Effects on soil and stump of mechanized activities in sugar cane cultivation
iDDr.C. Elvis López-BravoIUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba. *✉:elvislb@uclv.edu.cu
iDDr.C. Omar González-CuetoIUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
iDIng. Luis Manuel Hernández-PérezIUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
iDDr.C. Miguel Herrera-SuárezIIIIUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
IUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
IIUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
The
objective of the present work, was to determine the main effects on the
soil and in the sugar cane stumps, of mechanized activities in the
plantations. It was carried out in the Basic Unit of Cooperative
Production (UBPC) ¨Máximo Gómez¨, belonging to the municipality of
Camajuaní, Villa Clara. To carry out the research, a characterization of
the study area was made; the variations of the furrow profile were
determined; resistance to penetration and soil moisture in the root zone
and in the street, also damage to the cane strain was identified. The
main results showed agglomerations of residues from the previous harvest
and clean spaces without stumps and new sprout. The resistance to soil
penetration showed values of 0,8 and 1,2 kPa on surface of the street
and the area of the stumps respectively, increasing with the depth of
the soil up to 30 cm. Soil moisture in the stumps was higher than in the
street up to 25 cm deep, with values of 28,6 and 30% respectively on
the surface. For its part, the profile of the furrows showed a
considerable variability in regarding the geometry and height of the
ridges. Limitations were found in terms of the depth of the main roots,
their vitality and quantity, the secondary or capillary roots showed low
development.
For
the sustainable production of cane sugar must be considered its impact
from the environmental, economic and social point of view, as
fundamental pillars of sustainability. The compaction of soils dedicated
for sugarcane plantations is one of the causes of the fall in
agricultural yields, having a negative effect on the growth and
development of the new sprout, being one of the main problems to solve
in actual sugar cane agriculture (R. Prado et al., 2018
R. PRADO; MIGUEL HERRERA SUÁREZ; K.R. RAMÍREZ; M LUCAS; C. JARRE y J.
P. D. CORCHO: "Factores limitantes para la mecanización de la caña de
azúcar en la provincia Manabí, Ecuador", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Cuba, vol. 27(4): 1-11 2018. ISSN:2071-0054.; Colombi y Keller, 2019
COLOMBI, T. y T. KELLER: "Developing strategies to recover crop
productivity after soil compaction - A plant eco-physiological
perspective", Soil and Tillage Research, vol. 191: 156-161, 2019. ISSN:0167-1987.).
Soils
with high moisture content to respect of plastic limit are more
susceptible to compaction than dry soils in presence of external loads,
normally generated by the pressures on the soil by means of tillage, the
wheels of harvest machinery and transport. In addition, their
properties such as clay content, porosity and bulk density also increase
the compaction processes. As the good integration of the technologies
involved in mechanized harvesting is achieved, the harmful effects on
the soil can be minimized (González et al., 2013
GONZÁLEZ, O.; M. HERRERA SUÁREZ; C. E. IGLESIAS y E. LÓPEZ: "Análisis
de los modelos constitutivos empleados para simular la compactación del
suelo mediante el método de elementos finitos", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 22 (1): 75-80, 2013. ISSN:2071-0054.; Matos et al., 2014
MATOS, N.; C. IGLESIAS y E. GARCÍA: "Organización racional del complejo
de máquinas en la cosecha - transporte - recepción de la caña de azúcar
en la Empresa Azucarera Argentina ", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 23 (1): 27-33, 2014. ISSN:2071-0054.; Aguilera Esteban et al., 2019
AGUILERA ESTEBAN, D. A.; Z. M. DE SOUZA; C. A. TORMENA; L. H. LOVERA;
E. DE SOUZA LIMA; I. N. DE OLIVEIRA y N. DE PAULA RIBEIRO: "Soil
compaction, root system and productivity of sugarcane under different
row spacing and controlled traffic at harvest", Soil and Tillage Research, vol. 187 60-71, 2019. ISSN:0167-1987.).
Technological
systems have been introduced in Cuba that include innovative harvesting
machines, seeders and transport with auto-tipper. With the aim of
reducing the damage of sugarcane fields during mechanized harvesting,
the transportation system called split travel or sugar cane transhipment
was introduced by means of self-tipping trailers or semi-trailers
pulled by medium and high power tractor within the field and trucks with
trailers to pull towards the industry tipper. This technology is
intended to reduce the costs of the harvest and improve the quality of
the row material for the industry. In the same way, subsoiling and deep
cultivation of the soils are used as part of the agrotechnical
attentions (Morejón et al., 2016
MOREJÓN, Y.; R. GONZÁLEZ; A. GARCÍA; E. VEGA y J. PÉREZ: "Influencia de
la cosecha mecanizada de la cañade azúcar en la compactación del
suelo", Revista Ing Agrícola, vol. 6 (1): 33-38, 2016. ISSN:2227-8761.; Martínez et al., 2020
MARTÍNEZ, R.; M. ACEVEDO; M. R. YANES y O. GONZÁLEZ-CUETO: "Indicadores
de explotación de la cosechadora de caña de azúcar CASE IH Austoft
8800", Revista Ingeniería Agrícola, vol. 10 ((1)): 28-32, 2020. ISSN:2227-8761.).
Beside,
farmers have developed methods to prevent damaging soil disturbance due
to excessive cultivation and to rebuild soils that have already been
severely damaged (Colombi y Keller, 2019
COLOMBI, T. y T. KELLER: "Developing strategies to recover crop
productivity after soil compaction - A plant eco-physiological
perspective", Soil and Tillage Research, vol. 191: 156-161, 2019. ISSN:0167-1987.; Emmet-Booth et al., 2020
EMMET-BOOTH, J. P.; N. M. HOLDEN; O. FENTON; G. BONDI y P. D.
