are those that do not depend on the subjects, as natural conditions or existing material resources, and the latest that are those depending on the ways of thinking and acting of humans, their conscience, their will, or their desires. Hence, the study of phenomena of an eminently social nature can not be always approached from mathematical models based on the arithmetic of certainty or randomness, because in these phenomena, the information available, is often charged with subjectivity and uncertainty.

In Trillas (1980, 1992); Zadeh (1992, 1996, 1999) and Kosko (1993), the first works on blurred subsets were published, which initially did not have great reception, but over time their postulates have gone developing with applications in engineering and in the economic sphere and business management. In recent years, many models and algorithms have gained ground that have been shaping the foundations of what has been called numerical and non-numerical mathematics in uncertainty (Zimmermann, 1985). For this, the diffuse logic with its varied interpretations has been taken as a basis. With these tools, many social phenomena can be modeled where assuming certain statistical laws for their treatment is not reliable, since the information available is poorly structured.

The diffuse logic is basically a multi-evaluated logic that allows intermediate values to be able to define conventional evaluations as sí/no, verdadero/falso, negro/blanco, etc. Notions like "rather hot" or "not very cold", can be formulated mathematically and processed by computers. (Zadeh, 1992, 1996, 1999).

This way, an intent of applying a more human form of thinking of computer programming, has been carried out. The diffuse or blurred logic is good as a tool for decision-making in tasks of environmental administration in agricultural systems threatened by the syndrome of soil overuse.(Cassel y Petschel, 2010; Schuschny, 2010; Veitia et al., 2014b).

The symptoms identified to evaluate the presence of the soil overuse syndrome in the agro-system "La Esperanza", Camagüey Province, were poor management of organic matter, decrease of biodiversity, use of unsustainable technologies and rural exodus. Others were contaminated water, little plant cover, little forest cover, use of large amounts of phytochemicals, high use of agrochemicals, little experience of farmers in agricultural work, insufficient recycling of crop residues, use of inadequate standards in the production and management of moisture in agricultural soils (Alzate, 2006; Veitia et al., 2014b)

The use of Big6 model Eisenberg and Berkowitz (2005), for troubleshooting information; as a model of competence in the use and management of information allowed the development of the next steps for the study:

  • Establish the components of the problem to be solved and associated indicators.

  • Evaluate associated components in a table to the indicators selected for evaluation (values between 0 and 1).

  • Count the times a component is evaluated equal or superior to the next in a table, this operation gets integers.

  • Divide each number on a cell in the resulting table, step "3" by the total number of indicators.

  • Set the threshold of the results of step "4"; the values that are equal and greater assign the value "1" and lower "0".

  • Identification of the farms to pay more attention to lessen the effects of the central mechanism of soil overuse syndrome.

  • Big6 uses the mathematical model of fuzzy logic to obtain the values that serve in decision-making.

METHODS

According to Kaufmann et al. (1986), the essential difference between the concept of subset and fuzzy subset is as follows: for ordinary subsets, the membership of an element of the set to subset is all or nothing, ie this concept fits perfectly to the so called binary logic. The concept of fuzzy subset is more comprehensive. It includes, as particular case the simple subset because for the fuzzy case shadows are accepted, i.e. each element of the set can belong to the subset with a certain degree or level for what it is comfortable to associate it to each fuzzy subset A. That is a membership function expressed as µA(x), defined for each x of the universal set U, in such a way that 0≤µA(x) d≤1.

If µA(x) takes values close to zero, little belonging by the element x to the fuzzy subset A is indicated, and close to 1 values indicates high belonging. Following this idea for any universal set U, the notion of ordinary feature subset can be associated with the following belonging function:

For fuzzy subsets, the belonging function can be continuous or discrete depending on the features to highlight with fuzzy subset, as shown in Figure 1.

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FIGURE 1. 

Representation of a "Fuzzy Set".

To make decisions with scientific criteria often requires mathematical modeling of the problem and it can be combined deterministic approach Gil-Aluja (1999), with statistical and fuzzy.

