impacto de la labranza vertical en un …bdigital.unal.edu.co/12783/1/7011007.2013.pdfresumen y...
TRANSCRIPT
IMPACTO DE LA LABRANZA VERTICAL EN UN SUELO DE TERRAZAS ALTAS DE LA PLANICIE ALUVIAL Y SU
RELACION CON LA PRODUCCION DE CAÑA DE AZUCAR
Jhon Jairo Valencia Montenegro
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
COORDINACIÓN GENERAL DE POSGRADOS
PALMIRA 2013
IMPACTO DE LA LABRANZA VERTICAL EN UN SUELO DE TERRAZAS ALTAS DE LA PLANICIE ALUVIAL Y SU
RELACION CON LA PRODUCCION DE CAÑA DE AZUCAR
Jhon Jairo Valencia Montenegro
Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Ciencias Agrarias Con Énfasis en Suelos
Director:
OSCAR CHAPARRO ANAYA, Ingeniero Mecánico M.Sc. D.Sc
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
COORDINACIÓN GENERAL DE POSGRADOS
PALMIRA 2013
A mis padres quienes supieron guiarme por el buen camino,
darme fuerzas para seguir adelante y no desmayar en los
problemas que se presentaba, enseñándome a encarar las
adversidades sin perder nunca la dignidad ni desfallecer en
el intento.
Deysi Montenegro
Jairo Valencia.
A tu paciencia y comprensión, preferiste sacrificar tu tiempo
para que yo pudiera cumplir con el mío. Por tu bondad y
sacrificio me inspiraste a ser mejor para tí, ahora puedo
decir que esta tesis lleva mucho de tí, gracias por estar
siempre a mi lado.
Diana Dorado.
A mis maestros que en este andar por la vida, influyeron con
sus lecciones y experiencias en formarme como una
persona de bien y preparada para los retos que pone la
vida, a cada uno de ellos les dedico cada una de estas
páginas de este trabajo.
Arnoby Rodríguez
Oscar Chaparro
Harold Tafur
Armando Campos
Agradecimientos
Yo, Jhon Jairo Valencia Montenegro, expreso mis agradecimientos a CENICANA, por el
préstamo de sus instalaciones para la realización del proyecto dentro del cual se culminó
esta tesis. También agradezco a las instituciones que hicieron posible este trabajo de
grado:
Universidad del valle
Ingenio la Cabaña
Universidad Nacional
Resumen y Abstract IX
Resumen Con el fin de evaluar el impacto del laboreo vertical del suelo en la productividad de la
caña de azúcar cultivada sobre el piedemonte seco del valle del Cauca, se llevó a cabo
en el ingenio La Cabaña, Hacienda Acuario, Suerte 100, la evaluación de dos
tratamientos de roturación: uno convencional con escarificador-subsuelo a una
profundidad media de 35 cm y otro sin roturación. Las metodologías convencionales de
evaluación del laboreo no aplican debido a los altos contenidos de piedra, es por esto
que se realizó una caracterización del lote mediante muestreos de suelos, en una grilla
de 6 m por 25 m y una profundidad de 40 cm, en la que se identificó la variabilidad de la
capacidad de retención de humedad del suelo, esta información se correlacionó con el
mapa de producción y se encontró una correlación significativa entre la capacidad de
retención y el TCH, pero sin diferencias en TCH entre los dos tratamientos de roturación.
Palabras clave: Labranza, piedemonte, movimiento de agua en el suelo.
Abstract
In order to assess the impact of vertical soil tillage on productivity of sugarcane in the dry
foothills of the Cauca Valley, in La Cabaña sugar state, hacienda Aquarium, Luck 100,
made a preliminary assessment of two treatments plowing: one conventional subscales at
an average depth of 35cm and one without plowing, to evaluate the impact of vertical
tillage perform under these conditions was performed to characterize the soil batch by
searches in a grid of 6 m by 25 m a depth of 40 cm was identified in which the variability
of the moisture holding capacity of the soil map correlated with the production. We found
a significant correlation between retention and the TCH but no differences between the
two tillage treatments
Key-words: tillage, piedmont, water movement in the soil
X Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial…
Contenido
Pág.
Resumen ........................................................................................................................... IX
Lista de figuras ............................................................................................................... XIII
Lista de tablas…………………………………………………………………………………..XIV
Introducción ....................................................................................................................... 1
1. Objetivos ..................................................................................................................... 3 1.1 Objetivo General. ............................................................................................... 3 1.2 Objetivos específicos. ........................................................................................ 3
2. Revisión de literatura ................................................................................................. 5 2.1 Respuesta del suelo a la labranza. .................................................................... 5 2.2 Implementos de labranza. .................................................................................. 6 2.3 Implementos de labranza. .................................................................................. 9 2.4 Diseño de los implementos de labranza. ......................................................... 11 2.5 Labranza en caña de azúcar. ........................................................................... 13
3. Materiales y métodos ............................................................................................... 17 3.1 Localización. .................................................................................................... 17 3.2 Descripción del experimento. ........................................................................... 18 3.3 Descripción del tipo de implemento. ................................................................ 19 3.4 Descripción del implemento subesca. .............................................................. 20 3.5 Variables de respuesta. ................................................................................... 21 3.6 Condiciones climáticas. .................................................................................... 22 3.7 Análisis estadístico. .......................................................................................... 22 3.8 Análisis de datos utilizando geoestadística. ..................................................... 23
4. Resultados y discusión ........................................................................................... 25
Contenido XI
4.1 Perfiles del suelo y patrón de roturación .......................................................... 25 4.2 Determinación de la densidad aparente en campo. ........................................ 26 4.3 Distribución espacial de la capacidad del suelo para almacenar agua. .......... 28 4.4 Crecimiento del cultivo ..................................................................................... 31 4.5 Condiciones climáticas .................................................................................... 34 4.6 Productividad ................................................................................................... 35
5. Conclusiones ............................................................................................................ 41 5.1 Conclusiones ................................................................................................... 41
Bibliografía………………………………………………………………………………...43
XII Lista de figuras
Lista de figuras Pág.
Figura 1 Estados de consistencia del suelo según el contenido de humedad __________________________ 6
Figura 2 Localización geográfica de la Hacienda Acuario‐suerte‐100. ______________________________ 17
Figura 3 Plano de distribución e ilustración de la implementación de los tratamientos. ________________ 18
Figura 4 Perfil característico suelo Acuario de la zona de piedemonte. _____________________________ 20
Figura 5 Esquema del subsuelo‐escarificador. ________________________________________________ 21
Figura 6 Patrón de muestreos para caracterización física de los primeros 40 cm del perfil de suelo. ______ 22
Figura 7 Variabilidad espacial de la profundidad efectiva del suelo. _______________________________ 25
Figura 8 Perfiles de roturación para cada uno de los tratamientos. ________________________________ 26
Figura 9 Valores de densidad aparente promedio antes y después de las operaciones de labranza. ______ 27
Figura 10 Desviación estándar de las mediciones de densidad aparente tomada en campo. ____________ 27
Figura 11 Variación espacial de la capacidad del suelo Acuario para almacenar humedad Hacienda Acuario
suerte100‐Ingenio La Cabaña. _____________________________________________________________ 29
Figura 12 Variación espacial de la desviación estándar originada en la interpolación de la capacidad de
almacenamiento de agua en un suelo Acuario de la Hacienda Acuario suerte 100. ___________________ 30
Figura 13 Correlación entre los datos medidos y los datos predicho por el modelo generado para la variable
capacidad de almacenamiento agua en un suelo Acuario de la Hacienda Acuario suerte 100. __________ 31
Figura 14 Dinámica de crecimiento en altura de los tallos de caña de azúcar bajo dos tipos de labranza
vertical. Las barras representan los límites de confianza al 95%. __________________________________ 32
Figura 15 Dinámica de crecimiento en diámetro de los tallos de caña de azúcar bajo dos tipos de labranza
vertical. Las barras representan los límites de confianza al 95%. __________________________________ 33
Figura 16 Dinámica del cambio en población de la caña de azúcar bajo dos tipos de labranza vertical. Las
barras representan los límites de confianza al 95%. ____________________________________________ 34
Figura 17 Cuadro hídrico para la hacienda Acuario suerte 100 entre los meses de Agosto de 2011 y
Septiembre de 2012. ____________________________________________________________________ 35
Figura 18 Efecto de la labranza vertical en las toneladas de caña y azúcar producidos. ________________ 36
Figura 19 Variación espacial del TCH en un suelo de piedemonte. _________________________________ 37
Figura 20 Correlación entre los datos medidos y los datos predicho por el modelo generado para la TCH en
un suelo Acuario de la Hacienda Acuario suerte 100. ___________________________________________ 38
Figura 21 Relación entre la distancia medida a partir de las cabeceras y el TCH del cultivo de caña de azúcar.
_____________________________________________________________________________________ 39
Lista de tablas XIII
Lista de tablas Pág.
