Eficiencia energética en cinco agroecosistemas del municipio Pinar del Río

INTRODUCCIÓN

La actividad agropecuaria se considera un proceso de conversión de energía, donde la energía solar, a través de la fotosíntesis, se transforma en alimento para los seres humanos, y en forraje para los animales. No obstante, la agricultura moderna requiere de aportes de energía fósil en las etapas de producción, como el uso directo de energía en la maquinaria agrícola, agua de riego, operaciones de cultivo y cosecha (Denoia y Montico, 2010DENOIA, J. y MONTICO, S. 2010. Balance de energía en cultivos hortícolas a campo en Rosario (Santa Fe, Argentina). Ciencia, Docencia y Tecnología, 21 (41): 145-157.).

El uso irracional de la energía es un tema muy ligado al cambio climático y a la acumulación de gases de efecto invernadero. La energía consumida en los sistemas agropecuarios proviene del trabajo humano y animal, de la materia orgánica, los insumos industriales y del sol. Parte de esta se transforma en producto y el resto se pierde en el proceso (Funes-Monzote, 2015FUNES-MONZOTE, F. R. 2015. La importancia de la integración ganadera para la conservación del suelo. En: Liceaga, I. (Ed.). Sembrando en tierra viva. Manual de agroecología. La Habana: Unión Europea-AECID-ANAP, pp. 165-188. ).

Los sistemas agropecuarios con una mayor complejidad son más resilientes y aumentan así su sustentabilidad (Flores et al., 2015FLORES, L., AZPILICUETA, C., DUSSI, M. C., et al. 2015. Impact of alleyway management and vegetation over the nematodes’ abundance in pear agro-ecosystems. Acta Horticuturae, 1094: 341-350.; Dussi et al., 2018DUSSI, M. C., FERNÁNDEZ, C. y FLORES, L. 2018. Hacia el uso sustentable de la energía en los agroecosistemas. Cuadernos de Agroecología, 13 (1): 1-8.).

La tendencia actual hacia los sistemas agrícolas sostenibles se enfoca en potenciar el uso de tecnologías ecológicas que mejoren la eficiencia energética en los procesos productivos; sin embargo, los análisis de energía son de gran importancia en la evaluación de la sostenibilidad. Varios autores han desarrollado estudios sobre balance energético en diferentes agroecosistemas (Silva-Laya et al., 2017SILVA-LAYA, S, J., SILVA-LAYA, H, J. y PÉREZ-MARTÍNEZ, S. 2017. Eficiencia energética y monetaria de sistemas de producción de durazno (Prunus pérsica) en El Jarillo, Venezuela. Idesia (Arica), 35 (4): 17-26.; Hernández y Díaz, 2019HERNÁNDEZ, M. M. y DÍAZ, M. 2019. Eficiencia energética del frijol común (Phaseolus vulgaris L.) cultivar Buenaventura. Centro Agrícola, 46 (3): 96-98.; Martínez et al., 2020MARTÍNEZ, F. B., GUEVARA, F., LA O, M. A., et al. 2020. Caracterización de productores de maíz e indicadores de sustentabilidad en Chiapas. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas, 11 (5): 1031-1042. ), algunos en escenarios de Pinar del Río, Cuba (Márquez et al., 2011MÁRQUEZ, M., VALDÉS, N., FERRO, E. M., et al. 2011. Análisis agroenergético de tipologías agrícolas en La Palma. En: Ríos, H., Vargas, D. y Funes, F. (Eds.). Innovación agroecológica, adaptación y mitigación del cambio climático. Ediciones INCA, Mayabeque, Cuba, pp. 105-122.).