RESULTS AND DISCUSSION

Environmental Management in Agriculture

The mathematical model used in the research was proposed by Gil-Aluja (1999), which allowed the ordering of a set E1 = {P1, P2, ......., Pm} of m elements from another set E2 = {C1, C2, ........., Cn} of n characteristics or qualities that form the criteria for ordering.

When using the Gil-Aluja (1999), it was considered a set E1 formed by the six farms that made up the agro-system "La Esperanza" and a group E2, which constituted the indicators to evaluate the presence of the soil overuse syndrome. These sets were the following: E1 = {P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11, P12, P13} and E2 = {C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11,}.

The indicators (Cn) were described as follows. Poor management of organic matter (C1), decrease in biodiversity (C2), use of unsustainable technologies (C3), rural exodus (C4), contaminated water (C5) , little plant cover (C6), little forest cover (C7), use of large amounts of phytochemicals (C8), high use of agrochemicals (C9), little experience of farmers in agricultural work (C10) and insufficient recycling of crop residues (C11) (Veitia et al., 2014a). On the other hand, since the agro-systems could be composed of several plots or farms, the six plots that made up the agro-system "La Esperanza" were selected. Consequently, E1 group was integrated by these 6 subsystems (Parcel1, Parcel 2, Parcel 3, Parcel 4, Parcel 5 and Parcel 6), which constitutes the Pm.

Then, this agro-system was evaluated through surveys that were applied to 18 people working in it, with the following composition of local workers: 18 experts (6 doctors in agricultural sciences, 6 doctors in environmental sciences and 6 specialists in soils) and 12 agricultural workers with average level and with more than 10 years of experience in the place. They were organized in groups of four per parcel. These groups consisted of a doctor in agricultural sciences, a soil specialist, and two agricultural workers; and as a group coordinator, a doctor in environmental sciences, who evaluated the presence of the indicators (symptoms of soil overuse syndrome). In the selection of the group of experts, DELPHI method was used, selecting 22 of the 24 people (doctors in agricultural sciences, soil specialists and agricultural workers) that were related to this investigation. A table similar to the fragment that is represented in the following scheme was given to each of the experts were they had to reflect the evaluation considered for each indicator, in the interval 0 and 1 (fuzzy interval)

IndicatorParcel
P1P2….Pm
C1
Cn

Afterwards, the evaluators delivered their results to the group coordinator, where the arithmetic means were calculated for each indicator in each farm, with an approximation to a decimal place, obtaining the first results shown in Table 1.

TABLE 1. 

Results of the evaluation of the soil overuse syndrome by the experts

P1P2P3P4P5P6TotalRanking symptom
C10.40.30.60.90.70.63.59
C20.50.60.90.80.60.53.96
C30.60.50.70.60.50.73.68
C40.50.70.60.50.60.83.77
C50.90.80.70.30.50.43.68
C60.60.60.50.40.60.93.68
C70.80.70.60.90.60.54.15
C80.90.70.80.90.80.951
C90.70.90.80.70.90.94.92
C100.60.70.80.90.80.94.73
C110.90.80.80.70.80.64.64
Total7.47.37.87.67.47.745.2
Ranking Parcels 451342

From Table 1, it was possible to identify the symptoms that most affected the agro-system and the most impacted farms by the syndrome of soil overuse. The results of using this mathematical model in the analysis of the presence of soil overuse syndrome allowed reaching the following conclusions. The agro-system "La Esperanza" is very impacted by the syndrome of soil overuse, due to the fact that its six plots are affected. They are affected by the impact of the global change and the symptoms with greater presence in the system: use of large quantities of phytochemicals (C8), high use of agrochemicals (C9), and little experience of farmers in agricultural work (C10).

Considering the results of the group of experts, an assessment was made of the effects of the soil overuse syndrome according to the types of soils present in the system. They were typical purple Ferrallitic (S1), reddish-brown Ferrallitic (S2), concretionary purple Ferrallitic (S3), laterite purple Ferrallitic (S4), hydrated purple Ferrallitic (S5), typical red Ferrallitic (S6), concretionary red Ferrallitic (S7) , red compacted Ferrallitic (S8), hydrated red Ferrallitic (S9), little reddish Ferrallitic red (S10) (Hernández, 2006; Hernández, 2013); whose distribution in the agro-system was as shown in Table 2.

