Effects of Mechanized Harvesting of Sugarcane over the Soil
iDElvis 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
iDEduardo Rafael Saucedo-LeviIIDelegación Provincial de la Agricultura, Departamento de Mecanización, Santi Spíritus, Cuba.
iDOmar González-CuetoIUniversidad
Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
iDMiguel Herrera-SuárezIVUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
iDYoel Betancourt-RodríguezIIIEstación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ETICA Centro-Villa Clara), Ranchuelo, Villa Clara, Cuba.
IUniversidad
Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
IIDelegación Provincial de la Agricultura, Departamento de Mecanización, Santi Spíritus, Cuba.
IIIEstación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ETICA Centro-Villa Clara), Ranchuelo, Villa Clara, Cuba.
IVUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
The
present work is focused on the effects on the soil due to the traffic
of sugarcane harvesting machines. The investigation took place in areas
of three different units of sugarcane production in the UEB “Héctor
Rodríguez”, located on the north coast of Villa Clara. The CASE IH 8 800
harvesting machine and self-dumping car pulled by the Maxxum CASE 150
tractor were used for the study. The main characteristics of the
predominant soils were determined, as well as the variations of soil
micro relief, the bulk density and the soil moisture. The results showed
soil modifications due to the traffic of the equipment during the
harvest, highlighting the effect of the tractor and self-balancing
aggregate. The machines introduce considerably modifications in field
profile, by moving over and through the furrow, affecting the root zone.
Dry bulk density values characteristic of heavy clay soils, were
found, increasing this value after the harvesting machinery passing. On
the other hand, soil moisture of 64.0% became in serious traffic
problems for tractor self-balancing aggregates and causing traffic jam.
In
Cuba there are around 257,700 ha with heavy clay soils and poor
drainage problems dedicated to the cultivation of sugarcane (37%).
Within these soils are those that have specific edaphoclimatic
characteristics, very susceptible to the over-dampening, created by the
rainy periods which require the phytotechnical attention of the cane,
through a differentiated management in the process of its harvest. Areas
with these characteristics have been called high humidity conditions (Cid et al., 2011CID,
G.; T. LOPÉZ; F. GONZÁLEZ; J. HERRERA y M. E. RUIZ: "Propiedades
físicas de algunos suelos de Cuba y su uso en modelos de simulación", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.20: 42-46, 2011. ISSN: 1010-2760.).The
harvest is one of the most important stages in the production of
sugarcane. Because of that, it requires a high degree of organization
and coordination of all the factors involved on it, from the field to
the industry (Rodríguez y Valencia, 2012RODRÍGUEZ,
L. A. y J. J. VALENCIA: "Impacto del tráfico de equipos durante la
cosecha de caña de azúcar (Saccharum officinarum)", Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol.16: 1128-1136, 2012. ISSN: 1415-4366.; Aguilera Esteban et al., 2019AGUILERA
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.).
There
are several basic principles for a good harvest, among them: harvesting
the cane at maximum level of maturity, achieving good rates of
efficiency, minimum fuel consumption, high productivity of the
harvesting and minimum damage in the stump (Rodrígues et al., 2002RODRÍGUES, P.; J. PÉREZ y E. GONZÁLES: "Sistemas de cosecha de la caña de azucar", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.I: 2002. ISSN: 2071-0054.; Matos et al., 2014MATOS,
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: 27-33, 2014. ISSN: 2071-0054.; Guimarães Júnnyor et al., 2019GUIMARÃES
JÚNNYOR, W. D. S.; E. DISERENS; I. C. DE MARIA; C. F. ARAUJO-JUNIOR; C.
V. V. FARHATE y Z. M. DE SOUZA: "Prediction of soil stresses and
compaction due to agricultural machines in sugarcane cultivation systems
with and without crop rotation", Science of The Total Environment, vol.681: 424-434, 2019. ISSN: 0048-9697.).
Soil
compaction is one of the factors that increases soil degradation, being
the most worrying of global environmental problems. Compaction is one
of the causes of the fall in agricultural yields, mainly for the
reduction of the sprouts, for this reason it is considered one of the
main problems to be faced in sugarcane agriculture. The wet soil is much
more susceptible to compaction than dry soil. Between factors that
affect the degree of soil compaction, moisture is considered the most
important (García Ruiz et al., 2010GARCÍA
RUIZ, I.; M. SÁNCHEZ ORTIZ; M. L. VIDAL DÍAZ; Y. BETANCOURT RODRÍGUEZ y
J. ROSA LLANO: "Efecto de la compactación sobre las propiedades físicas
del suelo y el crecimiento de la caña de azúcar", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.19: 51-56, 2010. ISSN: 2071-0054.; Guimarães Júnnyor et al., 2019GUIMARÃES
JÚNNYOR, W. D. S.; E. DISERENS; I. C. DE MARIA; C. F. ARAUJO-JUNIOR; C.
