Climatic Context of the Study Area

Table 1 summarizes the average annual climatic conditions recorded during the study period, from 2021 to 2025, for the Guayabal farm area in San José de las Lajas, Mayabeque, by the Cuban Institute of Meteorology. It highlights trends compiled from historical average data (2010-2024) for the area (INSMET-Cuba, 2025INSMET-CUBA: Reportes de las estaciones metereológicas de Cuba, Inst. Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2025.). These constitute independent variables that influence the dynamics of the agroecosystem, the generation of biomass, the production of organic waste and the conservation and transformation processes proposed on the farm over time.

Variables and Parameters Evaluated

Based on the described climatic context, 18 physical-chemical, biological, and socio-productive parameters of the farm were evaluated, as shown in Table 2. The main dependent variables included: (I) soil organic matter content (%), (II) soil pH, (III) nutrient availability (N, P, K), (IV) organic waste generation - kg/month (a variable directly influenced by climatic conditions of temperature and precipitation), (V) agroecosystem management, (VI) composition of the generated waste, and (VII) socio-productive indicators (labor, organization, among others).

Sampling and Data Collection

A simple random sampling design was established in three main plots of the Guayabal farm (intensive crop area, pastureland, and reserve area). In each plot, 10 single samples were taken at a depth of 0-20 cm using an auger. The single sample from each plot was homogenized to obtain a composite sample per plot (n = 3 composite samples in total).

Sampling was carried out during the dry season (March) to ensure stable moisture conditions. Each sampling point was georeferenced using GPS.

Residue Data Collection

A participatory inventory of organic waste generated on the farm was conducted over 30 consecutive days. The brigade leader and two producers recorded the waste daily on templates designed for the study, which included: (I) type of waste (manure, crop residue, pruning waste, plants, etc.). (II) estimated quantity (kg). (III) Current destination (burning, stockpiling, animal feed, etc.).

Selection of participants for interviews and workshops

Purposive sampling was used to select key stakeholders connected to the farm (Kvale, 2011KVALE, S.: Las entrevistas en investigación cualitativa, Ed. Morata, 7^a Morata ed., Madrid, España, 2011, ISBN: 978-84-7112-655-7.): (I) Inclusion criteria were based on length of service on the farm (more than 2 years). (II) Participation in production decision-making and willingness to collaborate. (III) The selected participants were 20 key stakeholders (farm management council (3), 2 brigade leaders, 5 permanent stakeholders, and 10 farm and university specialists who support innovation processes on the farm).

Qualitative Data Collection Techniques

The following qualitative data collection techniques were applied with the prior consent of the farm stakeholders:

(I) Semi-structured interviews were conducted using a guide with open-ended questions about: perception of waste, knowledge of bio-inputs, usefulness of waste, impact of its use, willingness to change, and expectations (Kvale, 2011KVALE, S.: Las entrevistas en investigación cualitativa, Ed. Morata, 7^a Morata ed., Madrid, España, 2011, ISBN: 978-84-7112-655-7.).

(II) Participant observation was carried out through six field visits (February, March, and April 2025) to directly observe waste flows and bio-input needs, using audio recordings, photos, and field notes, with the respective georeferencing. (III) A participatory diagnostic workshop was convened with The focus group technique (Morgan, 1997MORGAN, D.L.: Focus groups as qualitative research, Ed. Thousand Oaks, CA: Sage Publications, 2nd Ed ed., 1997, ISBN: 978-0-7619-0343-7.), was applied to 50% of the selected stakeholders on the farm to identify problems related to waste management and input needs, using audio recordings, photos, field notes, and georeferencing. (IV) Analytical methods from characterization laboratories for soil, bio-inputs, and bromatological studies of organic waste, referred to in Table 2 and carried out in the laboratories of the Faculty of Agronomy of the Agrarian University of Havana (UNAH) and the National Institute of Agricultural Sciences (INCA).

Objective of the design

A theoretical technical-methodological procedure was designed for the physical and operational implementation of a mini-biofactory for bio-inputs on the Guayabal farm. This procedure comprises the set of steps, tools, and conditions necessary to install and operate the system (pilot and scaled-up levels). adapted to the farm's endogenous conditions.