FORRISTAL: "Exploring the sensitivity of visual soil evaluation to
traffic-induced soil compaction", Geoderma Regional, vol. 20: 36-43, 2020. ISSN:2352-0094.).
The decrease in the agricultural yield of sugarcane fields has been
linked to the reduction in soil fertility and modification of its
physical and mechanical properties. These modifications have special
emphasis on compacted soils, which includes a drastic reduction in water
infiltration capacity, drainage and porosity as well as an increase in
apparent density. On the other hand, soil compaction is mainly caused by
mechanized operations such as harvesting, transport and agrotechnical
treatments where the weight of the machinery is transformed into greater
densification of the soils, damage of stumps, sprouts and geometry of
the furrows (Ahmed Chacón-Iznaga, 2019
AHMED CHACÓN-IZNAGA, M. R.-O., EDITH AGUILA-ALCANTARA, A. COLÁS, D .
GONZÁLEZ, D. L. ALVAREZ, J. BAERDEMAEKER, W. SAEYS: "Comparación de
firmas espectrales vis-NIR de suelos cultivados con caña de azúcar
(Sacharum sp.) en la provincia de Villa Clara", Centro Agrícola, vol. 46 (4): 13-20 2019. ISSN:0253-5785.; Emmet-Booth et al., 2020
EMMET-BOOTH, J. P.; N. M. HOLDEN; O. FENTON; G. BONDI y P. D.
FORRISTAL: "Exploring the sensitivity of visual soil evaluation to
traffic-induced soil compaction", Geoderma Regional, vol. 20: 36-43, 2020. ISSN:2352-0094.).
The objective of the present work is to determine the main effects on
the soil and stumps of sugar cane caused by mechanized activities in the
sugarcane plantation.
MATERIALS AND METHODS
The
study took place in field number 2 of 17,5 ha of the UBPC ¨Máximo
Gómez¨, located at coordinates 22,4827° North and 79,8070° West of the
municipality of Camajuaní, Villa Clara (Figure 1).
Which has an area of 203 ha dedicated of sugarcane plantation of Cuba
86-12 (C86-12) variety, wide on the island and favourable adaptation to
areas with water stress, production of sprout as well as adaptable to
poorly drained soils (González R.M. et al., 2011
GONZÁLEZ R.M., A. R., TUERO S., ACOSTA D., PARDO L., CASANOVA Y.,
GONZÁLEZ J.R., MANRESA M.,; G. R. DOMÍNGUEZ N., SÁNCHEZ W., DE LA ROSA
L., HERNÁNDEZ G., LÓPEZ G., LORA N., y J. I. GÁMEZ H., JORGE H., MESA
J.M., RODRÍGUEZ M. Y SARMIENTO N.: "Censo de variedades de caña de
azúcar cultivadas en Cuba al cierre del 2010", ATAC, vol. 72: (3): 9-13, 2011. ISSN:ISSN 0138-7553.).
The predominant soil in the field is brown with carbonates; with low
stony index and undulating geography. Measurements were made 26 days
after harvest, for which a KTP-2M harvester was used. As agrotechnical
attention, the cultivation was carried out 16 days after harvest using
the M-160 implement forming aggregates with MTZ-80 tractor. As part of
the study, the determination of the microrelief basic on furrow
geometry, cone index, soil moisture content and damage on the stumps was
carried out, for which a total of 20 experimental points distributed
diagonally in the field at 30 m of distance and faraway of the
guardrail.
FIGURE 1.
Location of field 2.
For the measurements of the field microrelief, the
profilometer of metal rods of 2 m long equipped with depth markers, 26
cm of separation between rods and height of 50 cm was used in order to
determine the depth in furrow and street (Cruz Díaz et al., 2015
CRUZ DÍAZ, M.; M. HERRERA SUÁREZ; A. TABOADA CRISPI y L. GARCÍA
PEDRAZA: "Determinación de la geometría del perfil del suelo mediante el
método de tratamiento de imágenes", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 24 31-35, 2015. ISSN:2071-0054.).
The
moisture content measurements were taken in the midpoint of the furrow,
and near to the root zone in the ridge. At each point, four measurement
were taken at depths of 0-10, 10-20, 20-30 and 30-40 cm (Figure 2).
FIGURE 2.
Soil moisture sampling.
Soil moisture was determined based on dry soil (% hbss) using
the gravimetric method, which is based on the lost weight of a wet
sample subjected at 105° C to the oven for 8 hours (Figure 3),
The final weight of the sample was obtained using analytical balance
under precision of 0,0001 g. The data obtained by the gravimetric method
were processed using the software: StatGraphics ver. 5,1 for a
confidence level of 95%. The following expression was used for
calculation:
%hbss = Water / Pss ∙100 (1)
were:
Water,
Lost water during dry, g;
Pss,
Dry weight soil, g.
FIGURE 3.
Drying of soil sampling.
The penetration soil resistance was determined by the cone
index, known as IC index, measurements were made in the midpoint of the
furrow, and next to the root zone in the ridge. For each point, four
measurements were made at depths of 0, 10, 20, and 30 cm, three
replicates of each measurement were made. The direct reading
penetrometer with conical tip of 1,3 cm2 area were used, the penetration force was determined using the following expression:
IC = F / Ac (2)
where:
ic,
Cone index, Pa;
F,
Penetration stress, N;
Ac,
Frontal area of cone tip, m2.
The penetration stress (F) was determined by the following expression:
F = k ∆x / 1000 (3)
where:
k,
Elastic constant of the penetrometer, 4,83 N/m;
∆x,
Sprint deformation, mm.