V. V. FARHATE y Z. M. DE SOUZA: "Prediction of soil stresses and
compaction due to agricultural machines in sugarcane cultivation systems
with and without crop rotation", Science of The Total Environment, vol.681: 424-434, 2019. ISSN: 0048-9697.; Emmet-Booth et al., 2020EMMET-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: e00243, 2020. ISSN: 2352-0094.).
Compaction
in agricultural soils is a problem that leads to the high use of energy
in field labors, consumption in machines parts and land degradation,
causing the loss of their properties as well as low rates of production
yield (Colombi & Keller, 2019COLOMBI,
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.; Awe et al., 2020AWE,
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.).
Soil compaction takes place when pressure is applied to the surface, as
a result of trampling by animals and people and the inadequate use of
equipment as tractors, especially when the soil is wet. Compaction
causes changes in the physical properties of the soil, increasing
resistance to penetration, dry bulk density and a reduction in porosity (González et al., 2013GONZÁLEZ,
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: 75-80, 2013. ISSN: 2071-0054.; Mesa et al., 2016MESA,
Y. M.; R. G. VALDÉS; A. E. G. D. L. FIGAL; E. V. TIGASI y J. L. P.
CUELLAR: "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.).
Considering
the high importance of sugarcane production in the economy of the
northern area of Villa Clara Province, both, in yield and in cultivated
areas, which are characterized by heavy soils with poor drainage and
adverse harvest conditions due to high moisture, the objective of this
research is to determine the effects of traffic of machinery during
sugarcane harvesting on the soils of the north coast of Villa Clara.
MATERIALS AND METHODS
The
study was carried out in “Héctor Rodríguez” Base Enterprise Unit, in
three sugarcane production units called: Carlos Perera, Antonio Bacallao
and Monte Lucas, located in the sugar cane massif in north coast of
Villa Clara Sugar Enterprise. The study was performed in sugarcane
plantations in rainfed land conditions. The area under study is
characterized by predominant Oxisol soils with slopes less than 2% and
little effective depth (less than 20 cm), also with compact consistency,
poor drainage, not stoniness and no-rocky scarce concretions (Cid et al., 2011CID,
G.; T. LOPÉZ; F. GONZÁLEZ; J. HERRERA y M. E. RUIZ: "Propiedades
físicas de algunos suelos de Cuba y su uso en modelos de simulación", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.20: 42-46, 2011. ISSN: 1010-2760.).
Due
to these characteristics this soils are prone to maintain high humidity
in rainy stages that makes harvesting difficult and predisposes to
structural damage as well as variation of profile of the furrows. The
machinery that took part in the sugarcane harvest were the CASE IH 8 800
harvester and the self-dumping car pulled by the Maxxum Case IH 150
Tractor (Figure 1).
FIGURE 1.
Machinery used in sugarcane harvest.
The moisture based on dry soil (hbss)%, was determined by the
gravimetric method. Soil samples with a depth of 10, 20 and 30 cm were
taken in the center of the furrow and in the ridge before harvest. The
treatment of the samples in the laboratory was carried out in accordance
with Cuban Standard NC 3447:2003NC 3447:2003: Máquinas Agrícolas y Forestales, Metodología para la determinación de las condiciones de ensayo, Vig. Septiembre 2003..
The
variation of soil profile was determined before and after the transit
of the machinery, using a spirit level and a soil profilometer with
divisions in the horizontal plane every 5 cm and appreciation in the
measurement in the vertical plane of 1 mm. The evaluations were made in a
total width of 3.20 m, from the center of the ridge. Five profilometry
measurements were made per field to 20 m from the edges, to avoid the
areas with the greatest effects caused by the turn and the traffic of
the machinery during the harvest. In addition, damages related to the
transit of trucks and trailers within the field were evaluated based on
the landslide and skidding.
The Chamfer Cylinder method was used
to determine the soil dray bulk density. Soil samples were taken in the
center of the furrow and in the center of the ridge before and after the
passage of the machinery, at depths of 10, 20 and 30 cm using a 5 cm
high and 5 cm diameter cylinder. Samples were dried by oven at a
constant temperature of 105° C, their mass was determined using a
balance with a division value of not more than 0.1 g until constant
values of the soil masses were obtained. The calculation procedure was
performed according to Cuban Standard NC 3447:2003NC 3447:2003: Máquinas Agrícolas y Forestales, Metodología para la determinación de las condiciones de ensayo, Vig. Septiembre 2003..