Tabla 1 Descripción de los tratamientos implementados. ............................................................................... 18
Tabla 2 Prueba t para dos muestras suponiendo varianzas desiguales. ......................................................... 28
Tabla 3 Valores de p>F y coeficientes de variación (CV%) para el análisis de varianza de las diferentes
variables de crecimiento evaluadas. ................................................................................................................ 31
Introducción El cultivo de la caña en el Valle del rio Cauca se caracteriza por el alto nivel tecnológico
alcanzado. Este nivel es la respuesta a las exigencias que demanda la competitividad en
los mercados nacionales e internacionales del azúcar y el etanol. La industria azucarera
busca fortalecerse y para ello deben optimizar sus sistemas de producción en campo
bajo los principios de la sostenibilidad agrícola.
Mantener la competitividad exige mayor control en operaciones como labranza, cosecha
y transporte de caña. Estas labores cada vez utilizan máquinas más eficientes de mayor
peso y capacidad. El tráfico de estos equipos sobre campos agrícolas genera efectos
sobre las propiedades físicas del suelo, el desarrollo del cultivo e incide finalmente en la
producción por efecto de la compactación que debe ser remediada mediante el uso de
técnicas de labranza.
Los altos consumos de energía en las prácticas de mecanización realizadas en lugares
donde el desempeño de los implementos no es adecuado generan impactos negativos
sobre los implementos y el suelo agrícola. Los suelos de terrazas altas de la planicie
aluvial o suelos de piedemonte cultivados en caña de azúcar son afectados por la
pérdida de partículas finas a causa de la erosión mientras que los fragmentos rocosos
son cada vez más notorios sobre los campos, esto significa una pérdida gradual de la
capacidad productiva del suelo que difícilmente puede recuperarse.
Mediante esta investigación se hace un llamado de atención para prevenir el deterioro de
los suelos por uso y manejo inadecuados de los implementos de labranza en la zona de
piedemonte, estos suelos son susceptibles a la erosión por presentar pendientes hasta
del 12% y poca profundidad de la capa arable. Aparece entonces la necesidad de
investigar como la labranza vertical, que altera temporalmente la naturaleza física del
suelo, influye sobre el régimen de humedad del suelo y sobre la producción de caña de
azúcar. Lo anterior con el objetivo de generar tecnologías de manejo de la labranza
2 Introducción
adecuadas para esta zona que sean coherentes con la necesidad de conservación de los
suelos y el manejo eficiente del agua.
Se hace énfasis en el diseño como un factor determinante en el desempeño y eficacia de
los implementos agrícolas ya que durante una operación de labranza que busca mejorar
propiedades físicas del suelo como la tasa de infiltración, la porosidad y disminuir la
densidad aparente en el caso de suelos compactados, se debe tener en cuenta una
condición característica del suelo importante como la profundidad de la capa arable, la
cual determina la profundidad de las operaciones de labranza vertical y se convierte en
un factor limitante para el buen desempeño y la eficacia de los equipos
convencionalmente usados en suelos de piedemonte sembrados con caña de azúcar en
el Valle del rio Cauca.
1. Objetivos
1.1 Objetivo General.
Evaluar el impacto de la labranza vertical en la producción de caña de azúcar en un suelo
de piedemonte.
1.2 Objetivos específicos.
Comparar el desempeño y la calidad de la labranza vertical convencional y una
metodología alterna-reducida en un suelo de piedemonte.
Evaluar el efecto de los dos métodos de labranza en las propiedades hidrofisicas de un
suelo de piedemonte.
Proponer alternativas de labranza vertical para las condiciones de piedemonte con base
en los resultados.
2. Revisión de literatura
La labranza puede definirse como el conjunto de operaciones mecánicas sobre el suelo para
cambiar su estructura y crear condiciones que favorezcan la germinación, la emergencia y el
crecimiento de un cultivo (Erbach, 1992). La respuesta del suelo a las operaciones de labranza
se manifiesta en el cambio de sus propiedades físicas y mecánicas como densidad aparente,
porosidad, resistencia a la penetración, estabilidad de los agregados al agua, temperatura,
infiltración del agua en el suelo y permeabilidad del suelo al aire. El cambio provocado en el
mejoramiento de estas propiedades físicas es un buen indicador del efecto benéfico del
implemento sobre el suelo.
2.1 Respuesta del suelo a la labranza.
El comportamiento del suelo frente a los implementos de labranza depende de la consistencia y
del contenido de humedad al momento de realizar las labores. La consistencia del suelo es un
término usado para manifestar la presencia de fuerzas físicas de cohesión y adhesión actuando
dentro del suelo (Hammad y Dawelbeit, 2001). A niveles altos de humedad, el esfuerzo efectivo
entre las partículas de suelo es muy bajo, hasta el punto que el agua llega a impedir su
contacto y a producir separación y flujo de partículas que resultan en un comportamiento de
líquido del suelo. Por el contrario, a bajos contenidos de humedad las partículas se aproximan
entre sí aumentando las fuerzas de fricción y cohesión (Sanchez-Girón, 1996). El esfuerzo
efectivo entre las partículas llega a ser tan alto que el suelo empieza a comportarse como un
sólido. Entre estos dos estados el suelo tiene comportamiento de semisólido y plástico. Los
estados del suelo están relacionados con la textura y están definidos según límites arbitrarios
propuestos por Atterberg como límite de contracción (LC), límite plástico inferior (LPI) y límite
plástico superior (LPS) (Sanchez-Girón, 1996; Das, 1991) como lo muestra la Figura 1.
6 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
Figura 1 Estados de consistencia del suelo según el contenido de humedad
La reacción del suelo frente a los implementos de labranza depende en primera instancia del
contenido de humedad. Por debajo del LC, el suelo tiene baja capacidad de deformación, un
comportamiento rígido y se requiere de un alto nivel energético para vencer las fuerzas de
cohesión entre las partículas. Inicialmente el suelo puede roturarse hasta una estructura donde
predominan los terrones grandes que requieren operaciones posteriores de labranza
secundaria para el acondicionamiento del suelo al estado final requerido por las necesidades
del cultivo (Montenegro y Malagón, 1990).
2.2 Implementos de labranza.
De acuerdo con McKyes (1983) los implementos de labranza, se pueden clasificar de acuerdo a
su función básica, la cual define en gran parte el diseño del implemento y su acción sobre el
suelo.
Implementos para roturar el suelo: estos implementos además de roturar, producen
esponjamiento o hinchamiento del suelo, lo cual se manifiesta en la variación de las
propiedades como densidad aparente y porosidad. Los implementos aplican sobre el suelo
fuerzas en dirección ascendente y se utilizan de acuerdo a la profundidad requerida de
operación. Trabajo superficial (menos de 15 cm) se puede efectuar con escarificadores o
cultivadores. De 15 a 40 cm se utiliza el arado de cincel y a profundidad mayor el subsolador.
Revisión de literatura 7
Implementos para reducción de tamaño de agregados: estos implementos fragmentan
los agregados ejerciendo presión sobre el suelo a través de fuerzas descendentes. La
respuesta de los agregados depende en mayor grado del contenido de humedad del suelo, la
condición friable es la ideal. Se utilizan rastras de discos que además pueden cortar y enterrar
residuos vegetales, implementos rotativos de eje horizontal y vertical y rodillos. En caña de
azúcar además se utilizan rastras pesadas para la erradicación de socas.
Implementos para invertir el suelo: son los arados de disco y vertedera que actualmente
son de uso muy limitado en nuestro medio ya que riñen con los principios conservacionistas por
el alto nivel de manipulación del suelo, alto consumo de energía e incrementan las posibilidades
de erosión.
Implementos para conformación de superficies y control de malezas: son implementos
diseñados y construidos para operar en situaciones específicas de cada cultivo. Su trabajo es
generalmente superficial. A este grupo pertenecen surcadores, aporcadores y cultivadores.
La caña de azúcar es un cultivo de alta producción que requiere uso intensivo de maquinaria
durante la cosecha, el tráfico de estos equipos sobre los campos generan compactación sobre
el suelo, para eliminar este efecto de la cosecha los implementos que predominan son los
subsoladores y cinceles en labranza profunda y las rastras en labranza superficial (Torres et al.,
1990).
El arado de cincel rotura y disgrega el suelo con baja inversión, responde bien al trabajo en
suelos pesados, rompe el pie de arado conservando la cobertura vegetal y los residuos sobre la
superficie y operan entre 30 y 40 cm de profundidad (Torres y Villegas, 1995).
La labranza profunda tiene como objetivo roturar el suelo bajo la profundidad normal de
laboreo, los equipos deben fragmentar el suelo sin formar bloques y crear una red de
macroporos intercomunicados que constituyen vías para el desarrollo de las raíces y
movimiento del agua y el aire. El subsolador es el implemento más usado para esta labor, es
más pesado y rígido que el cincel, opera entre 40 y 90 cm de profundidad y rompe capas
profundas que impiden el movimiento del agua y el crecimiento de las raíces. Su labor se puede
complementar con torpedos o topos para construir drenajes, y con aletas en diferente posición
para ampliar la sección del suelo roturado (Bonel et al, 2005).