For
mechanical effects on the sugarcane stumps, a total of 10 samples were
selected in the field in correspondence with the selected experimental
points. Pits arranged in a longitudinal orientation to the furrows with
depth between of 50 cm were excavated, allowing the visualization of the
root structure. The quantity of sprout was determined in the selected
stumps and macroscopic examination was carried out, using digital images
in order to determine the structural damage and vitality of the root
system. The damaged stumps were sectioned in order to evaluate their
internal development.
RESULTS AND DISCUSSION
Results of soil compaction
Resistance
to soil penetration showed an increase associated with the depth taken
in the root zone of the stumps and in the street (Figure 4).
However, this increase does not manifest in a similar way in both cases
and for the different depths. In the root zone of the sprouts, the IC
penetration resistance was 1,2 kPa on the surface and had a linear
increase up to 20 cm depth, the increase being less between 20 and 30 cm
until reaching the 3,5 kPa. This resistance behavior is justified by
the lateral pressures, generated by the passage of the tires to which
the ridge is subjected, compacting the soil in the root zone. These
pressures are lower as the depth increases, which leads to less
resistance of the soil just below the root zone being part of the
results obtained with the modelling the effects of tires described by González et al. (2013)
GONZÁLEZ, O.; M. HERRERA SUÁREZ; C. E. IGLESIAS y E. LÓPEZ: "Análisis
de los modelos constitutivos empleados para simular la compactación del
suelo mediante el método de elementos finitos", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 22 (1): 75-80, 2013. ISSN:2071-0054..
On the other hand, the resistance in the street was lower, as a
consequence of the cultivation operation, the surface layer of the soil
is separated, being divided by the mechanical action of the implement,
the subsequent effect of water and heat, among other factors. This fact
justifies the value of 0,8 kPa on surface, shows a slight increase to
the depth of 10 cm. However, between 20 and 30 cm in depth the
resistance increases in a linear way, showing a tensions accumulation,
until reaching 3,2 kPa.
FIGURE 4.
Cone index at different depths.
Variation in soil moisture
Soil
moisture, taken on the ridge and the street, shows great variability
with respect to depth as well as a difference in behaviour for both
cases (Figure 5).
FIGURE 5.
Soil moisture at different depths in the street and ridge.
The moisture of soil in the ridge was higher than the
moisture in street in the surface of the furrow, this behaviour is
sustained up to 28 cm deep, where the moisture in the street exceeds the
moisture in the ridge. The moisture on the ridge close to stump is
favoured by the accumulation of dry leaves and crop residues, which
avoids the direct incidence of solar rays and constitutes one of the
methods for the conservation and protection of soil according to Colombi y Keller (2019)
COLOMBI, T. y T. KELLER: "Developing strategies to recover crop
productivity after soil compaction - A plant eco-physiological
perspective", Soil and Tillage Research, vol. 191: 156-161, 2019. ISSN:0167-1987..
A significant decrease in humidity is also shown after 25 cm of depth,
reaching values of 31,2%. On the contrary, the exposure to the air and
the sun from the street after mechanized cultivation, as well as the
fragmentation of the aggregates, favours the reduction of surface
humidity up to 15 cm deep, the water passes to lower strata increasing
the humidity in a non-linear way up to 35 cm.
Soil profile evaluation
As a result of profile measurements, the characteristic curves obtained in field were digitalized. Figure 6
shows one of the measurements made where micro-relief of the furrow and
the ridge is shown. The profile obtained shows an irregular
distribution, reaching values of 17,1 cm in maximum height and minimum
of 4,9 cm in the median with respect to the bottom of the street, which
is represented as a zero line. The irregularities of the profile on the
street are result of the cultivation activity in this section the
lifting of clods predominates, causing appreciable differences in depth.
The furrow profile analysis showed that there is considerable
variability in the geometry and height of the ridges in the average
profile of the field. Figure 7
shows the graphic processing of the profile results in one of the
sampling points, showing that in all cases the height values of the
ridge are less than 25 cm for an average of 18 cm. Such conditions are
linked to deficiencies for root development of the stumps due to
insufficient nutrients, as well as allowing erosion by rain and wind in
the area of the sprouts (Y. Betancourt Rodríguez, 2019 Y. BETANCOURT RODRÍGUEZ, D. P.: "Asistencia técnica de la labranza en el control de arvenses en caña de azúcar", Revista Ingeniería Agrícola, Cuba, vol. (9(4): 34-41): 2019. ISSN:2227-8761.; Awe et al., 2020
AWE, G. O.; J. M. REICHERT y E. FONTANELA: "Sugarcane production in the
subtropics: Seasonal changes in soil properties and crop yield in
no-tillage, inverting and minimum tillage", Soil and Tillage Research, vol. 196 14-20, 2020. ISSN:0167-1987.).
Similarly, the average height of all the profile measurements made did
not exceed 25 cm, maintaining the irregular behaviour, both in the
furrow and in the ridge.
FIGURE 7.
Digital furrow profile.
Effects on sugar cane stumps
In
the studied samples, a maximum depth of the main roots of 45 cm was
obtained, although only up to 30 cm was sufficient vitality and quantity
(Figure 8a). The
presence of stumps with low foliar development were also identified,
representing 8,2% of the study area, which showed severe limitations of
the root zone (Figure 8b). On the other hand, the secondary or capillary roots (Figure 9a)
show a low development in the damaged stumps, which mean a deficient
suction process of water and nutrients from the soil. These stumps are
characterized by only having between one and three sprouts, while the
stumps in better conditions have between six and twelve sprouts and a
better development of the root zone is observe.
FIGURE 8.