TABLE 2. 

The parcels and types of soils present

ParcelsSoil types presentPredominant soils
P1S1, S2, S6, S10S6
P2S6,S9,S2,S5S6
P3S6,S5,S8,S1S6
P4S7,S10,S9,S6S10
P5S4,S1,S7,S3S1
P6S9, S10, S5,S1S9

The most affected soil in the agro-system was S6, which occupies an area of 10 hectares, moderately affected was S1, S10, S9; and the least S2, S5, S8, S7, S3, S4.

Starting from the matrix that represents the degree that the indicator meets in the agro-system (see Table 2), the number of symptoms that affect a pair of plots are counted, obtaining the matrix of the degree of affectation of one agro-system with respect to the other, depending on the criteria of experts, as shown in Table 3.

TABLE 3. 

Degree of affectation of an agro-system with respect to another agro-system

P1P2P3P4P5P6
P1X65676
P26X6686
P385X586
P4554X67
P55543X6
P686444X

The level of damage between plots of the same agro-system is shown . Then the value of each element of the matrix was divided by the total of symptoms T = 11 and the quotient matrix K was obtained, see Table 4.

TABLE 4. 

Quotients of dividing the degrees of damages and the total of indicators (symptoms)

P1P2P3P4P5P6
P1X0.540.450.540.630.54
P20.54X0.540.540.720.54
P30.720.45XO.450.720.54
P40.450.450.36X0.540.63
P50.450.450.360.27X0.54
P60.720.540.360.360.36X

Taking a threshold (Um), Um = 0.7, and applying the following function to the elements of the matrix:

A binary matrix J was obtained, see Table 5.

TABLE 5. 

Registration of conversion of minor, equal to or greater quotients than the threshold

P1P2P3P4P5P6
P1X00000
P20X0010
P310X010
P4000X00
P50000X0
P610000X

To obtain a reduced matrix K, the following steps were followed:

  1. The first place in the order were the Pi for which the entire column of the matrix was formed by the largest number of elements with zero value, in this case {P2, P1, P4, P5}

  2. The last place in the ordering was formed by the Pj for which the entire row of the matrix was formed by the greatest number of elements with zero value, in this case {P1, P4, P5}.

  3. The columns were eliminated as the rows that comply with steps 1 and 2 of the matrix J and the process is repeated, as much as the many places were to be obtained.

Applying this procedure to matrix J, the following ordering was obtained {P2, P1, P4, P5}<{P3, P6},

The order was determined by the set of columns eliminated in each iteration.

According to the results obtained by this ordering, greater attention should be given to plots P3 and P6 of the agro-system "La Esperanza", since they were the ones with the highest degree of damaging. This allowed that the corresponding decisions could be made regarding the intervention directed to improve the environmental sustainability of the soils of this agro-system, for the syndrome of soil overuse.

CONCLUSIONS

With the present work, the application of Big6 is shown, as a mathematical instrument based on fuzzy logic and easy to apply to the environmental management problems of agricultural soils, fulfilling the objective of this research. This allowed identifying in "La Esperanza" agro-system, soils highly affected by the syndrome of overuse. The use of large amounts of phytochemicals, high use of agrochemicals and little experience of farmers in agricultural work were observed. In addition, in the agro-system, the soils that are affected in minor, medium or greater quantities by the central mechanism of the syndrome of soil overuse were identified, in this case, the most affected is the typical red Ferrallitic. The results obtained allowed to identify that two of the plots of this agro-system need a greater attention to diminish the effects of the central mechanism of syndrome of soil overuse. In general, managers can use the development of this mathematical model based on fuzzy logic as a tool to support decision-making in environmental management.

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Eduardo R. Veitia Rodríguez, Investigador Centro de Ingeniería Ambiental de Camagüey. CITMA, Camagüey, Cuba. Tel. 262273, 261657. e-mail: eduardo.veitia@reduc.edu.cu

Yoan Martínez-López, e-mail: eduardo.veitia@reduc.edu.cu

The authors of this work declare no conflict of interest.