Sources and technical references for the design

A literature review of national and international experiences was conducted, consulting more than 25 publications from the period 2010-2025 in databases such as Scopus and SciELO. National contributions included: the "El Patio" mini-biofactory Reyes et al. (2022)REYES, A.; PÉREZ, M.; DÍAZ, C.: Experiencia de biofactorías comunitarias en Granma: lecciones aprendidas, Inst. Ministerio de la agricultura, Instituto de Suelos, Informe Técnico en prensa, La Habana, Cuba., integrated community biofactories in Granma (Pérez et al., 2021PÉREZ, A.; RODRÍGUEZ, M.; DÍAZ, C.: “Evaluación participativa de biofactorías comunitarias en la provincia de Granma”, Cultivos tropicales, 42(2), 2021.), and low-cost biodigesters in the provinces of Mayabeque and Havana (González & Martinez, 2019GONZÁLEZ, R.; MARTINEZ, L.: “Implementación de biodigestores de bajo costo en pequeñas fincas de La Habana. Estudio de Caso”, Pastos y Forrajes, 42(3): 215-223, 2019.; IS-Cuba, 2023IS-CUBA: Modelos de gestión circular de residuos orgánicos en fincas de Mayabeque, Cuba, Ministerio de la agricultura, Instituto de Suelos, Informe técnico, La Habana, Cuba, 2023.) International references included the implementation of agroecological design principles (Altieri & Nicholls, 2012ALTIERI, M.A.; NICHOLLS, C.I.: Agroecología: única esperanza para la soberanía alimentaria y la resiliencia socioecológica, Ed. SOCLA, 2012, ISBN: 978-958-44-6978-6.), González & Martinez, 2019GONZÁLEZ, R.; MARTINEZ, L.: “Implementación de biodigestores de bajo costo en pequeñas fincas de La Habana. Estudio de Caso”, Pastos y Forrajes, 42(3): 215-223, 2019.), biofactories, waste management models (Castro & Fernández, 2023CASTRO, J.; FERNÁNDEZ, E.: Modelo de gestión circular de residuos orgánicos en fincas de Mayabeque, Inst. Ministerio de la agricultura, Instituto de Suelos, informe técnico, La Habana, Cuba, 2023.), and nutrient cycle closure. (Rodríguez et al., 2020RODRÍGUEZ, A.; PÉREZ, M.; DÍAZ, C.: “Metodología para el balance de nutrientes en finca agroecológicas de Cuba”, Pastos y forrajes, 43(2), 2020, Disponible en:https://scielo.sld.cu/pdf/pyf/v43n2/2078-8452-pyf-43-02-112.pdf. ). The analysis of these references allowed for the identification of best practices, limitations, and lessons learned, which were incorporated into the procedure design to adapt it to the specific conditions of the Guayabal farm.

Participatory Tools for Procedure Design

Three participatory workshops were held (June-October 2024) with the same key stakeholders from Phase I for the collaborative development of the procedure. The techniques used are shown in Table 3.

The SWOT matrix allowed for the identification of strategies (SO, ST, WO, WT) that were translated into a consensus-based action plan with 12 activities grouped into: (I) infrastructure adaptation; (II) technology acquisition; (III) training; and (IV) participatory monitoring. This plan formed the basis of the final procedure.

Structuring the Implementation Procedure

Using the information above, a theoretical procedure was developed, structured in five sequential phases using the Deming cycle (PDCA) approach adapted to agroecological systems: (I) georeferencing, preparation, and adaptation of the physical space (selection of areas and conditioning); (II) construction, adaptation, and assembly of technology (biodigesters, composters, management areas, etc.); (III) start-up and operational launch (initial loading, inoculation); A. Pilot level; B. Extension level; and (IV) training and transfer (training for producers). Monitoring and initial adjustments (pilot level). This procedure was presented and discussed with the farm stakeholders in a participatory feedback workshop for its social validation (Geilfus, 2022GEILFUS, F.: 80 herramientas para el desarrollo participativo: diagnóstico, planificación, monitoreo, evaluación, Ed. IICA, San José. Costa Rica, 2022, ISBN: 978-92-9039-428-5.), where the following adjustments were suggested, agreed upon, and implemented: (I) adaptation of technical language to local terms and everyday usage in the community; (II) modification of the order of some activities according to the seasonal availability of labor; and (IV) incorporation of traditional waste management practices that the stakeholders considered important for conservation.

As a result of this collaborative process, a final version of the procedure was obtained, agreed upon and contextualized to the conditions of the Guayabal farm, ready for implementation in a later stage. It should be clarified that this process constituted the social and participatory validation of the design, but not empirical validation, which would require the implementation and monitoring of the procedure in the field in subsequent studies of the project.

Feasibility Estimates of the Proposal

To evaluate the potential feasibility of the designed procedure, estimates and projections were made based on available information and models referenced in the literature (Table 2):

These estimates do not constitute empirical validation of the procedure, but rather a theoretical approximation that suggests its potential viability and guides future stages of implementation and field monitoring.