Goodwin y Spoor (1977) estudiaron el efecto de la posición de las aletas en la eficiencia del
subsolador. Aletas a 45º generaron menor disgregación y mayor resistencia específica que
aletas rectas del mismo ancho. Se entiende por resistencia específica, la fuerza de tracción
requerida por unidad de área de la sección de suelo roturado. A causa de elevadas
profundidades de trabajo del subsolador, la operación puede llegar a superar la profundidad
8 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
crítica de laboreo, debajo de la cual ocurre poca disgregación (McKyes, 1983). Según Girón
(1992) implementos de trabajo profundo y de poco espesor pueden llegar a tener limitaciones
para levantar el suelo en toda su profundidad. Dependiendo de la geometría de los
implementos y las condiciones del suelo, se presenta una profundidad hasta la cual el suelo no
es levantado hacia la superficie y por el contrario por debajo de ella, el suelo se mueve
horizontalmente y es comprimido hacia los lados.
Debido a la carga normal sobre el subsuelo, por debajo de la profundidad crítica se restringe el
movimiento adelante y arriba del suelo, se presenta movimiento lateral, que además crea
compactación en la pared del surco que deja el implemento. Labranza profunda es necesaria
solo cuando existe compactación o pie de arado; en ausencia de estos problemas la labranza
superficial (20-25 cm) puede ser más importante que el subsolado (Hammad y Dawelbeit,
2001).
Al respecto, Yang y Quintero (1986) reportan poca efectividad del laboreo profundo en suelos
de órdenes Inceptisol y Vertisol. De acuerdo con los resultados de estos investigadores, los
incrementos en producción asociados con el laboreo profundo no fueron suficientes para
justificar labores de subsuelo.
En intentos por superar el problema de la profundidad crítica se han usado implementos como
el Cenitandem, diseñado, evaluado y difundido por Cenicaña. Su unidad básica consiste de dos
subsoladores implementados con aletas, alineados y trabajando a diferente profundidad. El
primero labora el suelo hasta cerca de su profundidad crítica (25-30 cm), mientras el vástago
trasero opera entre 30 y 60 cm. De esta forma se alivia la sobrecarga sobre el subsuelo de tal
manera que a profundidades mayores, el suelo tenga movimiento adelante, arriba y a los lados
(Torres et al., 1999).
En evaluaciones del Cenitandem Torres y Villegas (1997), compararon su desempeño con el
subsolador curvo convencional, el subesca (combinación de subsolar y escarificador) y el
paratill. Los resultados indican que el Cenitandem además de aumentar la profundidad crítica,
incremento el área de la sección roturada del suelo hasta en un 78%.
Por otro lado, las rastras de discos son implementos que cortan y mezclan el suelo. Tienen gran
número de aplicaciones como reducción de tamaño de agregados, preparación de cama de
siembra, mezclan y entierran residuos, malezas, fertilizantes y llegan a reemplazar los arados
en sistemas de labranza reducida. Su función específica depende del peso por disco que las
clasifica en pesadas, medias y livianas, variando en número de discos, diámetro de los discos,
Revisión de literatura 9
espacio entre discos, ángulo de los discos y el peso de la estructura (Marques da Silva y
Soares, 2000).
Las rastras pesadas, con más de 1000 N/disco, pueden llegar a desempeñar la función del
arado y en este caso se les denomina rastra-arado. Por su parte, las rastras livianas con menos
de 600 N/disco se usan para obtener la distribución final de agregados antes de las
operaciones de conformado de la superficie y siembra. Las rastras pueden ser de simple o
doble acción si mueven el suelo en una o dos direcciones en un mismo pase del equipo
(Alvarado, 2004).
En caña de azúcar según Torres y Villegas (1995) las rastras pesadas se utilizan para
descepar, mientras que las rastras livianas se emplean para complementar la acción superficial
después de la labranza profunda. De igual manera, en el cultivo de la caña el uso de
cultivadores cumple la función de fragmentar los agregados del suelo, controlar malezas y
preparación de camas de siembra. Como implemento, los cultivadores se diferencian de las
rastras pesadas y livianas en que su trabajo se realiza mediante escardillos y vástagos de
separación variable. En general, la profundidad de laboreo de los cultivadores es inferior a la de
las rastras.
2.3 Implementos de labranza.
Los niveles y sistemas de labranza adoptados para un cultivo se definen en muchos casos por
tradición regional o con base en la apariencia del suelo a una observación visual con la que se
define el punto final de laboreo. Se hacen pases sucesivos de implementos sin tener definido el
estado final requerido en el suelo, esto puede llevar a un nivel excesivo de mecanización que
afecte la estructura del suelo. Se presenta además la posibilidad de que la secuencia de las
operaciones no sea adecuada y se presenten efectos de recompactación del subsuelo mientras
se realiza la preparación.
En ambos casos se tienen procesos de mecanización de alto costo que algunas veces no dan
la respuesta esperada frente a las necesidades del cultivo. En sentido muy general, la adopción
de un determinado sistema de mecanización y su secuencia debe depender de las exigencias
del cultivo, el tipo de suelo y su condición al momento de mecanizar. Las propiedades del suelo
juegan un papel muy importante en la selección del tipo de implemento, la intensidad y
frecuencia de uso. Según Lal (1995), además del suelo, influyen la topografía, el clima, el
10 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
cultivo y la disponibilidad energética. El estado final del suelo debe definirse antes del laboreo
con base en los requerimientos del cultivo.
Para el caso específico de la caña de azúcar se tienen requisitos adicionales. Los suelos típicos
para caña son de textura generalmente pesada y con alta capacidad de retención de agua cuya
mecanización depende además del diseño de campo y el método de cosecha que regularmente
crea altos niveles de compactación por el tráfico pesado (Hammad y Dawelbeit, 2001). En
resumen, son muchos los factores que intervienen y definen la complejidad de los procesos de
mecanización, cuyas ventajas y desventajas reales solo se determinan a través de
evaluaciones. Generalmente las evaluaciones plantean procedimientos para cuantificar el
efecto de los métodos de labranza sobre las propiedades físicas del suelo y la producción del
cultivo.
Adam y Erbach (1992) condujeron ensayos para evaluar el efecto de la labranza secundaria
con rastras, cultivador de campo y el contenido de humedad sobre la agregación del suelo y las
propiedades de los agregados. Dicho efecto se evaluó a través de factores como densidad
aparente, el diámetro medio de los agregados, la estabilidad mecánica y la resistencia de los
agregados del suelo. Además de los métodos estandarizados de laboratorio, utilizaron la criba
rotativa y los principios de energía potencial de los agregados. Los autores concluyeron que el
tipo de implemento tiene efecto significativo en la distribución del tamaño de agregados, la
rastra generó agregados de mayores tamaños y más resistentes. El contenido de humedad del
suelo influyó significativamente en la resistencia mecánica de los agregados y su tamaño.
Hammad y Dawelbeit (2001) realizaron investigaciones en suelos cultivados en caña con el fin
de determinar el efecto de la combinación de un sistema convencional de labranza y el arado
de cincel sobre las propiedades físicas del suelo y las producciones de caña y azúcar. Probaron
cuatro métodos de labranza que incluyeron un pase de cincel a 4 profundidades diferentes
(hasta 30 cm) previo a la labranza convencional (descepada con rastra pesada 20x36, dos
pases cruzados de rastra pesada 20x36, dos pases con rastra liviana 56x24, nivelación y
surcado). La producción mostró diferencias significativas debido al método de labranza, la
operación del cincel a mayor profundidad significó producciones más altas. No hubo diferencias
significativas en la cobertura de residuos dejada en el campo y en el tamaño de los agregados
en la superficie, igual resultado se obtuvo para la densidad aparente e índice de cono.
Revisión de literatura 11
Finalmente determinaron un modelo matemático para relacionar la producción de caña con la
profundidad de laboreo.
De Beer et al. (1995) concluyo que la erradicación de socas en caña no debe ser una operación
profunda y debe ser ejecutada en épocas adecuadas. La erradicación química es exitosa pero
requiere tiempo y preferiblemente debe complementarse con operaciones mecánicas
secundarias para mejorar la eficacia y reducir los costos. La erradicación mecánica es
recomendable solo en época seca. Respecto a la labranza profunda, precisaron que no siempre
es necesaria y algunas operaciones de labranza secundaria pueden ser eliminadas sin afectar
la producción.
2.4 Diseño de los implementos de labranza.
El diseño y disposición de los cuerpos activos de los implementos de labranza tiene un efecto
fundamental en la condición final del suelo. La forma, ancho y ángulo de ataque de una
herramienta que corta el suelo influyen en el transporte y mezclado de las partículas de suelo.