RESULTS AND DISCUSION
Variations in the Soil Profile
The
profiling of the soil in the fields under studied showed variations due
to the traffic of the different equipment involved in the harvest and
transport of sugarcane. As shown in Figure 2,
in the microrelief measurements before harvesting, height variations
are defined between the furrow and ridge with an average value of 8.13
cm, in the same way the width of the furrow is defined with an average
of 59.6 cm. These values are partially adjusted to the agrotechnical
demands of the crop and allow drainage during the rainy season, which is
especially important in the study area. As shown in profile B of Figure 2,
the pass of the harvester does not produce significant deformations in
the geometry of the ridge, while the machinery passes over the furrows,
showing average sinking of 2.8 cm which does not affects its
structure. In this sense, the harvester was able to move satisfactorily
in all the conditions studied without jam, showing low values of
pressures over the soil.
Finally, as a result of intermediate
transport within the sugarcane field, the height of the ridge is reduced
in the soil profile with an average value of 3.8 cm from the initial
value and the depth of the furrow is maintained at constant values. This
is justified before the increase in the contact area between the tire
and the sides of the ridge which reduces the specific pressure, effect
similar to those obtained by other authors (Gutiérrez-Rodríguez et al., 2012GUTIÉRREZ-RODRÍGUEZ,
F.; A. GONZÁLEZ-HUERTA; D. D. J. PÉREZ-LÓPEZ; O. FRANCO-MORA; E. J.
MORALES-ROSALES; P. SALDÍVAR-IGLESIAS y C. G. MARTÍNEZ-RUEDA:
"Compactación inducida por el rodaje de tractores agrícolas en un
vertisol", Terra Latinoamericana, vol.30: 1-7, 2012. ISSN: 0187-5779.; Rodríguez & Valencia, 2012RODRÍGUEZ,
L. A. y J. J. VALENCIA: "Impacto del tráfico de equipos durante la
cosecha de caña de azúcar (Saccharum officinarum)", Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol.16: 1128-1136, 2012. ISSN: 1415-4366.; Mesa et al., 2016MESA,
Y. M.; R. G. VALDÉS; A. E. G. D. L. FIGAL; E. V. TIGASI y J. L. P.
CUELLAR: "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.).
FIGURE 2.
Variations of soil profile in the UBPC Carlos Perera.
Variations in soil profiling demonstrate the process of soil
compaction and of modification of the furrow geometry of the plantation.
In this process, the machinery for cutting and for intermediate
transport of the sugarcane take part. However, the greatest incidence is
by the tractor with the self-dumping car as a result of the dimensions
of its trail that do not adjust to the furrow width, passing over part
of the planted area. This fact affects the germination of the cane
shoots mainly by the high pressures which are subjected the roots,
according to studies of 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..
Damages
were also found in the headwaters of the furrows due to the turning and
parking of the different equipment involved in the mechanized harvest.
When this procedure is reiterative during harvest, it causes total local
destruction of the entire structure of the furrows.
Variations in Soil Moisture
The soil moisture of the different UBPC (Figure 3)
shows an increase in depth for the three cases under study, all were
below 65% at three levels of depth; considering this value as the upper
limit of moisture for clay soils (Rodríguez, 2015RODRÍGUEZ, I.: Manejo sostenible de tierras en la producción de caña de azúcar. Vol. II, pp 23, ISSN:978-9942-24-031-6,2015.),
and for these conditions, machinery for harvesting and sugarcane
transportation must be able to traffic into the field, according to the
traffic requirements.
FIGURE 3.
Soil moisture versus depth during harvest.
Under the three conditions evaluated, the CASE IH 8800
harvester was able to move satisfactorily, due to the running mats
system, which generates low pressures on the ground. However, this was
not the case for the aggregate formed by the Maxxum CASE tractors with
the self-damping car due to the increase of the moisture present in some
areas of the field, resulting in jam situation (Figure 4).
This phenomenon took place interchangeably in all the fields studied
with major intensity in the fields with greater soil moisture.
FIGURE 4.
Intermediate transport in jam condition.
The prints produced by the tires caused serious deformations
in the soil profile and, as a consequence, in the development of the
sugarcane plant. For recovery, the field needs additional tasks that
increase costs reducing productivity.
Variations in the Soil Dry Bulk Density
Variations
regarding soil dry bulk density before and after the transit of the
machinery used in the sugarcane harvest showed values between 0.8 and
1.38 (g/cm3), where highest values of soil densification were found at the UBPC Monte Lucas (Figure 5).