Participatory SWOT Matrix

In the initial workshops with key stakeholders, information was gathered and the following were identified primarily through the SWOT matrix analysis:

Strategic SWOT Matrix Analysis and Derived Actions

Based on this analysis, a SWOT matrix was analyzed with all the variables, allowing for the derivation of key strategic actions (Núñez et al., 2020NÚÑEZ, J.R.; RUBIO, Z.S.; REYES, R.M.: “Capacitación sobre la extensión agraria en las cooperativas de producción agropecuarias Amistad Cuba- Nicaragua”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo local, 7(3): 12, 2020.), to implement the plan design, prioritizing a framework for adaptation in other contexts (replicability). A strategic action plan was derived, focused on five crucial phases:

Sizing the Mini-Biofactory

Based on the available raw materials (992 t/year of crop residues, weeds, forage, and surplus, and 989 t/year, of which 50% is 1978 t/year, from cattle and small livestock), and considering a low-cost approach, the pilot-phase Mini-Biofactory was sized using the existing disused storage structures. The estimated capacity for the first 1-2 years is to process 200 t/year of bio-inputs, which can cover 100% of the farm's endogenous agricultural needs plus any surplus for initial sale. The estimated capacity for the next 3-5 years, with the addition of silo structures, would be to process 500 t/year of bio-inputs, and it is estimated that this capacity could eventually supply the entire region. These phases are summarized in Table 6.

The estimation of the estimated production capacities compared with the internal demand for the farm, which supports its self-sufficiency (Table 7).

The estimated global self-sufficiency of 162% exceeds the 100% threshold recommended by Altieri et al. (2015)ALTIERI, M.A.; NICHOLLS, C.I.; HENAO, A.; LANA, M.A.: “Agroecology and the design of climate change-resilient farming systems: MA Altieri et al.”, Agronomy for sustainable development, 35(3): 869-890, 2015, ISSN: 1774-0746., for considering a biofactory implementation model viable. The surpluses shown in Table 7 suggest a revenue opportunity that could accelerate the return on investment, indicating the model's economic viability. The estimated cost-per-investment analysis for the pilot and expansion phases (Table 8) shows that, although the initial investment and operating costs are $2,750 and $2,500 higher, respectively, in the expansion phase, the net annual profit increases with a payback period of one month.

The return on investment (ROI) of 315% and 345% far exceeds the 15-20% considered acceptable for agricultural projects (López et al., 2020LÓPEZ, R.; GARCÍA, M.; MARTINEZ, J.: “Impacto de huracanes en la cobertura vegetal, análisis de cambios en el NDVI y umbrales de resiliencia en ecosistemas tropicales”, Revista Ciencias Ambientales, 15(2): 45-60, 2020, DOI: https://doi.org/10.38142/ijesss. ). The ROI value shows that, although the expansion phase involves a larger initial investment than the pilot phase, the efficiency and profitability of the investment relative to the cost are adequate. The rapid recovery estimated at 15-16 months is explained by the use of existing infrastructure and the immediate reduction in input purchases. The silo channel design represents a cost-effective innovation.

Nutrient Cycle Closure

The efficiency in successfully closing the nutrient cycle with the introduction of mini-biofactories for processing waste into bio-inputs is shown in Table 9. Nutritional self-sufficiency was estimated at 162%, representing the production of more than the farm needs. The reduction in losses from 40% to less than 10% overall reflects the 85% efficiency in N and K, which surpasses the 30-40% of conventional systems reported by Havlin et al. (1999)HAVLIN, J.L.; BEATON, J.D.; TISDALE, S.L.; NELSON, W.L.: “Soil fertility and fertilizers: an introduction to nutrient management.”, 1999, ISSN: 0136268064.. The improvement in overall efficiency is estimated at 30% to 40%.

Closing the cyclical nutrient flow represents a transition from extractive to generative agriculture on the farm, where fertility is managed and recycled internally, leading to its sustainability.

Logistics Node Network (LNN)

Optimizing routes for biomass collection and pre-processing with an efficient collection and pre-processing system can minimize transportation costs, which is one of the farm's weaknesses identified in the strategic action plan. It is possible to make the process viable while preserving biomass quality and minimizing the volume of material transported by establishing intermediate nodes or blocks between the biomass source and processing. These nodes would include areas for initial preparation of the plant biomass, such as cutting, drying, packaging, pre-composting, and transformation into biochar in artisanal pyrolytic kilns. It is suggested that these be located in silo structures 720 m from the mini-factory. In addition to preserving biomass quality, this also reduces the direct transport of manure from dairy farms (240-840 m to silos) and allows for pre-composting by mixing it with biomass from moringa/titonia pruning waste located just 400 m away.