El movimiento horizontal y hacia los lados del suelo depende del ancho de las punteras o del
ancho de las aletas en el fondo de los vástagos del implemento de labranza profunda. Vástagos
con inclinación mayor de 900 presentan mayor movimiento del suelo hacia los lados, mientras
que inclinaciones menores de 900 favorecen el transporte horizontal del suelo (McKyes, 1983).
La dirección de las fuerzas que aplica el implemento depende de la acción requerida sobre el
suelo (corte, fragmentación, compactación). En cualquier caso, el implemento crea inicialmente
esfuerzos normales (presión) sobre la masa de suelo, los cuales originan esfuerzos cortantes,
que llegan a vencer la resistencia del suelo a lo largo de planos de falla cuya dirección depende
de las características mecánicas del suelo. Se produce entonces el deslizamiento de la masa
de suelo separada a lo largo del plano, mientras el implemento avanza ejerciendo presión y
fragmentando el suelo a un nivel y radio de acción (sección disturbada) que dependen de la
condición de humedad del suelo y la posición relativa entre los elementos activos del
implemento.
Godwin et al., (1984) estudiaron el efecto de la posición relativa de los vástagos de un cincel y
escardillos superficiales sobre la disturbancia del suelo, la resistencia específica y la calidad de
la disgregación del suelo y además presentaron un modelo matemático para determinar la
fuerza de tiro en función de la características de operación. Evaluaron el contorno de la ruptura
12 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
creciente en la superficie, la forma y área de la sección vertical disturbada usando diferentes
posiciones relativas de escardillos sobre la barra portaherramientas en tres condiciones de
suelo arenoso-franco. El área disturbada fue medida con un perfilómetro y concluyeron que el
contorno de la zona de falla con implementos de escardillos múltiples depende de la posición
relativa entre ellos. Escardillos operando a la misma profundidad presentan mínima resistencia
específica y profundidad de labranza más uniforme. Escardillos múltiples superficiales delante
de vástagos más profundos aumentan significativamente el área disturbada con pequeño
incremento de la fuerza de tiro y reducción de la resistencia específica. Un escardillo profundo
delante de otro, marginalmente incrementa la fuerza de tiro, marginalmente incrementa el área
disturbada y significativamente reduce la resistencia específica. Este término está definido
como la razón entre la fuerza de tiro y el área de la sección disturbada del suelo.
Godwin y Spoor (1977), estudiaron los factores que afectan la profundidad crítica y la
relacionaron al tipo y condición del suelo y a la geometría y posición de la herramienta. Arriba
de la profundidad crítica, el suelo se debe mover hacia delante, arriba y a los lados, mientras
debajo de la profundidad crítica el suelo se mueve en menor grado hacia delante y
especialmente hacia los lados. Con base en estas observaciones propusieron un modelo de
falla de dos zonas: Falla creciente en la zona superior arriba de la profundidad crítica y falla
lateral en la zona inferior. Para lograr una fragmentación efectiva del suelo, se debe producir
rotura creciente. Por lo tanto la profundidad crítica limita la profundidad a la cual puede trabajar
un implemento. A partir de dicha profundidad el suelo empieza a compactarse sobre las caras
del implemento.
Otros trabajos reportados por Godwin y Spoor (1977), relacionaron la profundidad crítica con la
razón de aspecto (profundidad/ancho) y la posición del implemento con valores que variaron
entre 0.6 y 14. Encontraron que razones de aspecto pequeñas, ocasionan generalmente falla
creciente, mientras que con razones de aspecto grandes la tendencia es por falla lateral. La
profundidad crítica es menor en suelos sin compactar y es sensible a cambios en la densidad
aparente y en el ángulo de fricción del suelo. Mayor disgregación se presenta con implementos
más angostos porque hay más movimiento del suelo hacia los lados y alrededor de la
herramienta, mientras que con implementos más anchos el suelo se mueve en bloque
inicialmente a lo largo del plano de falla y luego sobre la superficie del implemento. Además, la
forma, ancho y ángulo de ataque de un implemento afectan notablemente el transporte y
mezclado de partículas del suelo. Las aletas en los subsoladores aumentan el volumen de
suelo removido y consecuentemente la acción fragmentadora sobre el suelo
Revisión de literatura 13
La forma geométrica y la frecuencia de operación tienen efecto sobre las condiciones del suelo.
Clark et al. (1994) realizaron ensayos para determinar la frecuencia de operación requerida
para usar el paratill en parcelas con tráfico controlado. El efecto de la labranza y el tráfico se
presentó solo hasta 21 cm de profundidad. La tasa de infiltración del agua aumentó
significativamente con la frecuencia anual de uso del paratill. Con base en el índice de cono y la
tasa de infiltración definieron que una frecuencia anual es razonable.
La velocidad de operación es un factor importante en labores de campo pues puede llegar a
afectar la respuesta del suelo frente a la acción del implemento.
Owen (1989) utilizó un subsolador con aletas para estudiar el efecto de la velocidad en el área
de la sección de suelo disturbada y los requerimientos de tracción. Evaluó la eficacia de la
operación con parámetros como el factor de esponjamiento (FE) y la resistencia específica
(RE). Ambos factores utilizan para su determinación el área de las secciones disturbada y
levantada, las cuales fueron medidas con un perfilómetro. La resistencia específica es la fuerza
de tiro requerida por unidad de área de suelo disturbado.
Owen concluyó que la velocidad de operación y el tipo de suelo no tienen efecto significativo
sobre las áreas disturbadas o levantadas, el ancho de la disturbancia y el factor de
esponjamiento, pero presentan una gran influencia sobre las fuerzas involucradas en el proceso
y lógicamente sobre la resistencia específica.
2.5 Labranza en caña de azúcar.
La mayoría de productores de caña de azúcar en el valle del río Cauca realizan prácticas
convencionales de preparación de suelos que comprenden: limpieza o descepada,
levantamiento topográfico, diseño de campo, nivelación, subsolada, rastroarada o arado de
cincel, rastrillada y surcada, en las que el elevado número de pases, y el tipo de implemento
utilizado dependen del criterio de las personas involucradas en el proceso de mecanización
(Torres y Villegas, 1996). En los últimos años debido a la necesidad de ejecutar prácticas
conservacionistas y al alto costo de la maquinaria y su operación, se ha generalizado la
tendencia a la labranza mínima como una medida efectiva para disminuir la degradación del
suelo, especialmente en procesos tan intensivos como la labranza convencional.
Labranza Convencional
El método convencional regularmente ejecuta labranza profunda con uno o dos pases de
subsolador o cincel y labranza superficial con rastra o cultivadores de campo que regularmente
14 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
ejecutan más de un pase. Finalmente se realizan operaciones de surcado y siembra. El efecto
degradativo de la labranza sobre el suelo puede ser reducido al disminuir la intensidad y
frecuencia de las operaciones a través de métodos de labranza mínima.
Labranza Mínima
Se define como la secuencia de operaciones basada en la manipulación mínima necesaria para
la producción de un cultivo o para alcanzar ciertos requisitos de labranza bajo las condiciones
de suelo y clima existentes (Lal, 1995). La labranza mínima se basa en los siguientes criterios:
Reducción en la frecuencia e intensidad de operaciones.
Presencia de residuos de cultivo en la superficie
Incremento de la ondulación superficial y/o capacidad de retención de agua superficial.
Con respecto a la labranza convencional, también se puede reducir el número de operaciones o
el número de pases de máquinas utilizando implementos combinados que ejecutan varias
operaciones en un solo pase de la máquina. La labranza mínima puede ser reducida o de
conservación.
La labranza reducida
Se fundamenta en la disminución de operaciones y pases de máquinas, contribuyendo a la
conservación del suelo mientras se mantiene la productividad agrícola. Entre los sistemas de
labranza reducida se cuentan:
No labranza: Método de siembra directa sin labranza primaria o secundaria. Implica el
uso de máquinas especiales para la siembra y de herbicidas para el control de residuos y
malezas.
Labranza en ranuras: Similar a la no labranza, una pequeña ranura es abierta para
facilitar el contacto entre la semilla y el suelo. Las malezas deben controlarse con herbicidas.
Labranza de subsuelo: Se caracteriza por la no inversión del suelo, se hace con cincel o
subsolador y preferiblemente sin labranza secundaria.
La labranza reducida favorece la conservación del suelo, muchos trabajos han mostrado la
influencia de la no labranza o siembra directa en el contenido de materia orgánica de los suelos
y su efecto correspondiente en propiedades físicas como densidad aparente, susceptibilidad a
la compactación, distribución del tamaño de agregados y retención de agua, pero se debe
observar que la práctica continua de la siembra directa lleva a problemas de compactación
acumulativa (Bonel, 2005). Torres y Villegas (1997) compararon en lotes comerciales sistemas
de labranza tradicional (Rastra-arada, subsolador, rastra liviana, micronivelación y surcada) y
Revisión de literatura 15
labranza reducida con base en implementos de labranza profunda como el cenitandem, el
subsuelo curvo, el paratill, el subesca (subsuelo-escarificador) y practicada en el entresurco
después de la erradicación química de la soca. Encontraron que no hay efectos negativos en la
producción de caña cuando se practica labranza reducida a lo largo del entresurco y además se
llegan a presentar reducciones en costos entre 50% y 80%.