The UBPC Carlos Perera and J.A Bacallao showed a slight increase with
respect to the depth in the first 20 cm before the harvest, both in the
ridge and in the furrow. The UBPC Monte Lucas, on the other hand, showed
a considerable increase of 1.33 (g/cm3) up to 20 cm deep and
this value is maintained up to 30 cm, this same pattern is shown in the
ridge where it reaches densities of up to 1, 38 (g/cm3). The
cause of this bulk density behavior in this unit may be linked to the
work related to the cultivation in the furrow during the growth of the
sugarcane.
FIGURE 5.
Behavior of dry bulk density before and after harvesting.
For the three case studies an increase in bulk density is
verified after the passage of the harvester and the intermediate
transport, which affects all three agricultural layers of the soil,
mainly the superficial layer.
CONCLUSIONS
Variations
in soil profiling was caused by traffic of harvester, tractor and the
self-balancing car, as well as the parking and turning of the auxiliary
machinery in the headwaters of the furrows. However, the tractor
coupling with the self-balancing car introduce a major modification
because it does not adjust to the used planting frame.
Soil
moisture did not exceed the maximum values for traffic established for
this soil, with values between 24.1% and 64% of moisture, however, only
the harvester was able to move smoothly under such conditions. The
tractor with the self-balancing car experienced jams related to high
moisture in soil depressions.
The dry bulk density of the soil before harvest showed averages between 0.90 and 1.32 g/cm3,
in the three units studied. An increase was observed after the passage
of the harvesting machine system in the furrow and the ridge, with
values between 0.98 and 1.37 g/cm3.
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.
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.
CID,
G.; T. LOPÉZ; F. GONZÁLEZ; J. HERRERA y M. E. RUIZ: "Propiedades
físicas de algunos suelos de Cuba y su uso en modelos de simulación", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.20: 42-46, 2011. ISSN: 1010-2760.
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,
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: e00243, 2020. ISSN: 2352-0094.
GARCÍA
RUIZ, I.; M. SÁNCHEZ ORTIZ; M. L. VIDAL DÍAZ; Y. BETANCOURT RODRÍGUEZ y
J. ROSA LLANO: "Efecto de la compactación sobre las propiedades físicas
del suelo y el crecimiento de la caña de azúcar", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.19: 51-56, 2010. ISSN: 2071-0054.
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: 75-80, 2013. ISSN: 2071-0054.
GUIMARÃES
JÚNNYOR, W. D. S.; E. DISERENS; I. C. DE MARIA; C. F. ARAUJO-JUNIOR; C.
V. V. FARHATE y Z. M. DE SOUZA: "Prediction of soil stresses and
compaction due to agricultural machines in sugarcane cultivation systems
with and without crop rotation", Science of The Total Environment, vol.681: 424-434, 2019. ISSN: 0048-9697.
GUTIÉRREZ-RODRÍGUEZ,
F.; A. GONZÁLEZ-HUERTA; D. D. J. PÉREZ-LÓPEZ; O. FRANCO-MORA; E. J.
MORALES-ROSALES; P. SALDÍVAR-IGLESIAS y C. G. MARTÍNEZ-RUEDA:
"Compactación inducida por el rodaje de tractores agrícolas en un
vertisol", Terra Latinoamericana, vol.30: 1-7, 2012. ISSN: 0187-5779.
NC 3447:2003: Máquinas Agrícolas y Forestales, Metodología para la determinación de las condiciones de ensayo, Vig. Septiembre 2003.
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: 27-33, 2014. ISSN: 2071-0054.
MESA,
Y. M.; R. G. VALDÉS; A. E. G. D. L. FIGAL; E. V. TIGASI y J. L. P.
CUELLAR: "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.
RODRÍGUES, P.; J. PÉREZ y E. GONZÁLES: "Sistemas de cosecha de la caña de azucar", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.I: 2002. ISSN: 2071-0054.
RODRÍGUEZ, I.: Manejo sostenible de tierras en la producción de caña de azúcar. Vol. II, pp 23, ISSN:978-9942-24-031-6,2015.
RODRÍGUEZ,
L. A. y J. J. VALENCIA: "Impacto del tráfico de equipos durante la
cosecha de caña de azúcar (Saccharum officinarum)", Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol.16: 1128-1136, 2012. ISSN: 1415-4366.
ARTÍCULO ORIGINAL
Efectos de la cosecha mecanizada de la caña de azúcar sobre el suelo
iDElvis 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
iDEduardo Rafael Saucedo-LeviIIDelegación Provincial de la Agricultura, Departamento de Mecanización, Santi Spíritus, Cuba.
iDOmar González-CuetoIUniversidad
Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
iDMiguel Herrera-SuárezIVUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
iDYoel Betancourt-RodríguezIIIEstación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ETICA Centro-Villa Clara), Ranchuelo, Villa Clara, Cuba.