The estimated reduction in the volume of transported material found to be between 30-50% for viable routes was identified.

The following routes are suggested: (I) Route 1. Dairy farms - silos (pre-composting) - Mini-biofactory. (II) Route 2. Pasture and crop areas - intermediate collection points - Mini-biofactory. (III) An intermediate collection point on agricultural land 750 m from the mini-biofactory for plant biomass, where the average transport distance would be 500-1000 m for plant biomass and 700-1500 m for manure, according to the optimized routes. The suitability of the location of the artisanal technologies (biodigester, solar dryer, shredder, cutter, pyrolytic ovens) is related to the existing process, according to the most viable suggested routes and the location of the intermediate pre-composting mini-factory.

Four groups were designed according to their location (pre-processing mini-factory, optimized routes to transport the biomass to them), forming blocks or nodes: (I) mini-biofactory (Phase 1: Center and 2: North). (II) optimized routes (Phase 3: Central optimized route). (III) hybrid (Phase 4: contains the mini-factory and optimized routes). The design and characterization of each block or node (South, Center, North, and hybrid) are detailed in Table 10. This table shows subdivisions within the proposed design into modules for each block or node, which would guarantee the viability of the work within them. In the case of the hydride node, it is strategically located according to the biomass flows.

The optimized route collects waste from nodes in a single weekly trip (Figure 2).

With this network, an estimated 67% reduction in trips (from 15 to 5), a 60% reduction in fuel consumption (from 120 L to 48 L/week), and a 60% reduction in working time (from 25 to 10 hours/week) were achieved. The procedure at the nodes improves homogeneity and reduces putrefaction, thus improving the quality and volume of biomass to be transported, which increases the efficiency of bio-input production. This logistical approach has not been widely adopted in previous Cuban experiences (González & Martinez, 2019GONZÁLEZ, R.; MARTINEZ, L.: “Implementación de biodigestores de bajo costo en pequeñas fincas de La Habana. Estudio de Caso”, Pastos y Forrajes, 42(3): 215-223, 2019.; Pérez et al., 2021PÉREZ, A.; RODRÍGUEZ, M.; DÍAZ, C.: “Evaluación participativa de biofactorías comunitarias en la provincia de Granma”, Cultivos tropicales, 42(2), 2021.), where biofactories are studied as isolated units.

Table 11 shows the estimated comparative profitability for each strategy. The hybrid strategy, which combines the mini-biofactory blocks and the routes, is the most efficient, yielding a maximum production of 99 t/year vs. the projected 27 t/year, savings of $290 USD vs. $630-1360 USD, and a return on investment (ROI) of 1.35% with a 3-day payback period, suggesting the viability of the proposal. The greater resilience of the three independent systems is noteworthy. The block structure allows the others to continue operating even if one fails or in contingency scenarios (extreme rainfall, power outages, staff shortages), illustrating the adaptability and flexibility of the proposed model.

Contexto climático del área de estudio

Se resume en la Tabla 1 las condiciones climáticas promedios anuales registradas en el intervalo de tiempo de estudio entre los años 2021 al 2025 para la zona de la finca Guayabal en San José de las Lajas, Mayabeque, por el Instituto de Metereología de Cuba. En la misma se destacan tendencias recopiladas de los datos promedios históricos (2010-2024), referidos para la zona (INSMET-Cuba, 2025INSMET-CUBA: Reportes de las estaciones metereológicas de Cuba, Inst. Instituto de Meteorología. La Habana. Cuba, La Habana, Cuba, 2025.).

Estas constituyen variables independientes que influyen en la dinámica del agroecosistema, la generación de biomasa, la producción de residuos orgánicos y los procesos de conservación y transformación propuestos en la finca a través del tiempo.

Variables y parámetros evaluados

A partir del contexto climático descrito, se evaluaron 18 parámetros físico-químicos, biológicos y socio-productivos de la finca, mostrado en la Tabla 2. Las principales variables dependientes incluyeron: (I) contenido de materia orgánica del suelo (%), (II) pH del suelo, (III) disponibilidad de nutrientes (N P K), (IV) generación de residuos orgánicos - kg/mes (variable directamente influenciada por las condiciones climáticas de temperatura y precipitación). (V) manejo del agroecosistema. (VI) composición de los residuos generados. (VII) indicadores socio - productivos (mano de obra, organización, entre otros).

Muestreo y recolección de datos

Se estableció un diseño de muestreo aleatorio simple en tres lotes principales de la finca Guayabal (área de cultivo intensivo, pastizales y área de reserva). En cada lote se tomaron 10 muestras simples a una profundidad de 0-20 cm, utilizando una barrena. La muestra simple de cada lote se homogenizaron para obtener una muestra compuesta por lote (n = 3 muestras compuestas en total).