Labranza de conservación
Comprende cualquier secuencia de operaciones que reduce las pérdidas de suelo o agua con
relación a la labranza convencional. Se dedica especialmente a proteger la superficie del suelo.
Es un método que busca dejar suficientes residuos de cultivo sobre la superficie para prevenir
la erosión del suelo o dar a la superficie una conformación apropiada para minimizar las
pérdidas por escorrentía al mejorar la capacidad del suelo para retener agua superficial. ASAE
(1995) considera labranza de conservación a cualquier método que mantiene un mínimo de
30% de cobertura de residuos sobre la superficie del suelo. El porcentaje de cobertura depende
entre otros factores del tipo de suelo, pendiente y tipo de rotación de cultivo. Zonas planas
pueden protegerse con coberturas del 10 al 20%, mientras zonas de pendiente pueden requerir
del 50 al 60% de cobertura. La capacidad de retención de agua superficial se mejora con la
conformación de camas o caballones para la siembra. Entre los métodos de labranza de
conservación se cuentan:
Labranza de rastrojo: Cualquier sistema de labranza en el que al menos el 30% de la
superficie es cubierta por residuos de cultivo.
Labranza en franjas: Una pequeña franja (10 – 15 cm de ancho) es laborada para la
siembra. Desechos de cultivos y malezas se controlan con herbicidas.
Labranza en caballones: Solo se labora el caballón para la siembra, las malezas se
controlan con herbicidas.
En los últimos años se ha trabajado en el desarrollo de sistemas que minimizan las
necesidades de labranza y conservan el suelo. Según (Arshad, 1999), la no-labranza continua
mejora el contenido de materia orgánica y la estructura del suelo, controla la erosión y aumenta
sustancialmente la producción. La adopción de técnicas de labranza reducida depende del tipo
de cultivo, el cultivo precedente y el tipo de suelo. La rotación de cultivos es más importante
que en los sistemas tradicionales con el fin de reducir problemas sanitarios y de control de
malezas.
Las variaciones en el espacio poroso influyen en la conductividad hidráulica saturada del suelo,
la cual en experimentos realizados en Suecia, mostró valores significativamente superiores en
suelos arcillosos con labranza superficial que en suelos arados a 25-30 cm de profundidad,
16 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
probablemente a causa de la mejor continuidad de los poros obtenida con la labranza
superficial
Respecto a estabilidad de agregados, los reportes muestran que los agregados son más
estables en suelos sin laborar. La intensidad de labores y el tipo de implemento influyen en la
estabilidad. Rasmussen (1999) encontró que los agregados dejados por un arado eran menos
estables que los obtenidos con rototiller. También han encontrado que los residuos en la
superficie dejados en prácticas de labranza de conservación tienen gran influencia en la
estabilidad de los agregados.
La labranza convencional en caña de azúcar involucra demasiados pases de implementos a
profundidades y con intensidades no justificadas en muchos casos. El número de operaciones
puede llegar a reducirse sin afectar la producción. De Beer et al. (1995), analizaron las
posibilidades de aplicar labranza mínima para la erradicación de socas y preparación de suelos
para caña con base en la premisa de que el tipo de suelo y su contenido de humedad son las
factores que definen la intensidad de preparación del sueloo
3. Materiales y métodos
3.1 Localización.
Para identificar el efecto de la labranza vertical sobre la producción del cultivo de caña de
azúcar en un suelo de piedemonte se estableció un experimento en el Ingenio La
Cabaña, Hacienda Acuario-suerte-100, (Figura 2). La hacienda se encuentra localizada
en las coordenadas geográficas 3° 21’ 24” latitud norte y 76° 13’ 35” de longitud oeste,
con una altura sobre el nivel del mar de 1033 m. Los datos que aquí se presentan fueron
tomados entre los meses de agosto del 2011 y septiembre de 2012.
Figura 2 Localización geográfica de la Hacienda Acuario-suerte-100.
18 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
3.2 Descripción del experimento.
Para desarrollar el experimento se utilizó como material vegetal semilla de caña de
azúcar variedad CC 85-92 de ocho meses de edad. El material de siembra recibió
tratamiento térmico con agua caliente por 52 minutos para garantizar un elevado nivel de
sanidad.
El experimento estuvo enmarcado en un diseño de bloques completos al azar con dos
tratamientos y 10 repeticiones o bloques para un total de 20 unidades experimentales.
Los tratamientos se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1 Descripción de los tratamientos implementados.
Tratamiento Descripción
Roturado Preparación convencional con subesca (subsuelo y escarificado simultaneo) a una profundidad media de 35 cm.
Sin roturar Tratamiento labranza mínima sin roturación profunda.
En esta investigación cada unidad experimental estuvo conformada por 12 surcos de 100
m de longitud cada uno, espaciados a 1,5 m entre sí. De esta manera, el área total
efectiva de cada unidad experimental correspondió a 1800 m2. La distribución en campo
e ilustración de los tratamientos implementados se presenta en la Figura 3.
Figura 3 Plano de distribución e ilustración de la implementación de los tratamientos.
Materiales y métodos 19
3.3 Descripción del tipo de implemento.
Según el estudio detallado de suelos realizado por el IGAC (IGAC, 2006) el área
experimental presenta predominio del suelo (ACUARIO) Typic Haplustoll, familia
esquelética francosa con las siguientes características sobresalientes:
• La capa superficial presenta un color en húmedo gris muy oscuro (10YR3/1);
clase textural franco arcillosa gravillosa; estructura en bloques subangulares, medios,
moderados; consistencia en húmedo firme, en mojado pegajosa y plástica; muchos poros
finos y muy finos.
• La capa media presenta un color en húmedo pardo amarillento oscuro (10YR4/4);
con el 20% de moteados de color pardo oscuro (7.5YR3/2); clase textural franca arenosa,
extremadamente gravillosa (73.2%); estructura en bloques subangulares, muy finos y
finos, débiles; consistencia en húmedo muy friable, en mojado ligeramente pegajosa y
ligeramente plástica; poca presencia de masas de hierro de forma irregular de
consistencia blanda; muchos poros finos y medios.
• La capa profunda presenta un color en húmedo pardo oscuro (7.5YR3/2); clase
textural franco arenosa, extremadamente gravillosa (70.5%); sin estructura de grano
suelto; consistencia en húmedo suelta, en mojado no pegajosa y no plástica; poca
presencia de masas de hierro de forma irregular de consistencia blanda; frecuentes poros
intersticiales.
20 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
El la Figura 4 se presenta el perfil característico de los suelos de esta región del Valle del
rio Cauca.
Figura 4 Perfil característico suelo Acuario de la zona de piedemonte.
3.4 Descripción del implemento subesca.
El implemento subesca consta de cuatro vástagos lideres curvos en la parte delantera
diseñados para trabajar a profundidades de hasta 0.3 m; cuya principal función es roturar
las capas superficiales del suelo (escarificar) en la zona aledaña a las raíces de las
cepas del cultivo. En la parte posterior el implemento presenta dos vástagos también
curvos que generan superposición sobre el efecto de los cuerpos líderes. El diseño de
estos vástagos cumple la función de generar una roturación profunda, generalmente
hasta 0.5 m. Un esquema detallado del implemento se presenta en la Figura 5.
Materiales y métodos 21
Figura 5 Esquema del subsuelo-escarificador.
3.5 Variables de respuesta.
Para conocer el efecto de los tratamientos se midieron variables relacionadas con las
propiedades físicas del suelo: Capacidad de campo, punto de marchitez permanente,
densidad aparente, velocidad de infiltración y pendiente.
También se midieron variables inherentes al crecimiento y desarrollo del cultivo como:
altura del tallo a la hoja TVD (primera hoja con cuello visible), diámetro de la sección
media del tallo y población o número de tallos por m2.
Las variables relacionadas con el cultivo se midieron cuatro veces a lo largo del ciclo: tres
meses, cinco meses, ocho meses y cosecha; excepto para la variable diámetro la cual
solo se midió durante las tres últimas épocas dado que los tallos de caña de azúcar en
los primeros meses de desarrollo no presentan nudos visibles.
Además de las variables ya mencionadas, también se evaluó el efecto de los
tratamientos en la producción del cultivo a través de las variables toneladas de caña por
hectárea ciclo (TCH) y toneladas de azúcar por hectárea ciclo (TAH). Las diferentes
prácticas agronómicas del cultivo se realizaron siguiendo un esquema de manejo
comercial (Cenicaña, 2002).