Stumps with adequate development (a); stumps with deficiencies (b).
FIGURE 9.
Detail of root system (a), section of damaged stumps (b).
Finally, the stumps with severe limitations in their
development showed insufficient root volume, caused mainly by the
detachment from the soil, because of the direct contact with mechanized
tools in cultivation activities or lateral pressures during harvest. Figure 9b
shows a sample of the collected stumps, where the effects of internal
dry up is appreciated, this process ending with the eventual death of
the stump.
CONCLUSIONS
Penetration
soil resistance, showed values of 0,8 and 1,2 kPa on the surface of the
street and the area of the stumps respectively, in both cases the IC
increases with the depth of the soil up to 30 cm, reaching values of 3,2
and 3,5 kPa. Resistance in the street was lower than the ridge as a
result of mechanized cultivation.
Soil moisture in the ridge of
the furrow was higher than humidity in the street up to 25 cm deep, with
values of 28,6 and 30% respectively on the surface, favored by the
accumulation of crop residues.
The analysis of soil profile of
the furrows showed a considerable variability in geometry and height of
the ridges, which do not exceed 25 cm and irregularities in the furrow
street related to soil cultivation.
The radical system of the
stumps showed a maximum depth of the main roots of 45 cm, with lack of
vitality and their quantity in the damaged stumps, while the secondary
or capillary roots show insufficient development.
REFERENCES
AGUILERA ESTEBAN, D. A.; Z. M. DE SOUZA; C. A. TORMENA; L. H. LOVERA;
E. DE SOUZA LIMA; I. N. DE OLIVEIRA y N. DE PAULA RIBEIRO: "Soil
compaction, root system and productivity of sugarcane under different
row spacing and controlled traffic at harvest", Soil and Tillage Research, vol. 187 60-71, 2019. ISSN:0167-1987.
AHMED CHACÓN-IZNAGA, M. R.-O., EDITH AGUILA-ALCANTARA, A. COLÁS, D .
GONZÁLEZ, D. L. ALVAREZ, J. BAERDEMAEKER, W. SAEYS: "Comparación de
firmas espectrales vis-NIR de suelos cultivados con caña de azúcar
(Sacharum sp.) en la provincia de Villa Clara", Centro Agrícola, vol. 46 (4): 13-20 2019. ISSN:0253-5785.
AWE, G. O.; J. M. REICHERT y E. FONTANELA: "Sugarcane production in the
subtropics: Seasonal changes in soil properties and crop yield in
no-tillage, inverting and minimum tillage", Soil and Tillage Research, vol. 196 14-20, 2020. ISSN:0167-1987.
COLOMBI, T. y T. KELLER: "Developing strategies to recover crop
productivity after soil compaction - A plant eco-physiological
perspective", Soil and Tillage Research, vol. 191: 156-161, 2019. ISSN:0167-1987.
CRUZ DÍAZ, M.; M. HERRERA SUÁREZ; A. TABOADA CRISPI y L. GARCÍA
PEDRAZA: "Determinación de la geometría del perfil del suelo mediante el
método de tratamiento de imágenes", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 24 31-35, 2015. ISSN:2071-0054.
EMMET-BOOTH, J. P.; N. M. HOLDEN; O. FENTON; G. BONDI y P. D.
FORRISTAL: "Exploring the sensitivity of visual soil evaluation to
traffic-induced soil compaction", Geoderma Regional, vol. 20: 36-43, 2020. ISSN:2352-0094.
GONZÁLEZ, O.; M. HERRERA SUÁREZ; C. E. IGLESIAS y E. LÓPEZ: "Análisis
de los modelos constitutivos empleados para simular la compactación del
suelo mediante el método de elementos finitos", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 22 (1): 75-80, 2013. ISSN:2071-0054.
GONZÁLEZ R.M., A. R., TUERO S., ACOSTA D., PARDO L., CASANOVA Y.,
GONZÁLEZ J.R., MANRESA M.,; G. R. DOMÍNGUEZ N., SÁNCHEZ W., DE LA ROSA
L., HERNÁNDEZ G., LÓPEZ G., LORA N., y J. I. GÁMEZ H., JORGE H., MESA
J.M., RODRÍGUEZ M. Y SARMIENTO N.: "Censo de variedades de caña de
azúcar cultivadas en Cuba al cierre del 2010", ATAC, vol. 72: (3): 9-13, 2011. ISSN:ISSN 0138-7553.
MARTÍNEZ, R.; M. ACEVEDO; M. R. YANES y O. GONZÁLEZ-CUETO: "Indicadores
de explotación de la cosechadora de caña de azúcar CASE IH Austoft
8800", Revista Ingeniería Agrícola, vol. 10 ((1)): 28-32, 2020. ISSN:2227-8761.
MATOS, N.; C. IGLESIAS y E. GARCÍA: "Organización racional del complejo
de máquinas en la cosecha - transporte - recepción de la caña de azúcar
en la Empresa Azucarera Argentina ", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 23 (1): 27-33, 2014. ISSN:2071-0054.
MOREJÓN, Y.; R. GONZÁLEZ; A. GARCÍA; E. VEGA y J. PÉREZ: "Influencia de
la cosecha mecanizada de la cañade azúcar en la compactación del
suelo", Revista Ing Agrícola, vol. 6 (1): 33-38, 2016. ISSN:2227-8761.
R. PRADO; MIGUEL HERRERA SUÁREZ; K.R. RAMÍREZ; M LUCAS; C. JARRE y J.
P. D. CORCHO: "Factores limitantes para la mecanización de la caña de
azúcar en la provincia Manabí, Ecuador", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Cuba, vol. 27(4): 1-11 2018. ISSN:2071-0054.