IUniversidad
Central “Marta Abreu” de Las Villas, Facultad de Ciencias Agrícolas,
Departamento de Ingeniería Agrícola, Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
IIDelegación Provincial de la Agricultura, Departamento de Mecanización, Santi Spíritus, Cuba.
IIIEstación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ETICA Centro-Villa Clara), Ranchuelo, Villa Clara, Cuba.
IVUniversidad Técnica de Manabí, Facultad de Ingeniería Mecánica, Portoviejo, Manabí, Ecuador.
El presente trabajo aborda el efecto sobre el suelo del paso del sistema de máquinas para la cosecha de caña de azúcar (saccharum officinarum).
La investigación tuvo lugar en áreas de tres unidades de producción de
caña, de la UEB Héctor Rodríguez, en la costa Norte de Villa Clara. Se
emplean para el estudio la cosechadora CASE IH 8 800 y el autobasculante
tirado por el tractor Maxxum CASE 150. Se determinaron las principales
características de los suelos predominantes, así como las variaciones
del microrrelieve, la densidad aparente y los valores de humedad. Los
resultados demostraron afectaciones en el suelo debido al tráfico de los
equipos durante la cosecha, destacándose el efecto del agregado
tractor-autobasculante que afecta considerablemente el microrrelieve por
desplazarse sobre el cantero y afectar las cabeceras de los surcos por
el viraje y parqueo inadecuado de los equipos. Se encontraron valores de
densidad aparente característicos de los suelos arcillosos pesados y un
aumento considerable de este valor debido al paso de la maquinaria. Por
su parte los niveles localizados de humedad de 64,0%, provocaron serios
problemas de traficabilidad para los agregados tractor-autobasculante y
ocasionando reiterados atascaderos.
En
Cuba existen alrededor de 257 700 ha con suelos arcillosos pesados y
problemas de mal drenaje dedicados al cultivo de la caña de azúcar.
Dentro de dichos suelos se encuentran los que tienen características
edafoclimáticas específicas, muy susceptibles al sobre-humedecimiento
creado por los períodos lluviosos, que requieren de la atención
fitotécnica de la caña, mediante un manejo diferenciado en el proceso de
su cosecha. A las áreas con estas características se les ha denominado
áreas con condiciones de alta humedad (Cid et al., 2011CID,
G.; T. LOPÉZ; F. GONZÁLEZ; J. HERRERA y M. E. RUIZ: "Propiedades
físicas de algunos suelos de Cuba y su uso en modelos de simulación", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.20: 42-46, 2011. ISSN: 1010-2760.).
La
cosecha es una de las etapas de mayor importancia en la producción de
caña de azúcar. Es por ello que como proceso exige un alto grado de
organización y coordinación de todos los factores que en ella
intervienen, desde el campo hasta el basculador (Rodríguez y Valencia, 2012RODRÍGUEZ,
L. A. y J. J. VALENCIA: "Impacto del tráfico de equipos durante la
cosecha de caña de azúcar (Saccharum officinarum)", Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol.16: 1128-1136, 2012. ISSN: 1415-4366.; Aguilera Esteban et al., 2019AGUILERA
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.).
Varios son los principios básicos para una buena cosecha, entre ellos:
cosechar la caña en su máximo punto de madurez, cumplir los índices de
eficiencia, gasto de combustible, pérdidas, limpieza y productividad y
reducir al mínimo los daños a la cepa (Rodrígues et al., 2002RODRÍGUES, P.; J. PÉREZ y E. GONZÁLES: "Sistemas de cosecha de la caña de azucar", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.I: 2002. ISSN: 2071-0054.; Matos et al., 2014MATOS,
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: 27-33, 2014. ISSN: 2071-0054.; Guimarães Júnnyor et al., 2019GUIMARÃES
JÚNNYOR, W. D. S.; E. DISERENS; I. C. DE MARIA; C. F. ARAUJO-JUNIOR; C.
V. V. FARHATE y Z. M. DE SOUZA: "Prediction of soil stresses and
compaction due to agricultural machines in sugarcane cultivation systems
with and without crop rotation", Science of The Total Environment, vol.681: 424-434, 2019. ISSN: 0048-9697.).