22 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
Con el fin de conocer la influencia de las propiedades físicas del suelo en el patrón de
avance del agua de riego, se realizaron muestreos de caracterización de los primeros 40
cm del perfil a lo largo de dos surcos centrales de cada unidad experimental a distancias
de 5, 25, 50, 75 y 95 m respecto a la cabecera (Figura 6). Los resultados de estos
muestreos también se usaron como base para llevar a cabo un análisis de variación
espacial de las características físicas del suelo y su influencia sobre la productividad del
cultivo de caña de azúcar.
Figura 6 Patrón de muestreos para caracterización física de los primeros 40 cm del perfil de suelo.
3.6 Condiciones climáticas.
Las condiciones climáticas predominantes en la zona durante el periodo de investigación
se registraron a partir de las variables precipitación y evaporación obtenidas de un
pluviómetro instalado en el sitio experimental y de la estación agroclimática de Pradera.
Estos datos se usaron para realizar la planeación de los eventos de riego a partir del
criterio de balance hídrico (Cenicaña, 2003).
3.7 Análisis estadístico.
Con el fin de comparar la influencia de los dos tratamientos de labranza en el desarrollo y
rendimiento del cultivo, se realizó un análisis de varianza utilizando el paquete estadístico
Materiales y métodos 23
Statiscal Analysis System “SAS”. La comparación de medias se realizó mediante la
prueba de Tukey con un nivel de significancia del 5%.
3.8 Análisis de datos utilizando geoestadística.
Debido a que las propiedades físicas del suelo poseen una marcada variabilidad espacial
(Jaramillo, 2012) se analizaron los datos de la capacidad del suelo para almacenar agua
y rendimiento mediante métodos geoestadísticos en el software ARCGIS 10. Para
estudiar la distribución espacial se realizó una interpolación con "kriging", este es un
proceso que calcula un promedio ponderado de las observaciones muestrales. Los pesos
asignados a los valores muestrales son apropiadamente determinados por la estructura
espacial de correlación establecida en la primera etapa y por la configuración de
muestreo (Giraldo, 2002). La correlación especial se basa en tres funciones: El
semivariograma, el covariograma y el correlograma, para el análisis de los datos se
utilizó el semivariograma.
4. Resultados y discusión
4.1 Perfiles del suelo y patrón de roturación
Durante las evaluaciones de caracterización de los suelos no se encontró un patrón
constante para las características físicas del perfil. Sobresale la alta variabilidad espacial
de la profundidad efectiva del suelo en función de los cambios continuos en la
distribución y proporción de la piedra en el perfil (Figura 7).
Figura 7 Variabilidad espacial de la profundidad efectiva del suelo.
En el área de estudio se encuentran perfiles de suelo con horizontes de transición (con
predominio de suelo) y transición suelo roca (con predomino de roca); sin embargo, el
orden de los horizontes y su espesor es variable sin presentar un claro patrón de
distribución (Figura 7). Este comportamiento se considera una consecuencia natural de
26 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
las continuas deposiciones de material provenientes de las cordilleras (Malagon, 1995) y
del efecto de las operaciones de labranza que mezclan el orden de los horizontes.
La Figura 8 muestra el efecto de la labranza vertical sobre el patrón de disturbado del
suelo. En el tratamiento de manejo convencional de labranza se presenta un área de
disturbado equivalente a 1680 cm2, donde se distinguen fácilmente las tres zonas del
perfil alteradas por el paso de los vástagos del implemento. Por su parte, en el
tratamiento sin roturación se muestra únicamente el perfil del entresurco debido a que el
suelo no fue disturbado.
Figura 8 Perfiles de roturación para cada uno de los tratamientos.
4.2 Determinación de la densidad aparente en campo.
La figura 9. Muestra la caracterización del lote experimental para la variable densidad
aparente medida en campo antes y después de las operaciones de labranza. Dado que
el suelo Acuario es caracterizado por tener poca profundidad efectiva, altos contenidos
de grava (entre el 27 y el 92% en volumen) y pendiente del terreno mayor del 1%. Los
altos contenidos de piedra disminuyen la capacidad de almacenamiento de humedad del
suelo y su fertilidad por lo cual fue necesario caracterizar el lote experimental antes y
después de las operaciones de labranza, con el fin de evaluar si estas afectaban la
variable densidad aparente medida en campo. Los resultados muestran que la densidad
aparente no es influenciada significativamente por efecto de los tratamientos propuesto.
Resultados y discusión 27
Figura 9 Valores de densidad aparente promedio antes y después de las operaciones de labranza.
La figura 10 muestra los Coeficientes de variación para las mediciones realizadas de
densidad aparente las cuales no son superiores al 12% para los tratamientos efectuados
Figura 10 Desviación estándar de las mediciones de densidad aparente tomada en campo.
En la tabla 2. Se muestra el análisis estadístico de la variable densidad aparente medida
en campo, confirmando que esta variable no cambia significativamente por efecto de los
tratamientos propuestos, el aumento de la densidad aparente en el tratamiento sin
roturación tiene su efecto directo en la disminución de la porosidad total comparada con
la roturación convencional, sobre todo en la capa más superficial. La porosidad total es
de interés porque indica la magnitud que tiene el espacio poroso del suelo. No obstante
cuando no se realiza labranza el espacio poroso puede ser más continuo por la no
remoción, a pesar de no existir una porosidad total importante. La menor porosidad se
debe básicamente a una disminución de la macroporosidad, estos son de gran
importancia en el suelo, porque son los poros de transmisión, encargados de transportar
el agua, de asegurar un buen intercambio gaseoso.
28 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
Tabla 2 Prueba t para dos muestras suponiendo varianzas desiguales.
Roturado Sin roturar
Media 2.2 2.4Varianza 0.1 0Observaciones 10 10Diferencia hipotética de las medias 0Grados de libertad 18Estadístico t -1.49P(T<=t) una cola 0.08Valor crítico de t (una cola) 1.73P(T<=t) dos colas 0.15 P-value > 0.05* Valor crítico de t (dos colas) 2.1
*No hay evidencia para afirmar que la Da en campo cambia entre tratamientos
4.3 Distribución espacial de la capacidad del suelo para almacenar agua.
A partir de los muestreos de caracterización de las capas del suelo presentados en la
Figura 6 se generó un mapa espacial de la capacidad del suelo para almacenar agua en
los primeros 40 cm del perfil. Para calcular la capacidad se consideró en primera
instancia el tipo de capa u horizonte (suelo, transición y transición suelo roca) esta
consideración incluye en su análisis los porcentajes de piedra asociados a cada capa y
en segunda medida el espesor de cada una de ellas.
Los valores de retención de humedad para cada tipo de capa se obtuvieron a partir un
muestreo en el que se determinaron los valores de CC y PMP a partir de los cuales se
calculó la lámina de agua aprovechable según la ecuación.
LAA = ( (1)
Los valores de lámina de agua aprovechable correspondieron a 10, 4 y 2 mm por cada
10 cm de profundidad para las capas de suelo, transición y transición suelo roca,
respectivamente. En síntesis, la capacidad que tiene el suelo de almacenar humedad es
el resultado de multiplicar el espesor de cada capa hallado en cada uno de los sitio de
muestreo por su respectiva capacidad de almacenar agua.
Resultados y discusión 29
Con los valores georeferenciados de la capacidad de almacenar agua o LAA en el perfil
se generó un mapa espacial de su variación (Figura 11).
Figura 11 Variación espacial de la capacidad del suelo Acuario para almacenar humedad Hacienda Acuario suerte100-Ingenio La Cabaña.
En la Figura 11 se observa la alta heterogeneidad en la capacidad de retención de
humedad del lote donde se llevó a cabo la investigación. No es posible establecer un
patrón típico de distribución de la humedad dado que no existe una relación entre las
distancias medidas desde las cabeceras del lote y la respectiva capacidad de acumular
humedad. Los cambios en la capacidad de almacenar agua son ocasionados,
principalmente, por cambios en la presencia de la capa de suelo y por su espesor. De
30 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
esta manera, perfiles con presencia de capas de suelo de elevado espesor presentan
mayor capacidad de retener agua y están asociados en el mapa con colores azules.
Con el fin de validar la interpolación realizada para la variable capacidad de
almacenamiento de humedad se realizó una correlación cruzada entre los valores
medidos y los valores predichos con el fin hacer valida la especialización de la variable
en el mapa. A continuación se presenta el mapa de la distribución de la variación
estándar sobre la interpolación realizada.
Figura 12 Variación espacial de la desviación estándar originada en la interpolación de la capacidad de almacenamiento de agua en un suelo Acuario de la Hacienda Acuario suerte 100.
Como se aprecia en el mapa de la figura 12 la capacidad de almacenamiento presenta
mayor precisión a medida que el dato interpolado se encuentra más cerca del dato
medido y está asociado en la figura a los colores rojos, por el contrario en el grafico se
muestra que la desviación estándar aumenta a medida que el dato predicho de aleja del
Resultados y discusión 31
dato medido y está asociado a los colores azules. Con el fin de darle valides a la
interpolación se presenta en la Figura 13 la correlación que hay entre los datos medidos
y los datos predichos por el modelo.