This article is under license Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)  


 

REVISIÓN

 

La toma de decisiones en la agricultura con empleo de modelos matemáticos difusos


RESUMEN

Los beneficios de la producción agrícola para la sociedad y su interacción con el medio ambiente; tienen carácter subjetivo e impreciso por lo que es adecuado para la aplicación de modelos matemáticos de lógica difusa o borrosa. Se quieren describir las posibilidades de aplicación de estas herramientas a la toma de decisiones en la agricultura cubana. En este trabajo se presenta la manera ordenar un conjunto de agrosistemas, de acuerdo con el grado de presencia de un grupo de síntomas del síndrome de sobreutilización del suelo, lo cual permite actuar reestructurando la biodiversidad para minimizar el mecanismo central.

Palabras clave: 

lógica difusa; síndrome de sobreutilización del suelo; agrosistema; síntoma; modelos matemáticos difusos.


INTRODUCCIÓN

Los modelos matemáticos basados en principios deterministas o en principios estadísticos, se han utilizado persistentemente en la solución de los más variados problemas de las ciencias naturales y la tecnología, tanto con carácter empírico como teórico (Matos y Martínez, 2014; Veitia et al., 2014b, 2014a; Martínez et al., 2017). Fenómenos de naturaleza inorgánica o inanimada regidos por leyes de la mecánica, de la física, o de la química, así como fenómenos de naturaleza orgánica o animada a los que se conectan principios y leyes biológicas ya sea con carácter dinámico o estático, han resultado asimilables por estos modelos matemáticos.

Los modelos matemáticos que pretendan describir fenómenos sociales, deberán tener en cuenta entre otros entes, dos tipos de factores que se dan en ellos: los factores objetivos de Kaufmann y Aluja (1990), es decir aquellos que resultan independientes de los sujetos como las condiciones naturales o los recursos materiales existentes y los factores subjetivos, es decir, los que dependen de los modos de pensar y actuar de los humanos, de su conciencia, su voluntad, o sus deseos, por lo que el estudio de fenómenos de carácter eminentemente social no siempre puede abordarse a partir de modelos matemáticos basados en la aritmética de la certidumbre o de la aleatoriedad, debido a que en estos fenómenos la información de que se dispone muchas veces está cargada de subjetividad e incertidumbre.

En Trillas (1980, 1992); Zadeh (1992, 1996, 1999); Kosko (1993), se publican los primeros trabajos sobre subconjuntos borrosos, que en sus inicio no tuvieron gran acogida, pero con el tiempo sus postulados se han ido desarrollando con aplicaciones en la ingeniería y en la esfera económica y de gestión empresarial. En los últimos años han ganado terreno muchos modelos y algoritmos que han ido conformando los cimientos de lo que se ha dado en llamar matemática numérica y no numérica en la incertidumbre (Zimmermann, 1985). Para ello se ha tomado como fundamento a la lógica difusa con sus variadas interpretaciones, y con estas herramientas se pueden modelar muchos fenómenos de carácter particularmente social donde no resulta muy confiable siquiera asumir ciertas leyes estadísticas para su tratamiento pues la información de que se dispone se encuentra deficientemente estructurada.

La lógica difusa es básicamente una lógica multievaluada que permite valores intermedios para poder definir evaluaciones convencionales como sí/no, verdadero/falso, negro/blanco, etc. Las nociones como "más bien caliente" o "poco frío" pueden formularse matemáticamente y ser procesados por computadoras (Zadeh, 1992, 1996, 1999). De esta forma se ha realizado un intento de aplicar una forma más humana de pensar en la programación con equipos

de cómputo. La lógica difusa o borrosa sirve como herramienta para la toma de decisiones en tareas de gestión ambiental en los sistemas agrícolas amenazados por el síndrome de sobreutilización del suelo (Cassel y Petschel, 2010; Schuschny, 2010; Veitia et al., 2014b).