La
compactación del suelo que es uno de los factores que más contribuyen a
su degradación, el más preocupante de los problemas ambientales
globales. La compactación es una de las causas de la caída de los
rendimientos agrícolas, principalmente en los retoños; por lo que se le
considera uno de los principales problemas que hay que enfrentar en la
agricultura cañera. El suelo húmedo es mucho más susceptible a la
compactación que el suelo seco. De los factores básicos que más afectan
el grado de compactación del suelo, la humedad es el más importante (García Ruiz et al., 2010GARCÍA
RUIZ, I.; M. SÁNCHEZ ORTIZ; M. L. VIDAL DÍAZ; Y. BETANCOURT RODRÍGUEZ y
J. ROSA LLANO: "Efecto de la compactación sobre las propiedades físicas
del suelo y el crecimiento de la caña de azúcar", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.19: 51-56, 2010. ISSN: 2071-0054.; Guimarães Júnnyor et al., 2019GUIMARÃES
JÚNNYOR, W. D. S.; E. DISERENS; I. C. DE MARIA; C. F. ARAUJO-JUNIOR; C.
V. V. FARHATE y Z. M. DE SOUZA: "Prediction of soil stresses and
compaction due to agricultural machines in sugarcane cultivation systems
with and without crop rotation", Science of The Total Environment, vol.681: 424-434, 2019. ISSN: 0048-9697.; Emmet-Booth et al., 2020EMMET-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: e00243, 2020. ISSN: 2352-0094.).
La
compactación en los suelos agrícolas es un problema que conlleva a la
utilización de energía en las labores, alto consumo de recursos y la
degradación del suelo, provocando la pérdida de sus propiedades y bajas
tasas de rendimiento en la producción (Colombi y Keller, 2019COLOMBI,
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.; Awe et al., 2020AWE,
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.).
Dicho factor ocurre cuando se aplica presión o carga a la superficie
del mismo, como resultado de pisoteo de animales, personas y la
inadecuada utilización de equipos como tractores, especialmente cuando
el suelo está húmedo. La compactación causa cambios en las propiedades
físicas del suelo, aumentando la resistencia a la penetración, la
densidad aparente, provocando una reducción de la porosidad (González et al., 2013GONZÁLEZ,
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: 75-80, 2013. ISSN: 2071-0054.; Mesa et al., 2016MESA,
Y. M.; R. G. VALDÉS; A. E. G. D. L. FIGAL; E. V. TIGASI y J. L. P.
CUELLAR: "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.).
Considerando
la importancia del cultivo de la caña en la zona norte de la provincia
de Villa Clara tanto en rendimiento como en área cultivada, las cuales
tienen lugar en suelos pesados que se caracterizan por mal drenaje y
condiciones de cosecha adversas por la elevada humedad el presente
trabajo se propone como objetivo determinar los efectos sobre el suelo
relacionados con el paso del sistema de máquinas durante la cosecha de
la caña de azúcar en ésta zona geográfica.
MATERIALES Y MÉTODOS
El
estudio se desarrolló en la Unidad Empresarial de Base (UEB) Héctor
Rodríguez, en tres Unidades Básicas de Producción Cañera (UBPC): Carlos
Perera, Antonio Bacallao y Monte Lucas, situadas en el macizo cañero de
la costa norte de Villa Clara. Los estudios se realizaron en
plantaciones de caña en condiciones de secano. Los suelos de la zona en
estudio son del tipo Oxisol, con pendientes inferiores al 2% y
profundidad efectiva menor a 20 cm, de consistencia compacta y
deficiente drenaje, propensos a mantener en etapas lluviosas una alta
humedad. Se caracterizan además por un bajo índice de pedregosidad (Cid et al., 2011CID,
G.; T. LOPÉZ; F. GONZÁLEZ; J. HERRERA y M. E. RUIZ: "Propiedades
físicas de algunos suelos de Cuba y su uso en modelos de simulación", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol.20: 42-46, 2011. ISSN: 1010-2760.).
Los equipos que participaron en la cosecha de la caña en las zonas
evaluadas fueron la cosechadora CASE IH 8 800 y el remolque
autobasculante tirado por el Tractor Maxxum Case IH 150 (Figura 1).
FIGURA 1.
Cosechadora y medios de transporte.
Como área experimental se tomó una parcela rectangular de 6.0
ha (2.0 ha de ancho y 3.0 ha de largo), separadas a 20 m de los bordes
del campo para evitar las afectaciones causadas por el viraje y el
tráfico de la maquinaria. Para realizar las mediciones de humedad,
perfil del suelo y densidad aparente, se tomaron 5 puntos
experimentales, distribuidos de forma uniforme en la diagonal del área
experimental, conforme a las metodologías establecidas en la Norma
Cubana NC 3447-2003NC 3447:2003: Máquinas Agrícolas y Forestales, Metodología para la determinación de las condiciones de ensayo, Vig. Septiembre 2003..
Se evaluaron además los daños relacionados con el tránsito del tractor y
el remolque referentes al desprendimiento del suelo y el patinaje.