Y. BETANCOURT RODRÍGUEZ, D. P.: "Asistencia técnica de la labranza en el control de arvenses en caña de azúcar", Revista Ingeniería Agrícola, Cuba, vol. (9(4): 34-41): 2019. ISSN:2227-8761.
NOTES
The
mention of trademarks of specific equipment, instruments or materials
is for identification purposes, there being no promotional commitment in
relation to them, neither by the authors nor by the publisher.
ARTÍCULO ORIGINAL
Efectos en el suelo y la cepa de la actividad mecanizada en el cultivo de la caña de azúcar
iDDr.C. Elvis López-BravoIUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.*✉:elvislb@uclv.edu.cu
iDDr.C. Omar González-CuetoIUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
iDIng. Luis Manuel Hernández-PérezIUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
iDDr.C. Miguel Herrera-SuárezIIUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
IUniversidad
Central “Marta Abreu” de las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
IIUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
El
presente trabajo tuvo como objetivo determinar los principales efectos
sobre el suelo y la cepa, de las actividades mecanizadas en plantaciones
de caña de azúcar. El mismo se realizó en la Unidad Básica de
Producción Cooperativa (UBPC) ¨Máximo Gómez¨, perteneciente al municipio
de Camajuaní, Villa Clara. Para la realización de la investigación se
llevó a cabo una caracterización de la zona de estudio; se determinaron
las variaciones del perfil de los surcos; la resistencia a la
penetración y la humedad del suelo en la zona radicular y en la calle y
se identificaron daños sobre la cepa de caña. Los principales resultados
mostraron aglomeraciones de residuos de la cosecha anterior y espacios
despoblados de cepas y nuevos brotes. La resistencia a la penetración
del suelo, mostró valores de 0,8 y 1,2 kPa en la superficie de la calle y
de la zona de la cepa respectivamente, aumentando con la profundidad
del suelo hasta los 30 cm. La humedad del suelo en la cepa resultó mayor
que en la calle hasta los 25 cm de profundidad, con valores de 28,6 y
30% respectivamente en la superficie. Por su parte, el perfil de los
surcos mostró que existe una considerable variabilidad en cuanto a la
geometría y la altura de los camellones. Se encontraron limitaciones en
cuanto a la profundidad de las raíces principales, su vitalidad y
cantidad, las raíces secundarias o capilares mostraron un bajo
desarrollo.
Para
la producción sostenible de azúcar de caña se deben considerar su
impacto desde el punto de vista ambiental, económico y social como
pilares fundamentales de la sostenibilidad. La compactación de los
suelos destinados a las plantaciones cañeras, es una de las causas de la
caída de los rendimientos agrícolas, teniendo un efecto negativo en el
crecimiento y desarrollo de las cepas, siendo uno de los principales
problemas que hay que enfrentar en la agricultura cañera (R. Prado et al., 2018
R. PRADO; MIGUEL HERRERA SUÁREZ; K.R. RAMÍREZ; M LUCAS; C. JARRE y J.
P. D. CORCHO: "Factores limitantes para la mecanización de la caña de
azúcar en la provincia Manabí, Ecuador", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Cuba, vol. 27(4): 1-11 2018. ISSN:2071-0054.; Colombi y Keller, 2019
COLOMBI, T. y T. KELLER: "Developing strategies to recover crop
productivity after soil compaction - A plant eco-physiological
perspective", Soil and Tillage Research, vol. 191: 156-161, 2019. ISSN:0167-1987.).
Los suelos con valores altos de humedad respecto al límite de
plasticidad, son más susceptibles a la compactación que los suelos secos
en presencia de cargas externas generadas por las presiones de los
medios de labranza, cosecha y transporte. Inciden además en los procesos
de compactación propiedades de los mismos tales como el contenido de
arcilla, la porosidad y la densidad aparente. En la medida que se logre
una buena integración de las tecnologías que intervienen en la cosecha
mecanizada, se podrán minimizar los efectos perjudiciales al suelo (González et al., 2013
GONZÁLEZ, O.; M. HERRERA SUÁREZ; C. E. IGLESIAS y E. LÓPEZ: "Análisis
de los modelos constitutivos empleados para simular la compactación del
suelo mediante el método de elementos finitos", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 22 (1): 75-80, 2013. ISSN:2071-0054.; Matos et al., 2014
MATOS, N.; C. IGLESIAS y E. GARCÍA: "Organización racional del complejo
de máquinas en la cosecha - transporte - recepción de la caña de azúcar
en la Empresa Azucarera Argentina ", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 23 (1): 27-33, 2014. ISSN:2071-0054.; Aguilera Esteban et al., 2019
AGUILERA ESTEBAN, D. A.; Z. M. DE SOUZA; C. A. TORMENA; L. H. LOVERA;
E. DE SOUZA LIMA; I. N. DE OLIVEIRA y N. DE PAULA RIBEIRO: "Soil
compaction, root system and productivity of sugarcane under different
row spacing and controlled traffic at harvest", Soil and Tillage Research, vol. 187 60-71, 2019. ISSN:0167-1987.).