Los síntomas identificados en esta investigación realizada son: mal manejo de materia orgánica, disminución de la biodiversidad, empleo de tecnologías no sostenible, éxodo rural, aguas contaminadas, poca cobertura vegetal, poca cobertura boscosa, uso de grandes cantidades de fitoquímicos, elevado empleo de agroquímicos, poca experiencia de los agricultores en el trabajo agrícola, insuficiente reciclaje de los residuos de las cosechas, empleo de estándares inadecuados en la producción y el manejo de la humedad de los suelos agrícolas (Alzate, 2006; Veitia et al., 2014b)

El empleo el modelo Big6 Eisenberg y Berkowitz (2005), para la solución de problemas de información; como modelo de competencias en el uso y manejo de la información permitió el desarrollo de los pasos siguientes para la realización del estudio:

  • Establecer los componentes del problema a resolver y los indicadores asociados.

  • Evaluar los componentes asociados en una tabla a los indicadores seleccionados para su evaluación (valores entre 0 y 1).

  • Contar las veces en un componente resulta evaluado igual o superior al que le sigue en una tabla, de esta operación de obtiene número enteros.

  • Dividir cada número ubicado en una casilla de la tabla resultante del, paso “3” entre el número total de indicadores.

  • Establecer el umbral de los resultados del paso “4”; los valore que sean iguales y mayores asignarle el valor “1” y los menores “0”.

  • Identificación de las fincas a prestarle mayor atención para disminuir los efectos del mecanismo central de síndrome de sobreutilización del suelo.

MÉTODOS

La diferencia esencial, según Kaufmann et al. (1986), entre el concepto de subconjunto y el de subconjunto borroso es la siguiente: para los subconjuntos ordinarios la pertenencia de un elemento del conjunto al subconjunto es de todo o nada, es decir este concepto se adapta perfectamente a la llamada lógica binaria. El concepto de subconjunto borroso resulta más abarcador e incluye como caso particular al de subconjunto simple ya que para el caso borroso se aceptan los matices, es decir cada elemento del conjunto puede pertenecer al subconjunto con un cierto grado o nivel, para lo cual resulta cómodo asociarle a cada subconjunto borroso A una función de pertenencia que se expresa como µA(x) definida para cada x del conjunto universal U de tal manera que 0≤µA(x) d≤1.

Si µA(x) toma valores próximos a cero se indica poca pertenencia por parte del elemento x al subconjunto borroso A y valores próximos a 1 indican una alta o elevada pertenencia. Siguiendo esta idea para cualquier conjunto universal U se puede asociar la noción de subconjunto ordinario con la siguiente función característica de pertenencia:

Para los subconjuntos borrosos, la función de pertenencia puede ser continua o discreta atendiendo a las características que se quieran destacar con el subconjunto borroso, como se observa en la Figura 1.

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FIGURA 1. 

Representación de un “Conjunto Borroso”.

Para tomar decisiones con criterios científicos se requiere muchas veces la modelación matemática del problema y para ello puede combinarse el enfoque determinista Gil-Aluja (1999), con el estadístico y con el difuso.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Gestión ambiental en la agricultura

El modelo matemático empleado en la investigación fue propuesto por Gil-Aluja (1999), el cual permite el ordenamiento de un conjunto E1 = {P1, P2, ......., Pm} de m elementos a partir de otro conjunto E2 = { C1, C2, ........., Cn } de n características o cualidades que forman los criterios para el ordenamiento.

Al utilizar el modelo de Gil-Aluja (1999), fueron considerados un conjunto E1 formado por las seis fincas que componen el agrosistema “La Esperanza” y un grupo E2, los que constituían los indicadores para evaluar la presencia del síndrome de Sobre-utilización del suelo. Estos conjuntos fueron los siguientes: E1={P1,P2,P3,P4,P5,P6 } y E2={C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11 }.