El muestreo se realizó en el período de seca (Marzo) para garantizar condiciones estables de humedad. Se georreferenció cada punto de muestreo con GPS.

Recolección de datos de residuos

Se realizó un inventario participativo de residuos orgánicos generados en la finca durante 30 días consecutivos. El jefe de la brigada y dos productores lo registraron diariamente, en plantillas diseñadas para el estudio que contenia: (I) tipo de residuo (estiércol, cosecha, podas y plantas, etc.). (II) cantidad estimada (kg). (III) destino actual (quema, acumulación, alimento animal, etc.).

Seleción de participantes para entrevistas y talleres

Se aplicó un muestreo intencional para seleccionar a los actores claves vinculados a la finca (Kvale, 2011KVALE, S.: Las entrevistas en investigación cualitativa, Ed. Morata, 7^a Morata ed., Madrid, España, 2011, ISBN: 978-84-7112-655-7.): (I) el criterio de inclusión se fundamentó en el tiempo de trabajo en la finca (más de 2 años). (II) participar en la toma de decisiones productivas, disposición a colaborar. (III) los participantes seleccionados fueron 20 actores claves (consejo dirección de la finca (3), 2 jefes de brigadas, 5 actores permanentes, 10 especialistas de la finca y universidad que acompañan procesos de inivación en la finca.

Técnicas de recolección de la información cualitativa

Dentro de las técnicas de recolección de la información cualitativa se aplicaron con el consentimiento previo de los actores de la finca:

(I) entrevistas semiestructuradas se realizaron con la aplicación de una guía con preguntas abiertas sobre: percepcion de los residuos, conocimientos sobre los bioinsumos, utilidad de los residuos, impacto de su utilización, disposición al cambio, espectativas (Kvale, 2011KVALE, S.: Las entrevistas en investigación cualitativa, Ed. Morata, 7^a Morata ed., Madrid, España, 2011, ISBN: 978-84-7112-655-7.).

(II) Observación de participantes con la realización de seis visitas de campo (febrero, marzo y abril, 2025) para obsevar directamente los flujos de residuos y necesidades de bioinsumos, mediante registros de audio, fotos y notas de campo, con la georreferenciación respectiva. (III) taller de diagnóstico participativo convocado con el 50% de los actores seleccionados de la finca, se aplicó la técnica de grupo focal (Morgan, 1997MORGAN, D.L.: Focus groups as qualitative research, Ed. Thousand Oaks, CA: Sage Publications, 2nd Ed ed., 1997, ISBN: 978-0-7619-0343-7.), para identificar problemas relacionados con el manejo de residuos y necesidades de insumos, a partir de registros de audio, fotos, notas de campo y georreferenciación. (IV) métodos analíticos de laboratorios de caracterización para suelo, bioinsumos y estudios bromatológicos de los residuos orgánicos, referidos en la Tabla 2 y realizados en los laboratorios de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana UNAH y el Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA).

Objeto del diseño

Se trabajó en el diseño de un procedimiento técnico -metodológico teórico para la implementación física y operativa de una minibiofactoría de bioinsumos en la finca Guayabal. Este procedimiento comprende el conjunto de pasos, herramientas y condiciones necesarias para instalar y poner en funcionamiento el sistema (nivel piloto y escalado), adaptado a las condiciones endógenas de la finca.