La
humedad en base al suelo seco (hbss)%, se determinó por el método
Gravimétrico antes de la cosecha en las tres parcelas. Para ello se
tomaron seis muestras de suelo en el centro del surco y en el camellón
en cada punto experimental a una profundidad de 0-10, 10-20 y 20-30 cm,
para un total de 12 muestras. El muestreo se realizó tres horas antes de
la cosecha, posteriormente se realizó el traslado al laboratorio según
lo establecido por la NC 3447-2003NC 3447:2003: Máquinas Agrícolas y Forestales, Metodología para la determinación de las condiciones de ensayo, Vig. Septiembre 2003..
La
variación del perfil del suelo se determinó solamente en la parcela de
la UBPC Carlos Perera, la misma tuvo lugar: antes del paso de la
cosechadora, después del paso de la cosechadora y después del paso del
tractor con el autobasculante, realizando para ello cinco mediciones en
cada punto experimental, se empleó para ello un nivel de burbuja y el
perfilómetro con divisiones en el plano horizontal cada 5 cm y
apreciación en la medición en el plano vertical de 1 mm. Las mediciones
se realizaron en un ancho total de 3,20 m. Para la determinación de la
densidad aparente se utilizó el método del Cilindro Biselado. Para ello
se tomaron seis muestras de suelo en el centro del surco y el camellón
antes y después del paso de la maquinaria, a profundidades de 0-10,
10-20 y 20-30 cm en cada punto experimental, utilizando para ello un
cilindro de 5 cm de altura y 5 cm de diámetro. Se procedió al secado de
las muestras mediante una estufa a una temperatura constante de 105 °C,
determinándose su masa con la utilización de una balanza con valor de
división no mayor que 0,1 g hasta obtener valores constantes de las
masas de suelo (NC 3447-2003NC 3447:2003: Máquinas Agrícolas y Forestales, Metodología para la determinación de las condiciones de ensayo, Vig. Septiembre 2003.).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Variaciones en el perfil del suelo
El
perfilado del suelo en la parcela estudiada mostró variaciones debido
al tráfico de los diferentes equipos que intervienen en la cosecha y
transporte de la caña. Como se muestra en la Figura 2,
en las mediciones del microrelieve del suelo antes de la cosecha se
definen variaciones de altura entre el surco y el camellón con un valor
promedio de 8,13 cm, de igual modo se define el ancho del surco con un
promedio de 59,6 cm. Estos valores se ajustan de forma parcial a las
demandas agrotécnicas del cultivo y posibilitan el drenaje durante la
estación lluviosa lo que resulta especialmente importante en la zona de
estudio.
Como se muestra el perfil B de la figura, el pase de la
cosechadora no produce deformaciones significativas en la geometría del
camellón, en tanto la misma se desplaza sobre los surcos, los cuales
muestran valores promedio de hundimiento de 2,8 cm lo que no afecta la
estructura del mismo. Por su parte, la máquina cosechadora fue capaz de
desplazarse satisfactoriamente en todas las condiciones estudiadas sin
atascamientos.
Finalmente, como consecuencia del paso del tractor y
el remolque dentro del campo, en el perfil del suelo se reduce la
altura del camellón con un valor promedio de 3,8 cm respecto al valor
inicial y se mantiene en valores constantes la profundidad del surco,
esto se justifica ante el aumento del área de contacto entre el
neumático y los laterales del camellón lo que reduce la presión
específica, similar a lo obtenido por otros autores (Gutiérrez-Rodríguez et al., 2012GUTIÉRREZ-RODRÍGUEZ,
F.; A. GONZÁLEZ-HUERTA; D. D. J. PÉREZ-LÓPEZ; O. FRANCO-MORA; E. J.
MORALES-ROSALES; P. SALDÍVAR-IGLESIAS y C. G. MARTÍNEZ-RUEDA:
"Compactación inducida por el rodaje de tractores agrícolas en un
vertisol", Terra Latinoamericana, vol.30: 1-7, 2012. ISSN: 0187-5779.; Rodríguez y Valencia, 2012RODRÍGUEZ,
L. A. y J. J. VALENCIA: "Impacto del tráfico de equipos durante la
cosecha de caña de azúcar (Saccharum officinarum)", Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, vol.16: 1128-1136, 2012. ISSN: 1415-4366.; Mesa et al., 2016MESA,
Y. M.; R. G. VALDÉS; A. E. G. D. L. FIGAL; E. V. TIGASI y J. L. P.
CUELLAR: "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.).
FIGURA 2.
Variaciones promedio del perfil del suelo.