Los indicadores (Cn) fueron descritos de la forma siguiente: mal manejo de la materia orgánica(C1), disminución de la biodiversidad(C2), empleo de tecnologías no sostenible(C3), éxodo rural(C4), aguas contaminadas(C5), poca cobertura vegetal(C6), poca cobertura boscosa(C7), uso de grandes cantidades de fitoquímicos(C8), elevado empleo de agroquímicos(C9), poca experiencia de los agricultores en el trabajo agrícola(C10) e insuficiente reciclaje de los residuos de las cosechas(C11) (Veitia et al., 2014a). Por otro lado, como los agrosistemas pueden estar compuestos por varias parcelas o fincas, para el caso 6, razón por la cual el grupo E1 está integrado por estos 6 subsistemas (Parcela1, Parcela2, Parcela3, Parcela4, Parcela5 y Parcela6), que constituye la Pm.

A continuación se procede a diagnosticar el agrosistema con el empleo de 13 expertos y 6 obreros agrícolas, con la siguiente composición: 6 doctores en ciencias agrícolas, 6 especialistas en suelos; organizándose en grupo de a 3 por parcelas. Estos grupos constituidos por 1 doctor en Ciencias agrícolas, 1 especialista en suelos y 1 obrero agrícola con nivel medio y con más de 10 años de experiencia en el lugar y como coordinador de grupo 1 doctor en ciencias ambientales, los cuales evaluaron la presencia de los indicadores (síntomas del síndrome sobreutilización del suelo). En la selección del grupo de expertos se empleó el método DELPHI, seleccionándose 19.

A los que se les entregó una tabla como el fragmento que se representa en el esquema siguiente:

IndicadorParcela
P1P2….Pm
C1
C2
Cn

En la que los miembros del grupo de trabajo reflejaron la evaluación considerada para cada indicador, en el intervalo 0 y 1.

Después, los evaluadores entregaron sus resultados al coordinador de grupo, el que calculó la media aritmética estos por cada indicador en cada finca, con una aproximación a un lugar decimal. Obteniéndose los primeros resultados que se muestran en la Tabla 1:

TABLA 1. 

Resultados de la evaluación el síndrome sobreutilización del suelo por los expertos

P1P2P3P4P5P6TotalRanking Síntomas
C10.40.30.60.90.70.63.59
C20.50.60.90.80.60.53.96
C30.60.50.70.60.50.73.68
C40.50.70.60.50.60.83.77
C50.90.80.70.30.50.43.68
C60.60.60.50.40.60.93.68
C70.80.70.60.90.60.54.15
C80.90.70.80.90.80.951
C90.70.90.80.70.90.94.92
C100.60.70.80.90.80.94.73
C110.90.80.80.70.80.64.64
Total7.47.37.87.67.47.745.2
Ranking Parcelas 451342

A partir de la Tabla 1 se pudieron identificar los síntomas que más afectan al agrosistema y las fincas más impactadas por el síndrome de sobreutilización del suelo.

De los resultados del empleo de este modelo matemático en el análisis de la presencia del síndrome de sobreutilización del suelo, para lo cual fueron evaluados 11 indicadores, llegando a las siguientes conclusiones: que el agrosistema “La Esperanza” está muy impactado por el síndrome de sobreutilización del suelo, puesto que el 68.49 % del territorio estudiado está afectado, por este impacto del cambio global y los síntomas con mayor presencia en el sistema: uso de grandes cantidades de fitoquímicos (C8), elevado empleo de agroquímicos(C9), y poca experiencia de los agricultores en el trabajo agrícola(C10).

Considerando los resultados del grupo de expertos, se realizó una valoración de los efectos del síndrome de sobreutilización del suelo de acuerdo a los tipos de suelos presentes en el sistema; como son ferralítico púrpura típico(S1), ferralítico pardo rojizo(S2), ferralítico púrpura concrecionario(S3), ferralítico púrpura laterizado (S4), ferralítico púrpura hidratado (S5), ferralítico rojo típico (S6), ferralítico rojo concrecionario (S7), ferralítico rojo compactado (S8), ferralítico rojo hidratado (S9), ferralítico rojo poco liviado (S10) Hernández (2006); Hernández et al. (2013); cuya distribución en el agrosistema es como se presenta en la Tabla 2.

TABLA 2. 