En
Cuba se han introducido sistemas tecnológicos que incluyen novedosas
máquinas cosechadoras, sembradoras y transporte con auto-basculante. Con
el objetivo de reducir los daños a los campos cañeros producto de la
cosecha mecanizada, se introduce el sistema de transporte denominado
tiro partido o trasbordo de caña mediante remolques o semirremolques
auto basculantes tirados por tractor de mediana y alta potencia dentro
del campo y el empleo de camiones con remolques para el tiro hacia el
basculador de la industria. Se pretende con esta tecnología una
disminución de los costos de la cosecha y la mejora de la calidad del
material que va a la industria. De igual modo se emplean labores de
subsolado y cultivo profundo de los suelos como parte de la atención
agrotécnica (Morejón et al., 2016
MOREJÓN, Y.; R. GONZÁLEZ; A. GARCÍA; E. VEGA y J. PÉREZ: "Influencia de
la cosecha mecanizada de la cañade azúcar en la compactación del
suelo", Revista Ing Agrícola, vol. 6 (1): 33-38, 2016. ISSN:2227-8761.; Martínez et al., 2020
MARTÍNEZ, R.; M. ACEVEDO; M. R. YANES y O. GONZÁLEZ-CUETO: "Indicadores
de explotación de la cosechadora de caña de azúcar CASE IH Austoft
8800", Revista Ingeniería Agrícola, vol. 10 ((1)): 28-32, 2020. ISSN:2227-8761.).
Por su parte los agricultores han desarrollado métodos para prevenir la
alteración perjudicial del suelo debido al cultivo excesivo y para
reconstruir suelos que ya han sido alterados con graves daños (Colombi y Keller, 2019
COLOMBI, T. y T. KELLER: "Developing strategies to recover crop
productivity after soil compaction - A plant eco-physiological
perspective", Soil and Tillage Research, vol. 191: 156-161, 2019. ISSN:0167-1987.; Emmet-Booth et al., 2020
EMMET-BOOTH, J. P.; N. M. HOLDEN; O. FENTON; G. BONDI y P. D.
FORRISTAL: "Exploring the sensitivity of visual soil evaluation to
traffic-induced soil compaction", Geoderma Regional, vol. 20: 36-43, 2020. ISSN:2352-0094.).
El
descenso del rendimiento agrícola de los campos de caña ha estado
vinculado principalmente a la reducción de la fertilidad de los suelos y
la modificación de las propiedades físicas y mecánicas del mismo entre
otros factores. Estas modificaciones tienen especial énfasis en suelos
compactados, lo cual incluye una reducción drástica de la capacidad de
infiltración del agua, el drenaje y la porosidad así como el incremento
de la densidad aparente. Por su parte, la compactación del suelo es
provocada principalmente por las operaciones mecanizadas como la
cosecha, transporte y tratamientos agrotécnicos donde el peso de la
maquinaria se transforma en mayor densificación de los suelos, daños a
la cepa y la geometría de los surcos (Ahmed Chacón-Iznaga, 2019
AHMED CHACÓN-IZNAGA, M. R.-O., EDITH AGUILA-ALCANTARA, A. COLÁS, D .
GONZÁLEZ, D. L. ALVAREZ, J. BAERDEMAEKER, W. SAEYS: "Comparación de
firmas espectrales vis-NIR de suelos cultivados con caña de azúcar
(Sacharum sp.) en la provincia de Villa Clara", Centro Agrícola, vol. 46 (4): 13-20 2019. ISSN:0253-5785.; Emmet-Booth et al., 2020
EMMET-BOOTH, J. P.; N. M. HOLDEN; O. FENTON; G. BONDI y P. D.
FORRISTAL: "Exploring the sensitivity of visual soil evaluation to
traffic-induced soil compaction", Geoderma Regional, vol. 20: 36-43, 2020. ISSN:2352-0094.).
El objetivo del presente trabajo es determinar los principales efectos
sobre el suelo y la cepa de la caña de azúcar como resultado de las
actividades mecanizadas en la plantación cañera.
MATERIALES Y MÉTODOS
El
estudio realizado tuvo lugar en el campo 2, con una extensión de 17,5
ha perteneciente a la UBPC ¨Máximo Gómez¨, ubicado en las coordenadas
22,4827° Norte y 79,8070° Oeste del municipio de Camajuaní, Villa Clara (Figura 1).
La cual cuenta con una extensión de 203 ha dedicadas al cultivo de la
caña de azúcar de la variedad Cuba 86-12 (C86-12), de amplia extensión
en la isla y favorable adaptación a zonas con estrés hídrico, producción
de retoños así como adaptable a suelos de mal drenaje (González R.M. et al., 2011
GONZÁLEZ R.M., A. R., TUERO S., ACOSTA D., PARDO L., CASANOVA Y.,
GONZÁLEZ J.R., MANRESA M.,; G. R. DOMÍNGUEZ N., SÁNCHEZ W., DE LA ROSA
L., HERNÁNDEZ G., LÓPEZ G., LORA N., y J. I. GÁMEZ H., JORGE H., MESA
J.M., RODRÍGUEZ M. Y SARMIENTO N.: "Censo de variedades de caña de
azúcar cultivadas en Cuba al cierre del 2010", ATAC, vol. 72: (3): 9-13, 2011. ISSN:ISSN 0138-7553.).
En esta área predominan los suelos pardos con carbonato de baja
pedregosidad y geografía ondulada. Las mediciones se realizaron 26 días
después de la cosecha, para la cual se empleó una cosechadora KTP-2M.
Como atención agrotécnica se realizó el cultivo de la calle a los 16
días de la cosecha, empleando el apero M-160 formando agregado con el
tractor MTZ-80. Como parte estudio se realizó la determinación del
microrelieve en base a la geometría de los surcos, el índice de cono, la
humedad del suelo y los daños a la cepa, para lo cual se tomaron un
total de 20 puntos experimentales distribuidos de forma diagonal en el
campo a una distancia de 30 m entre ellos y separados de la guardarraya.
FIGURA 1.
Localización del campo 2.