Figura 13 Correlación entre los datos medidos y los datos predicho por el modelo generado para la variable capacidad de almacenamiento agua en un suelo Acuario de la Hacienda Acuario suerte 100.
4.4 Crecimiento del cultivo
El tipo de labranza vertical implementado bajo las condiciones de estudio no influencia el
crecimiento en longitud o diámetro de los tallos del cultivo de caña variedad CC 85-92
para ninguna de las edades evaluadas (Tabla 3).
Tabla 3 Valores de p>F y coeficientes de variación (CV%) para el análisis de varianza de las diferentes variables de crecimiento evaluadas.
Variable Edad Unidad p>F CV%
Altura del tallo 3 meses cm 0.32 10.33
Altura del tallo 5 meses cm 0.26 6.08
Altura del tallo 8 meses cm 0.59 5.84
Altura del tallo Cosecha cm 0.40 10.30
Diámetro del tallo 5 meses mm 0.08 1.88
Diámetro del tallo 8 meses mm 0.08 1.40
Diámetro del tallo Cosecha mm 0.76 5.58
32 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
Número de tallos 3 meses tallos/m2 0.48 5.03
Número de tallos 5 meses tallos/m2 0.03* 9.27
Número de tallos 8 meses tallos/m2 0.14 5.00
Número de tallos Cosecha tallos/m2 0.04* 12.08
TCH Cosecha t ha-1 0.13 8.24
TAH Cosecha t ha-1 0.25 9.21
La Figura 14 muestra la ganancia progresiva en altura de los tallos en función del tiempo.
Para todos los muestreos realizados se observan valores promedio de altura similares,
independientemente del tipo de roturación vertical implementada. Los valores promedio
de altura al momento de cosecha para el tratamiento roturado y sin roturar
correspondieron a 226 y 234 cm, respectivamente.
Figura 14 Dinámica de crecimiento en altura de los tallos de caña de azúcar bajo dos tipos de labranza vertical. Las barras representan los límites de confianza al 95%.
De acuerdo con la Figura 14, la época de mayor crecimiento del tallo de la caña, bajo las
condiciones de estudio, se encuentra entre los 3 y 8 meses, momento a partir del cual la
tasa de crecimiento disminuye para dar inicio a la maduración del cultivo (Villegas, 2003).
Los cambios en el diámetro de los tallos del cultivo en función de los tratamientos y el
tiempo se presentan en la Figura 15.
Resultados y discusión 33
Figura 15 Dinámica de crecimiento en diámetro de los tallos de caña de azúcar bajo dos tipos de labranza vertical. Las barras representan los límites de confianza al 95%.
Los valores promedio del diámetro del tallo no muestran diferencias entre tipos de
roturación para ninguna de las épocas consideradas en esta investigación (Tabla 3). Al
momento de la cosecha los tallos alcanzaron diámetros en la sección media de 27,2 y
27,0 mm en los tratamientos roturado y sin roturar, respectivamente.
En síntesis, perfiles de roturación más profundos y de mayor área en el suelo de
piedemonte evaluado, no implican aumentos en el crecimiento transversal o longitudinal
del tallo.
El número de tallos por unidad de área es uno de los factores que presenta mayor
influencia en la producción del cultivo de caña. Así, prácticas de manejo que estimulen el
aumento de esta variable podrían generar un impacto positivo en la producción final. La
Figura 16 plantea que el tipo de roturación profunda no afecta la población medida a los
tres y 8 meses. Sin embargo, a los 5 meses y al momento de la cosecha el tratamiento
sin roturación reporta valores de número de tallos 9,8 y 3,0% mayores en relación al
tratamiento roturado, respectivamente. Estas diferencias son estadísticamente
significativas, pero en el caso de la última medición no alcanza a influenciar el TCH final
(Figura 18).
34 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
Figura 16 Dinámica del cambio en población de la caña de azúcar bajo dos tipos de labranza vertical. Las barras representan los límites de confianza al 95%.
La dinámica poblacional del cultivo de la caña (Figura 16) se caracteriza por presentar
elevado número de macollos al comienzo del ciclo del cultivo cuando los recursos como
agua, nutrientes y luz no son limitantes. A medida que el desarrollo del cultivo avanza
estos mismos recursos comienzan a ser limitantes, en especial la luz, hecho que lleva al
cultivo a realizar una autoregulación negativa en el número de tallos para terminar el ciclo
únicamente con los tallos que la producción de carbohidratos a través de la fotosíntesis,
le permite mantener (Bella y Garside, 2005). En esta investigación las tasas de
mortalidad de los tallos alcanzaron valores de 38,5 y 31,3% para los tratamientos
roturado y sin roturar, respectivamente.
4.5 Condiciones climáticas
Con respecto a las condiciones climáticas predominantes durante el experimento, se
evidenciaron elevados niveles de precipitación con respecto a la evaporación para los
meses 1, 2, 3, 5, 7 y 8 del ciclo de cultivo; sin embargo, los excesos de agua fueron
críticos únicamente durante los tres primeros meses de desarrollo (Figura 17).
Resultados y discusión 35
Figura 17 Cuadro hídrico para la hacienda Acuario suerte 100 entre los meses de Agosto de 2011 y Septiembre de 2012.
En un 58% del tiempo transcurrido entre el corte y la cosecha del cultivo la evaporación
superó la precipitación, meses donde fue necesario realizar siete riegos suplementarios.
Para cada uno de los riegos se tuvo en cuenta la etapa fisiológica del cultivo.
4.6 Productividad
El tipo de labranza vertical no influencia la producción del cultivo de caña medida a partir
de las variables toneladas de caña por hectárea (TCH) y toneladas de azúcar por
hectárea (TAH). El tratamiento con roturación profunda reporta un TCH de 82,9 y un TAH
de 13,5, mientras que el tratamiento sin roturación alcanza niveles de TCH y TAH, en su
orden de 78,0 y 12,8 (Figura 18). Esta respuesta es similar a la obtenida por Braunacka y
McGarry (2006) en Australia, quienes no encontraron diferencias en la productividad del
cultivo de caña de azúcar ante diferentes niveles de reducción de labores de labranza.
Sin embargo, los mismos autores reportan un aumento en la fauna del suelo como
consecuencia de la labranza reducida. La ausencia de efecto de la labranza profunda es
un comportamiento también reportado en otras especies como soya (Uribe y Rouanet,
2002).
36 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
Figura 18 Efecto de la labranza vertical en las toneladas de caña y azúcar producidos.
De acuerdo con estos resultados, la producción del cultivo de caña sembrada en suelos
de piedeloma con limitada capa de suelo no está influenciada por las prácticas de manejo
de labranza profunda. Así, para este tipo de suelos la labranza profunda no
necesariamente resulta ser una adecuada práctica de labranza.
Con el fin de establecer un posible efecto de las variaciones espaciales propias del perfil
sobre el TCH, se construyó un mapa donde se presenta la variación espacial del TCH en
el lote (Figura 19).
Resultados y discusión 37
Figura 19 Variación espacial del TCH en un suelo de piedemonte.
Con el fin de validar la interpolación realizada para la variable toneladas de caña por
hectárea se realizó una correlación cruzada entre los valores medidos y los valores
predichos por el modelo con el fin hacer valida la especialización de la variable en el
mapa. A continuación se presenta el mapa de la distribución de la variación estándar
sobre la interpolación realizada.
38 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
Figura 20 Correlación entre los datos medidos y los datos predicho por el modelo generado para la TCH en un suelo Acuario de la Hacienda Acuario suerte 100.
Al analizar el mapa de la Figura 19 y contrastarlo con el mapa de la Figura 11 se observa
una relación entre la capacidad de almacenar agua y el TCH. Así, zonas con mayor
capacidad y que se encuentran cercanas a las cabeceras del lote donde se encuentran
las zonas de entrada del agua de riego, están relacionadas con moderados a altos TCH.
Cabe resaltar que la capacidad de almacenar de agua es una variable que está en
función del tipo y profundidad de la capa u horizonte en el perfil del suelo.
La dependencia del TCH y las características del perfil de suelo también se corroboran
en la Figura 21, donde se observa la relación entre la distancia de la cabecera del lote y
el TCH. Al asumir que cambios en la distancia están asociados a variaciones en las
características del perfil del suelo, entonces, se deduce que los cambios en el TCH son
debidos a cambios en la cantidad de suelo presente.
Resultados y discusión 39
Figura 21 Relación entre la distancia medida a partir de las cabeceras y el TCH del cultivo de caña de azúcar.
Por último, los resultados de este experimento permiten plantear que en suelos con
escaza capa arable el factor que presenta mayor influencia sobre la productividad del
cultivo es la cantidad de suelo presente en el perfil por encima de la roturación vertical
implementada.