Las variaciones del perfilado del suelo demuestran el
proceso de compactación de la capa superficial del suelo y modificación
de la geometría de la plantación. En este proceso inciden tanto los
medios para el corte como el transporte intermedio de la caña, no
obstante, la mayor incidencia la tiene el tractor con el remolque
autobasculante, como consecuencia de las dimensiones de su trocha que no
se ajustan al ancho de siembra, transitando sobre parte del camellón
plantado. Este hecho afecta considerablemente la germinación de los
retoños de la caña debido fundamentalmente a las altas presiones a que
son sometidas según estudios de 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..
Se
constataron además daños ocasionados en las cabeceras de los surcos
debido al viraje y aparqueamiento de los diferentes equipos que
participan en la cosecha mecanizada. Este hecho, cuando se convierte en
una práctica habitual durante la cosecha ocasiona destrucción localizada
de la totalidad de la estructura de los surcos.
Variaciones en la humedad del suelo
La humedad de los suelos en las diferentes unidades productivas (Figura 3),
reflejó un aumento respecto a la profundidad para los tres casos de
estudio y todos estuvieron por debajo del 65% en los tres niveles de
profundidad; siendo este el límite superior de humedad para suelos
arcillosos (Rodríguez, 2015RODRÍGUEZ, I.: Manejo sostenible de tierras en la producción de caña de azúcar. Vol. II, pp 23, ISSN:978-9942-24-031-6,2015.).
Para estas condiciones deben ser capaces de traficar los diferentes
medios que intervienen en la cosecha y transporte de la caña, según sus
exigencias de traficabilidad.
FIGURA 3.
Humedad del suelo antes de la cosecha.
En las tres condiciones evaluadas, la cosechadora CASE IH
8800 fue capaz de desplazarse satisfactoriamente, debido al sistema de
rodaje por esteras, el cual genera bajas presiones sobre el suelo. Sin
embargo, no se produjo el mismo comportamiento para el caso del agregado
formado por los tractores Maxxum CASE con el autobasculante debido al
incremento de los valores de humedad presentes en zonas puntuales del
campo, dando como resultado la aparición de atascaderos (Figura 4).
Este fenómeno tuvo lugar indistintamente en todos los campos estudiados
con mayor intensidad en los campos con mayor humedad del suelo.
FIGURA 4.
Zona del atascamiento del transporte intermedio.
Las huellas producidas por el atascamiento provocaron serias
deformaciones en el perfil de suelo y como consecuencia en el
desarrollo posterior del cultivo; para cuya recuperación son necesarias
diferentes labores adicionales que incrementan los costos y limitan la
productividad.
Variaciones de la densidad aparente del suelo
Las
variaciones referentes a la densidad aparente promedio, antes y después
del paso de la maquinaria utilizada en la cosecha mostraron valores
entre 0,8 y 1,38 (g/cm3), donde los valores mayores de densificación del suelo se encontraron en la UBPC Monte Lucas (Figura 5).
Las UBPC Carlos Perera y J.A. Bacallao mostraron un ligero incremento
de la densidad aparente respecto a la profundidad en los primeros 20 cm
en las mediciones realizadas antes de la cosecha, tanto en el camellón
como en el surco. La UBPC Monte Lucas por su parte, mostró un incremento
considerable de 1.33 (g/cm3) hasta los 20 cm de profundidad y
luego se mantiene este valor hasta los 30 cm, este mismo patrón se
muestra en el camellón donde alcanza densidades de hasta 1,38 (g/cm3).
La causa de este comportamiento de la densidad en esta unidad puede
estar vinculada a las labores relacionadas con el cultivo en el surco
durante el crecimiento de la caña.
FIGURA 5.
Comportamiento de la densidad aparente promedio antes y después de la cosecha.
Para los tres casos de estudio se verifica un incremento en
la densidad aparente después del paso de la cosechadora y el transporte
intermedio lo que afecta en mayor cuantía la capa superficial del suelo.
CONCLUSIONES
Se
constataron variaciones del perfilado del suelo causadas por el paso de
la cosechadora, el tractor y el remolque autobasculante, así como el
parqueo y viraje de los medios auxiliares en las cabeceras de los
surcos, incidiendo con mayor intensidad el paso del autobasculante el
cual no se ajusta al marco de siembra empleado.
La humedad del
suelo no sobrepasó los valores máximos de traficabilidad establecidos,
con valores entre 24,1 y 64%, no obstante, solamente la cosechadora fue
capaz de trasladarse sin dificultades en tales condiciones. El tractor
con el remolque autobasculante experimentó atascaderos relacionados a la
alta humedad en depresiones del suelo.
La densidad aparente del suelo antes de la cosecha mostró promedios entre 0,90 y 1,32 g/cm3,
constatándose en las tres unidades estudiadas un incremento de esta
propiedad después del paso del sistema de máquinas para la cosecha,
tanto en el surco como en el camellón con valores entre 0,98 y 1,37 g/cm3.