Para las mediciones del microrelieve del campo se empleó el
perfilómetro de varillas metálicas de 2 m de alcance, una separación de
26 cm entre varillas y altura total de 50 cm para la determinación de la
profundidad, las mismas están equipadas de señalizadores de profundidad
(Cruz Díaz et al., 2015
CRUZ DÍAZ, M.; M. HERRERA SUÁREZ; A. TABOADA CRISPI y L. GARCÍA
PEDRAZA: "Determinación de la geometría del perfil del suelo mediante el
método de tratamiento de imágenes", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 24 31-35, 2015. ISSN:2071-0054.).
Las
mediciones de humedad se realizaron en el centro del surco, y próximo a
la zona radicular en el camellón. En cada punto se tomaron cuatro
réplicas a profundidades de 0-10, 10-20 y 20-30 cm (Figura 2).
FIGURA 2.
Muestreo de la humedad del suelo.
La humedad se determinó en base al suelo seco (%hbss)
mediante el método gravimétrico, el cual se basa en el peso perdido de
una muestra húmeda sometida a la estufa a 105°C durante 8 horas (Figura 3),
se empleó una balanza analítica de precisión 0,0001 g. Se procesaron
los datos obtenidos por el método gravimétrico utilizando el software:
StatGraphics versión 5.1, para un nivel de confianza del 95%.
Para el cálculo se empleó la siguiente expresión:
% hbss = Agua / Pss ∙100 (1)
donde:
Agua,
agua perdida, g;
Pss,
peso del suelo seco, g.
FIGURA 3.
Secado de las muestras del suelo.
La resistencia del suelo a la penetración se determinó
mediante el índice de cono, las mediciones se realizaron en el centro
del surco, y próximo a la zona radicular en el camellón. Para cada punto
se realizaron cuatro mediciones a las profundidades de 0, 10, 20, y 30
cm, Se tomaron tres réplicas de cada medición. Para ello se empleó el
penetrómetro de lectura directa y punta cónica con área de 1,3 cm2, la fuerza de penetración se determinó empleando la siguiente expresión:
IC = F / Ac (2)
donde:
IC,
índice de cono, Pa;
F,
Esfuerzo con que se realiza la penetración, N;
Ac,
Área frontal de la punta el cono, m2.
El esfuerzo de penetración (F) se determinó mediante la siguiente expresión:
F = k ∙∆x / 1000 (3)
donde:
k,
Constante elástica del muelle del penetrómetro, 4,83 N/m;
∆x,
Lectura de la deformación del muelle, mm.
Para
la determinación de los efectos mecánicos sobre las cepas de caña de
azúcar, se seleccionaron un total de 10 muestras en el campo en
correspondencia con los puntos experimentales seleccionados. Se
excavaron calicatas dispuestas en orientación longitudinal a los surcos y
profundidad de 50 cm, posibilitando la visualización de la estructura
de la raíz. A las cepas seleccionadas se le determinó la cantidad de
brotes y se realizó un examen macrocroscópico mediante imágenes
digitales con el objetivo de determinar los daños estructurales y
vitalidad del sistema radicular. Se seccionaron además las cepas dañadas
para evaluar su desarrollo interno.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Resultados de la compactación del suelo
La
resistencia a la penetración del suelo mostró un incremento asociado a
la profundidad tomadas en la zona radicular de las cepas y en la calle (Figura 4).
No obstante este incremento no se manifiesta de forma similar en ambos
casos, ni para las diferentes profundidades. En la zona de la raíz de la
cepa, la resistencia a la penetración IC fue de 1,2 kPa en la
superficie y tuvo un incremento lineal hasta los 20 cm de profundidad,
siendo menor el incremento entre los 20 y 30 cm hasta alcanzar los 3,5
kPa. Este comportamiento de la resistencia se justifica por las
presiones laterales generadas por el paso de los neumáticos a las cuales
está sometido el camellón, compactando el suelo en la zona radicular.
Estas presiones son menores según aumenta la profundidad, lo que
propicia menor resistencia del suelo justo debajo de la zona radicular y
son parte de los resultados obtenidos con la modelación de los efectos
de los neumáticos descritos por González et al. (2013)
GONZÁLEZ, O.; M. HERRERA SUÁREZ; C. E. IGLESIAS y E. LÓPEZ: "Análisis
de los modelos constitutivos empleados para simular la compactación del
suelo mediante el método de elementos finitos", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 22 (1): 75-80, 2013. ISSN:2071-0054..
Por su parte la resistencia en la calle resultó menor, como
consecuencia de la operación de cultivo, mediante el mismo se separa la
capa superficial del suelo, fraccionándose por la acción mecánica del
apero, el efecto posterior del agua y el calor, entre otros factores.
Este hecho justifica el valor de 0,8 kPa en la superficie, luego muestra
un ligero incremento hasta la profundidad de 10 cm. No obstante, entre
10 y 30 cm de profundidad la resistencia se incrementa de forma lineal,
mostrando una acumulación de tensiones, hasta alcanzar los 3,2 kPa.
FIGURA 4.
Índice de cono a diferentes profundidades.
Variación de la humedad del suelo
La
humedad del suelo, tomada en la zona radicular de la cepa y en la
calle, muestra una gran variabilidad respecto a la profundidad así como
una diferencia de comportamiento para ambos casos (Figura 5).
FIGURA 5.
Humedad del suelo a diferentes profundidades en la calle y la cepa.
La humedad superficial del suelo en la cepa resultó mayor
que en la calle, con valores de 30 y 28,6% respectivamente , este
comportamiento se mantiene hasta los 28 cm de profundidad, donde la
humedad en la calle sobrepasa la humedad en la cepa, favorecida por la
acumulación de hojas secas y residuos de la cosecha, lo que evita la
incidencia directa de los rayos solares y constituye uno de los métodos
para la conservación y protección del suelo (Colombi y Keller, 2019
COLOMBI, T. y T. KELLER: "Developing strategies to recover crop
productivity after soil compaction - A plant eco-physiological
perspective", Soil and Tillage Research, vol. 191: 156-161, 2019. ISSN:0167-1987.).