Fuentes y referentes técnicos para el diseño

Se realizó una revisión bibliográfica de experiencias nacionales e internacionales, donde se consultaron más de 25 publcaciones del período del 2010-2025 en bases de datos como Scopus y SciElO. En los aportes nacionales se integraron: minibiofactoría “El patio” Reyes et al. (2022)REYES, A.; PÉREZ, M.; DÍAZ, C.: Experiencia de biofactorías comunitarias en Granma: lecciones aprendidas, Inst. Ministerio de la agricultura, Instituto de Suelos, Informe Técnico en prensa, La Habana, Cuba., biofactorías comunitarias integrales Granma (Pérez et al., 2021PÉREZ, A.; RODRÍGUEZ, M.; DÍAZ, C.: “Evaluación participativa de biofactorías comunitarias en la provincia de Granma”, Cultivos tropicales, 42(2), 2021.) y biodigestores de bajo costo en provincias de Mayabeque y La Habana (González y Martinez, 2019GONZÁLEZ, R.; MARTINEZ, L.: “Implementación de biodigestores de bajo costo en pequeñas fincas de La Habana. Estudio de Caso”, Pastos y Forrajes, 42(3): 215-223, 2019.; IS-Cuba, 2023IS-CUBA: Modelos de gestión circular de residuos orgánicos en fincas de Mayabeque, Cuba, Ministerio de la agricultura, Instituto de Suelos, Informe técnico, La Habana, Cuba, 2023.). Entre las referencias internacionales sobre implementación de principios de diseño agroecológicos (Altieri y Nicholls, 2012ALTIERI, M.A.; NICHOLLS, C.I.: Agroecología: única esperanza para la soberanía alimentaria y la resiliencia socioecológica, Ed. SOCLA, 2012, ISBN: 978-958-44-6978-6.), González y Martinez, 2019GONZÁLEZ, R.; MARTINEZ, L.: “Implementación de biodigestores de bajo costo en pequeñas fincas de La Habana. Estudio de Caso”, Pastos y Forrajes, 42(3): 215-223, 2019.) biofactorías, modelos de gestión de residuos (Castro y Fernández, 2023CASTRO, J.; FERNÁNDEZ, E.: Modelo de gestión circular de residuos orgánicos en fincas de Mayabeque, Inst. Ministerio de la agricultura, Instituto de Suelos, informe técnico, La Habana, Cuba, 2023.) y cierre de ciclo de nutrientes (Rodríguez et al., 2020RODRÍGUEZ, A.; PÉREZ, M.; DÍAZ, C.: “Metodología para el balance de nutrientes en finca agroecológicas de Cuba”, Pastos y forrajes, 43(2), 2020, Disponible en:https://scielo.sld.cu/pdf/pyf/v43n2/2078-8452-pyf-43-02-112.pdf. ). El análisis de estos referentes permitió identificar buenas prácticas, limitaciones y lecciones aprendidas que fueron incorporadas al diseño del procedimiento para adecuarlo a las condiciones endógenas de la finca Guayabal.

Herramientas participativas para el diseño del procedimiento

Para la construcción colectiva del procedimiento se desarrollaron tres talleres participativos (junio- 0ctubre, 2024) con los mismos actores clave de la Fase I. Las técnicas aplicadas aparecen en tabla 3.

La matriz DAFO permitió identificar estrategias (FO, FA, DO, DA) que fueron traducidas en un plan de acción consensuado con 12 actividades agrupadas en: (I) adecuación de infraestructura. (II) adquisición de tecnológica (III) capacitación. (IV) monitoreo participativo. Este plan constituyó la base del procedimiento final.

Estructuración del procedimiento de implementación

Con la información anterior, se construyó un procedimiento teórico estructurado en cinco fases secuenciales utilizando el enfoque de ciclo Deming (PDCA) adaptado a sistemas agroecológicos: (I) georreferenciación, preparación y adecuación del espacio físico (selección de áreas y acondicionamiento). (II) construcción, adaptación y montaje de tecnología (biodigestores, composteras, áreas de manejo, etc.). (III) puesta en marcha y arranque operativo (primeras cargas, inoculación). A. Nivel piloto. B. Nivel de extensión. (IV) capacitación y transferencia (entrenamiento a los productores). Monitoreo y ajustes iniciales (nivel piloto). Este procedimiento fue presentado y discutido con los actores de la finca en un taller de retroalimentación participativa para su validación social (Geilfus, 2022GEILFUS, F.: 80 herramientas para el desarrollo participativo: diagnóstico, planificación, monitoreo, evaluación, Ed. IICA, San José. Costa Rica, 2022, ISBN: 978-92-9039-428-5.), donde se sugirieron, consensuaron y realizaron los siguientes ajustes: (I) adecuación del lenguaje técnico a terminos locales y de uso cotidiano en la localidad. (II) modificación en el orden de algunas actividades de acuerdo a la disponibilidad estacional de mano de obra. (IV) incorporación de prácticas tradicionales de manejo de residuos que los actores consideranron importantes para conservar.

Como resultado de este proceso colaborativo, se obtuvo una versión final del procedimiento consensuada y contextualizada a las condiciones de la finca Guayabal, lista para ser implementada en una etapa posterior. Cabe aclarar que este proceso constituyó la validación social y participativa del diseño, más no una empírica, la cual requeriría la implementación y monitoreo del procedimiento en campo en estudios porteriores del proyecto.

Estimaciones de viabilidad de la propuesta

Para evaluar la factibilidad potencial del procedimiento diseñado, se realizaron estimaciones y proyecciones a partir de la información disponible y modelos referenciados en la literatura (Tabla 2):

Estas estimaciones no constituyen una validación empírica del procedimento, sino una aproximación teórica que sugiere su viabilidad potencial y orienta futuras etapas de implementación y monitoreo en campo.