Las parcelas y los tipos de suelos presentes

ParcelasTipos de suelos presentesSuelos predominantes
P1S1, S2, S6, S10S6
P2S6,S9,S2,S5S6
P3S6,S5,S8,S1S6
P4S7,S10,S9,S6S10
P5S4,S1,S7,S3S1
P6S9, S10, S5,S1S9

A modo de conclusión se tienen que el suelo más afectado en el agrosistema es el S6, que ocupa una superficie de 10 hectáreas, el medianamente afectado es S1, y los menos S2, S10, S9, S5, S8, S7, S3, S4.

Partiendo de esta matriz que representa el grado que cumple el indicador en el agrosistema, se forma la matriz del grado de afectación de un agrosistema con respecto al otro, en dependencia de los criterios de los expertos, como se muestra en la Tabla 3.

TABLA 3. 

Grado de afectación de un agrosistema con respecto a otro agrosistema

P1P2P3P4P5P6
P1X65676
P26X6686
P385X586
P4554X67
P55543X6
P686444X

Donde se muestra el nivel de afectación entre un mismo agrosistema.

Si se divide el valor de cada elemento de la matriz entre el total de indicadores T = 11, se obtiene la matriz de cociente K, Tabla 4.

TABLA 4. 

Cocientes de las divisiones de los grados de afectaciones y el total de indicadores (síntomas)

P1P2P3P4P5P6
P1X0.540.450.540.630.54
P20.54X0.540.540.720.54
P30.720.45XO.450.720.54
P40.450.450.36X0.540.63
P50.450.450.360.27X0.54
P60.720.540.360.360.36X

Si se toma un umbral (Um), Um = 0.7, y aplicando la siguiente función a los elementos de la matriz:

Se obtiene una matriz binaria J, Tabla 5.

TABLA 5. 

Registro de la conversión de los cocientes menores, iguales o superiores al umbral

P1P2P3P4P5P6
P1X00000
P20X0010
P310X010
P4000X00
P50000X0
P610000X

Donde para obtener una matriz reducida K, se le realiza los siguientes pasos:

  1. El primer lugar en el ordenamiento lo forman los Pi para los cuales toda la columna de la matriz está formada por la mayor cantidad de elementos con valor cero, en este caso {P2, P1, P4, P5}

  2. El último lugar en el ordenamiento lo forman los Pj para los cuales toda la fila de la matriz está formada por la mayor cantidad de elementos con valor cero, en este caso {P1, P4, P5}.

  3. Se eliminan las columnas como las filas que cumplen los pasos 1 y 2 de la matriz J y se repite el proceso, tanto lugares se desea obtener.

Aplicando este procedimiento a la matriz J, se obtuvo el siguiente ordenamiento {P2, P1, P4, P5} < {P3, P6}, Donde el orden lo determinan el conjunto de columnas eliminadas en cada iteración.

En este lo que se debe prestar mayor atención a P3 y P6, por ser la de mayor grado de afectación, según el ordenamiento realizado. Esto permite que se pueda para tomar las decisiones correspondientes en cuanto a la intervención dirigida a mejorar la sostenibilidad ambiental de los suelos de los agrosistemas, para el síndrome de sobreutilización del suelo.

CONCLUSIONES

Con el presente trabajo se muestra la aplicación de una herramienta, como instrumento matemático de fácil aplicación a las problemáticas de la sostenibilidad ambiental de los suelos agrícolas que requieran la toma de decisiones, basada en la lógica difusa (fuzzy logic), lo cual permite identificar los suelos que están afectados en menor, mediana o mayor cuantía por el mecanismo central del síndrome de sobre-utilización del suelo, en este caso, el más afectado es el ferralítico rojo típico, medianamente afectado el ferralítico púrpura típico y los menos afectados: ferralítico pardo rojizo, ferralítico púrpura concrecionario, ferralítico púrpura laterizado, ferralítico púrpura hidratado, ferralítico rojo concrecionario, ferralítico rojo compactado, ferralítico rojo hidratado, ferralítico rojo poco liviado. Los resultados obtenidos indican que el síndrome sobreutilización del suelo está presente en el agrosistema en 68.49% de su superficie.