5. Conclusiones
5.1 Conclusiones
La labranza vertical convencional en suelos de piedemonte con capas de suelo
superficial no confiere ventajas que permitan un mejor desarrollo y una mayor
producción del cultivo de caña de azúcar frente a las labores reducidas.
En la zona de piedemonte las operaciones de labranza requieren de un manejo
diferente respecto al realizado convencionalmente en la zona plana con el fin de
obtener un buen desempeño y calidad. Dadas las condiciones de contenido de
piedra, pendiente y profundidad efectiva del suelo. En muchos casos, la labranza
profunda es una práctica adecuada para preparación de suelos.
En los suelos de piedemonte donde se desarrolló esta investigación, la capacidad
de almacenamiento de humedad parece no ser influenciada en mayor medida por
los dos métodos de labranza evaluados sino por la profundidad efectiva del suelo
Bibliografía [1] Adam, K.M. Y D.C. Erbach. 1992. Secondary tillage tool effect on soil aggregation. Transactions of the ASAE, 35(6): 1771-1776. ASAE, St. Joseph, MI.
[2] Arshad, M.A. 1999. Tillage and soil quality. Tillage practices for sustainable agriculture and environmental quality in different agroecosystems. Soil and Tillage Reseach 53:1-2. Elsevier –ublisher. The Neetherlands.
[3] ASAE. 1995. ASAE Standards. ASAE St. Joseph, MI.
[4] BALLA M.J., GARSIDEB A.L., Shoot and stalk dynamics and the yield of sugarcane crops in tropical and subtropical Queensland, Australia. 2005. Field Crops Research Vol 92, p 2–3, 14 Pages 231–248 Australia.
[5] BONEL, B.A., S. MONTICO, G. SPONDA, Y N. SPURIO. 2005. Descompactación del suelo mediante el uso de escarificadores en Argiudoles típicos del sur de Santa Fe. Reología del suelo agrícola bajo tráfico. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales. Argentina.
[6] BOYOUCOS, G. J. 1962. Hydrometer method improved for making particle size analysis of soil. Agron. J. Pág. 464- 465.
[7] CLARK, R. L., D.E.RADCLIFFE, C.W Langdale and R.R.Bruce. 1994. Soil strength and watter infiltration as affected by paratillage frequency. Transactions of the ASAE 36(5). 1301-1305.
[8] CARBONELL GONZÁLEZ, J.A.; QUINTERO DURÁN, R.; TORRES AGUAS, J.S.; OSORIO MURILLO, C.A.; ISAACS ECHEVERRI, C.H.; VICTORIA KAFURE, J.I. (2011). Zonificación agroecológica para el cultivo de la caña de azúcar en el valle del río Cauca (cuarta aproximación). Principios metodológicos y aplicaciones.. Colombia : Cali; CENICAÑA
[9] DAS, B.M. 1990. Principles of geotechnical engineering. PWS-Kent Publishing Company. USA
[10] DE BEER, A.G., E. MEYER AND J.H.MEYER. 1995. A review of cane stool eradication and seebed preparation methods. Congress of the International Society of Sugracane Technologists. Cartagena, Colombia.
44 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
[11] FREITAG, D.R. 1971. Methods of measuring soil compaction. Compaction of agricultural soils. ASAE, St. Joseph, MI.
[12] GIRALDO, Ramon. 2002. Introducción a la geoestadistica. Universidad Nacional de
Colombia sede Bogota.
[13] GIRÓN, M. Determinación de la superficie de falla de un subsolador en cuatro series de suelos del Valle del Cauca. Palmira, 1992. 134 p. Trabajo de grado (Ingeniero Agrícola). Universidad Nacional de Colombia, Sede Palmira. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Área de Mecanización Agrícola.
[14] GODWIN, R.J. Y G. SPOOR. 1977. Soil failure with narrow tines. Journal of Agr. Eng. Res, Vol 22: 213-228. England.
[15] GODWIN, R.J., G. SPOOR, y M.S. SOOMRO. 1984. Effect of tine arrangement on soil forces and disturbance. Journal of Agr. Eng. Res, 30: 47-56. England.
[16] HAMMAD, E.A. Y M.I DAWELBEIT. 2001. Effect of tillage and field condition on soil physical properties, cane and sugar yields in vertisols of Kenana Sugar State, Sudán. Soil & Tillage Research, 30:101-109. Elsevier Publishers. The Neetherlands.
[17] INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTIN CODAZZI. 2006. Estudio detallado de suelos y capacidad de uso de las tierras sembradas con caña de azúcar localizadas en el valle geográfico del rio cauca. Colombia. Pag 187.
[18] JARAMILLO, D.F. 2012. Variabilidad espacial del suelo: Bases para su studio. Universidad Nacional del Colombia, Sede Medellin, V1 No.1 julio 2012.
[19] LAL, R. 1995. Minimum tillage systems. Advances in soil science. Subsoil management techniques. Lewis Publishers. USA.
[20] MADRIÑÁN, R; 1997. Manual de prácticas de laboratorio de física de suelos. Universidad Nacional de Colombia. Palmira. 45 pág.
[21] Maquinaria y. Mecanización Agrícola” del autor. Armando Alvarado Chaves, editorial EUNED. Costarica 2004.
[22] MARQUES DA SILVA, J.R. Y J.M.C.N. SOARES. 2000. Description standards of primary tillage implements. Soil & Tillage Research, 57:173-176. Elsevier. The Neetherlands.
Bibliografía 45
[23] McKYES, E. 1983. Soil cutting and tillage. Elsevier. The Neetherlands.
[24] MONTENEGRO, H., MALAGÓN, D. 1990. Propiedades físicas del suelo. Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Bogotá. Pág. 139-146.
[25] Norma Técnica Colombiana. 1997. NTC 4087. Instituto Colombiano de Normas Técnicas (ICONTEC). Bogotá.
[26] OWEN, G.T. 1989. Subsoiling forces and tool speed in compact soils. Canadian Agricultural Engineering, 31:15-20. Canadá
[27] QUINTERO DURÁN, R.; GARCÍA SÁNCHEZ, A.; CORTÉS LOMBANA, A.; MUÑOZ ARBOLEDA, F.; TORRES AGUAS, J.S.; CARBONELL GONZÁLEZ, J.A.; OSORIO, C.A. (2008). Grupos homogéneos de suelos del área dedicada al cultivo de la caña de azúcar en el valle del río Cauca (segunda aproximación). Colombia : CENICAÑA,
[28] RASMUSSEN, K.J. 1999. The impact of reduced tillage on crop production. Soil & Tillage research 53:3-14. Elsevier Publisher. The Neetherlands.
[29] SANCHEZ-GIRON, V. 1996. Dinámica y mecánica de suelos. Ediciones agrotécnicas S.L., Madrid.
[30] TORRES J.S., Yang, S. J., Villegas, F. 1990. Soil compactation and cane stool damage by semi-mechanized harvesting systems in the wet season. sugar cane 5: 12-18. Colombia.
[31] RAIGOSA. 1999. A double shank subsoiler for sugarcane cultivation. XXIII ISSCT Congress. Vol II: 138-146. New Delhi, India.
[32] TORRES J.S., L.F. VILLEGAS, F. VILLEGAS Y J.P. RAIGOSA. 1999. A double shank subsoiler for sugarcane cultivation. XXIII ISSCT Congress. Vol II: 138-146. New Delhi, India.
[33] TORRES J.S., L.F. VILLEGAS, F. 1995. El cultivo de la caña de azúcar en la zona azucarera Colombiana., v.1 , p.193 – 210.cali Colombia.
[34] TORRES, J.S. Y F VILLEGAS. 1997. Labranza reducida para la renovación de plantaciones de caña de azúcar. Memorias del IV Congreso Colombiano de la Asociación de Técnicos de la Caña de Azúcar. Tomo 2: 325-336. Cali. Colombia.
[35] TORRES A., J.S., CRUZ V., R., Y VILLEGAS T., F., 1996. Avances técnicos para la programación y manejo del riego en caña de azucar. Cali, CENICAÑA. Serie técnica No. 19. 53 pp.
46 Impacto de la labranza vertical en un suelo de terrazas altas de la planicie aluvial
[36] VICTORIA K., J.I., VIVEROS V., C.A., 2002 "Caracterización agronómicas y de productividad de la variedad CC 85-92".-Serie Técnica Cenicaña Centro De Investigación De La Caña De Azúcar De Colombia v.30 fasc. p.1 – 79
[37] VILLEGAS F.J., TRUJILLO A.J, 2003 Uso de madurantes en el cultivo de la caña en la zona azucarera de Colombia. Cenicaña., p 3 - 20.
[38] YANG, S.J. Y R. QUINTERO.1986. The effects of the method of land preparation on the growth and yield of sugarcane in fine-textured Vertisol in the Cauca Valley, Colombia. Proceedings ISSCT. XIX Congress. Yakarta, Indonesia.