Matriz DAFO participativa

En los talleres iniciales con los actores claves se recopiló información y se identificaron fundamentalmente con el análisis de la matriz DAFO:

Cruces estratégico de Matriz DAFO y acciones derivadas

A partir de este análisis, se realizó un cruce DAFO con todas las variables que permitió derivar acciones estratégicas claves (Núñez et al., 2020NÚÑEZ, J.R.; RUBIO, Z.S.; REYES, R.M.: “Capacitación sobre la extensión agraria en las cooperativas de producción agropecuarias Amistad Cuba- Nicaragua”, Revista de Gestión del Conocimiento y el Desarrollo local, 7(3): 12, 2020.), para implementar el diseño del plan donde prevalezca un marco para la adaptación en otros contextos (replicabilidad).

Se derivó un plan de acción estratégico dirigidos a cinco fases cruciales:

Dimensionamiento de la Minibiofábrica

Basado en la materia prima disponible (992 t/año de residuos de cultivos, malezas, forrajes, excedentes y 989 t/año, donde el 50% es de 1978 t/ año de ganado mayor y menor), y considerando un enfoque de bajo costo, se realiza el dimensionamiento de la Minibiofábrica en fase piloto con las estructuras de los almacenes en desuso. La capacidad estimada entre 1-2 años es para procesar 200 t/año de bioinsumos, lo cual puede cubrir el 100% de las necesidades agrícolas endógenas de la finca más los excedentes para venta inicial. La capacidad estimada entre 3-5 años, sería para procesar 500t/ año de bioinsumos, en fase de extensión con estructuras de silos, se estima que puede llegar abastecer el territorio. Estas fases quedan resumidas en la Tabla 6.

La estimación de las capacidades de producción estimadas comparada con la demanda interna para la finca, lo cual fundamenta la autosuficiencia de la misma (Tabla 7).

La autosuficiencia estimada del 162% global excede el umbral del 100% recomendado por Altieri et al. (2015)ALTIERI, M.A.; NICHOLLS, C.I.; HENAO, A.; LANA, M.A.: “Agroecology and the design of climate change-resilient farming systems: MA Altieri et al.”, Agronomy for sustainable development, 35(3): 869-890, 2015, ISSN: 1774-0746., para considerar viable un modelo de instauración de biofábricas. Los excedentes representados en la Tabla 7, sugieren una oportunidad de ingresos que pudiera acelerar el retorno de la inversión, indicando la viabilidad económica del modelo. El estimado del análisis de costo por inversión para las fases piloto y de extensión (Tabla 8). En ella se aprecia que, aunque la inversión inicial y el costo operativo son superiores en $ 2750 y $ 2500 en la fase de extensión, observamos como el beneficio neto anual se incrementa en un periodo de recuperación menor en un mes.

El porcentaje de retorno de la inversión (ROI) del 315% y 345% supera ampliamente el 15-20% considerado aceptable para proyectos agropecuarios (López et al., 2020LÓPEZ, R.; GARCÍA, M.; MARTINEZ, J.: “Impacto de huracanes en la cobertura vegetal, análisis de cambios en el NDVI y umbrales de resiliencia en ecosistemas tropicales”, Revista Ciencias Ambientales, 15(2): 45-60, 2020, DOI: https://doi.org/10.38142/ijesss. ). El valor del retorno de inversión (ROI), muestra que a pesar que la fase expansión, aunque tenga involucrado más de inversión inicial que la piloto, la eficiencia y rentabilidad de la inversión con relación al costo es adecuada. La rápida recuperación estimada entre 15-16 meses se explica por el aprovechamiento de infraestructura existente y la reducción inmediata en compra de insumos. El diseño en canaletas de silos representa una innovación en costo - efectividad.

Cierre de ciclo de nutrientes

La eficiencia en el cierre exitoso de nutrientes con la introducción de las minibiofactorías de procesamientos de residuos en bioinsumos se aprecia en la Tabla 9. Se estimó la autosuficiencia nutricional de producir más de lo que se necesita en la finca (162%). La reducción de pérdidas de un 40% a menos de un 10% de manera general refleja la eficiencia del 85% en N y K que supera el 30-40% de los sistemas convencionales referidos por Havlin et al. (1999)HAVLIN, J.L.; BEATON, J.D.; TISDALE, S.L.; NELSON, W.L.: “Soil fertility and fertilizers: an introduction to nutrient management.”, 1999, ISSN: 0136268064.. Se estima la mejora en eficiencia general de uso de un 30% a un 40%.

El cierre del flujo de nutrientes cíclicos representa una transición de una agricultura extractiva a una generativa en la finca, donde la fertilidad es gestionada y reciclada internamente, lo que deriva en una sostenibilidad en la misma.