Se muestra además una sensible disminución de la humedad después de los
25 cm de profundidad alcanzando valores de 31,2%. Por el contrario, la
exposición al aire y el sol de la calle luego del cultivo mecanizado,
así como la fragmentación de los agregados, propicia la reducción de la
humedad en la superficie hasta los 15 cm de profundidad, el agua pasa a
estratos inferiores aumentando así la humedad de forma no lineal hasta
los 35 cm.
Evaluación del perfil de los surcos
Como
resultado de las mediciones del perfil de los surcos, se elaboraron de
forma digital las curvas que caracterizan los mismos. En la Figura 6
se muestra una de las mediciones realizadas donde se aprecia el
microrelieve del surco y el camellón. El perfil obtenido muestra una
distribución irregular, alcanzando valores de 17,1 cm de altura máxima y
mínimo de 4,9 cm en el camellón respecto al fondo de la calle
representada como línea cero. Se muestran además las irregularidades del
perfil de la calle como resultado de la labor de cultivo, en esta
sección predomina el levantamiento de terrones provocando apreciables
diferencias de profundidad.
El análisis del perfil de los surcos
mostró que existe una considerable variabilidad en cuanto a la geometría
y la altura de los camellones en el perfil promedio del campo. En la Figura 7
se muestra el procesamiento gráfico de los resultados del perfil en uno
de los puntos de muestreo, evidenciando que en todos los casos los
valores de altura del camellón son inferiores a 25 cm para un promedio
de 18 cm. Tales condiciones están vinculadas a deficiencias para el
desarrollo radicular de los brotes por insuficiencia de nutrientes, así
como posibilita la erosión por la lluvia y el viento en la zona de la
cepa (Y. Betancourt Rodríguez, 2019 Y. BETANCOURT RODRÍGUEZ, D. P.: "Asistencia técnica de la labranza en el control de arvenses en caña de azúcar", Revista Ingeniería Agrícola, Cuba, vol. (9(4): 34-41): 2019. ISSN:2227-8761.; Awe et al., 2020
AWE, G. O.; J. M. REICHERT y E. FONTANELA: "Sugarcane production in the
subtropics: Seasonal changes in soil properties and crop yield in
no-tillage, inverting and minimum tillage", Soil and Tillage Research, vol. 196 14-20, 2020. ISSN:0167-1987.).
De forma similar el promedio de la altura de todas las mediciones de
perfil realizadas no rebasó los 25 cm manteniéndose el comportamiento
irregular tanto en la zona del surco como en el camellón.
FIGURA 6.
Medición del perfil del surco.
FIGURA 7.
Procesamiento del perfil de los surcos.
Efectos sobre la cepa de la caña
En
las muestras estudiadas, se obtuvo una profundidad máxima de las raíces
principales de 45 cm, aunque solo hasta 30 cm se encontró suficiente
vitalidad y cantidad de las mismas (Figura 8 (a)).
Se identificaron además la presencia de cepas con bajo desarrollo
foliar, representando el 8,2% del área de estudio, las cuales mostraron
severas limitaciones de la zona radicular (Figura 8 (b)). Por su parte, las raíces secundarias o capilares mostradas en la Figura 9 (a),
muestran un bajo desarrollo en las cepas dañadas, lo que propicia un
deficiente proceso de succión del agua y los nutrientes del suelo. Estas
cepas se caracterizan por solo tener entre uno y tres brotes, en tanto
las cepas en mejores condiciones cuentan entre seis y doce brotes y se
evidencia un mayor desarrollo de la zona radicular.
FIGURA 8.
Cepas con desarrollo adecuado (a); cepas con insuficiencias (b).
FIGURA 9.
Zona radicular de las cepas de caña (a), sección de cepas dañadas (b).
Finalmente, las cepas con severas limitaciones en su
desarrollo mostraron un insuficiente volumen radicular, causado por el
contacto directo con los medios de labranza en las actividades de
cultivo, las presiones laterales de los neumáticos y el aplastamiento
durante la cosecha. La Figura 9b
muestra un ejemplar de las cepas recolectadas donde se aprecian los
efectos de desecado interior que propicia la eventual desaparición de la
misma.
CONCLUSIONES
La
resistencia a la penetración del suelo, mostró valores de 0,8 y 1,2 kPa
en la superficie de la calle y de la zona de la cepa respectivamente,
en ambos casos el IC aumenta con la profundidad del suelo hasta los 30
cm, alcanzando valores de 3,2 y 3,5 kPa. La resistencia en la calle fue
menor en todo el perfil como resultado del cultivo mecanizado.
La
humedad del suelo en la cepa resultó mayor a la humedad en la calle
hasta los 25 cm de profundidad, con valores de 28,6 y 30%
respectivamente en la superficie, favorecida por la acumulación de
residuos de cosecha.
El análisis del perfilado de los surcos
mostró que existe una considerable variabilidad en cuanto a la geometría
y la altura de los camellones, los cuales no rebasan los 25 cm de
altura, así como una variación en el perfil de la calle como
consecuencia de las operaciones de cultivo.
La zona radicular de
las cepas mostró una profundidad máxima de las raíces principales de 45
cm, con insuficiente vitalidad y cantidad de las mismas en cepas dañadas
por el contacto con aperos de labranza y neumáticos, en tanto las
raíces secundarias o capilares muestran un insuficiente desarrollo.