Red de Nodos Logísticos (RNL)

La optimización de rutas para la recolección y pre procesamiento de biomasa con un sistema de recolección y pre procesamiento eficiente puede minimizar los costos por transporte, siendo esta una de las debilidades existente en la finca y determinadas dentro del plan de acción estratégico.

Es posible viabilizar el proceso preservando la calidad de la biomasa y minimizando el volumen de material transportado, con el establecimiento de nodos o bloques intermedios entre el origen de la biomasa y de procesamiento con áreas de preparación inicial de la biomasa vegetal de corte, secado, empaque, pre compostaje y transformación a Biocarbón en hornos pirolíticos artesanales. Éstas se sugieren ubicarlas en estructura de ensilajes (silos) a 720 m de la Minifactoría. Esto además de preservar la calidad de la biomasa, reduce también el transporte directo del estiércol desde las vaquerías (distancia entre 240-840 m a los silos) y realizar un pre compostaje al mezclar con biomasa de restos de podas de moringa/titonia que se encuentra adyacente a solo 400 m.

EL establecimiento de rutas viables estimadas para reducir el volumen de material transportado se encontró entre un 30-50%.

Se sugieren: (I) Ruta1. Vaquerías - silos (pre compostaje) - Minibiofactoría. (II) Ruta 2. Áreas de pastos y cultivos - puntos de acopio intermedios - Minibiofactoría. (III) Un acopio intermedio en el terreno agrícola a 750 m de la minibiofactoría para biomasa vegetal, donde la distancia promedio de transporte sería de 500 - 1000 m biomasa vegetal y de 700 - 1500 m para el estiércol, según las rutas optimizadas.

La adecuación de la ubicación de las tecnologías artesanales (biodigestor, secador solar, triturador, cortador, hornos pirolíticos), están relacionadas con el proceso existente de acuerdo a las rutas más viables sugeridas y la ubicación de minifactoría de pre compostajes intermedias.

Se diseñaron cuatro grupos según su ubicación (minifactoría de pre procesamiento, rutas optimizadas para transportar la biomasa hacia ellas), conformándolos por bloques o nodos: (I) minibiofactoría (Fase 1: Centro y 2: Norte). (II) rutas optimizadas (Fase 3: Ruta optimizada central). (III) híbrido (Fase 4: contienen la minifactoría y rutas optimizadas). El diseño y caracterización se detallada de cada bloque o nodo (Sur, Centro, Norte e híbrido) en la Tabla 10.

En la misma se puede apreciar dentro del diseño propuesto subdivisiones en módulos por cada bloque o nodo que garantizaría la viabilidad del trabajo en ellas. Para el caso del nodo hídrido se ubica estratégicamente según los flujos de biomasa.

La ruta optimizada recolecta los residuos desde nodos en un solo recorrido semanal (figura 2).

Con esta red se estimó una reducción del 67% en viajes (de 15 a 5), del 60% en combustible (de 120 L a 48 L/ semana) y del 60% en tiempo de trabajo (de 25 a 10h/semana). El procedimiento en los nodos mejora la homogeniedad y reduce la putrefacción, o sea calidad y volumen de biomasa a transportar lo que incrementa la eficiencia de la producción de bioinsumos. Este enfoque logístico no ha sido generalizado en experiencia cubanas previas (González y Martinez, 2019GONZÁLEZ, R.; MARTINEZ, L.: “Implementación de biodigestores de bajo costo en pequeñas fincas de La Habana. Estudio de Caso”, Pastos y Forrajes, 42(3): 215-223, 2019.; Pérez et al., 2021PÉREZ, A.; RODRÍGUEZ, M.; DÍAZ, C.: “Evaluación participativa de biofactorías comunitarias en la provincia de Granma”, Cultivos tropicales, 42(2), 2021.), donde las biofactorías se estudian como unidades aisladas.

En la tabla 11 se aprecia la rentabilidad comparativa estimada para cada estrategia, la híbrida que combina los bloques de las minbiofactorías y las rutas es la más eficiente, aportando una máxima: producción de 99 t/año vs 27 t/año proyectado, economía de $ 290 USD vs $ 630-1360, el retorno sobre la inversión ROI es de 1,35 % con recuperación en 3días, lo que sugiere la viabilidad de la propuesta. Se destaca la mayor resiliencia en los 3 sistemas independientes, la estructuración en bloques permite ante la ocurrencia de fallos en cualquiera de ellos y escenarios de contingencia (lluvias extremas, falla de energía, escaséz de personal), que los otros continuen operando, lo que ilustra la adaptabilidad y flexibilidad del modelo que se propone.