Los sistemas orgánicos integrales con alta diversidad procuran aprovechar al máximo los ingresos de energía al sistema. De esta forma, tratan de minimizar las pérdidas durante el desarrollo de las actividades productivas, y favorecen la interrelación de los componentes productivos y el reciclaje interno de nutrientes (Rodríguez et al., 2017RODRÍGUEZ, L., RODRÍGUEZ S. L., MACÍAS, O. L., et al. 2017. Evaluación de la producción de alimentos y energía en fincas agropecuarias de la provincia Matanzas, Cuba. Pastos y Forrajes, 40 (3): 222-229.).

Si bien en los últimos años se logran incrementos en el rendimiento agrícola de los cultivos, la eficiencia energética en los sistemas disminuye, debido a que el uso de la energía crece a una tasa superior respecto a los rendimientos (Meul et al., 2007MEUL, M., NEVENS, F., REHEUL, D., et al. 2007. Energy use efficiency of specialised dairy, arable and pig farms in Flanders. Agriculture, Ecosystems & Environment, 119 (1-2): 135-144.). Por ello, la necesidad de fomentar sistemas de cultivos que sean resilientes al cambio climático debe generar enfoques de manejo integral que contemplen aspectos sociales, económicos y ambientales (Altieri y Nicholls, 2008ALTIERI, M. A. y NICHOLLS, C. 2008. Los impactos del cambio climático sobre las comunidades campesinas y de agricultores tradicionales y sus respuestas adaptativas. Agroecología, 3: 7-24.). En este contexto, la presente investigación tuvo como objetivo determinar la eficiencia energética de cinco agroecosistemas representativos del municipio Pinar del Río.

MATERIALES Y MÉTODOS

La investigación se realizó en cinco agroecosistemas representativos de la producción agrícola en el municipio Pinar de Río. Los escenarios seleccionados fueron: Diosdadina, El Progreso, Esperanza No. 1, Esperanza No. 2 y San Esteban (Tabla 1).

El suelo predominante en los agroecosistemas seleccionados fue del tipo Ferralítico Amarillento Lixiviado (Hernández et al., 2015HERNÁNDEZ, A., PÉREZ, J. M., BOSCH, D., et al. 2015. Clasificación de Suelos de Cuba 2015. Ediciones INCA, Mayabeque, Cuba, 64 p.). La preparación se realizó con tracción animal y, en determinadas labores, se incluyó la mecanización, con una duración promedio de 60 días.

Para la recopilación de datos se aplicaron entrevistas a los productores y se consultó la documentación disponible sobre los insumos suministrados para el desarrollo de los procesos productivos en los agroecosistemas, donde se incluyeron: fertilizantes y plaguicidas químicos, productos biológicos, combustibles y lubricantes y concentrados para la alimentación animal. También, se cuantificaron las horas de trabajo humano y animal, así como las relacionadas con el empleo de la maquinaria.

Con los datos obtenidos se calcularon los indicadores productivos y energéticos. En estos últimos, se tuvieron en cuenta las equivalencias de los diferentes insumos agropecuarios y las fórmulas descritas en diferentes fuentes de información (Funes-Monzote et al., 2011FUNES-MONZOTE, F. R., MARTÍN, G. J., SUÁREZ, J., et al. 2011. Evaluación inicial de sistemas integrados para la producción de alimentos y energía en Cuba. Pastos y Forrajes, 34 (4): 445-462.; Neves et al., 2018NEVES, A. P., RIOS-OSORIO, L. A. y FUNES-MONZOTE, F. 2018. Eficiência produtiva e energética de unidades familiares em transição agroecológica: um estudo de caso no Oeste de Santa Catarina, Brasil. Sociedade & Natureza, 30 (3): 233-256.). Todos se calcularon en base a unidad de superficie (ha) para facilitar la su comparación entre los agroecosistemas y con otras referencias de la temática. Se emplearon elementos del software ENERGIA 3.01 para las operaciones de cálculo y la obtención de los resultados (Funes-Monzote et al., 2009FUNES-MONZOTE, F. R., CASTRO, J., PÉREZ, D., et al. 2009. Energía 3.01. Sistema computarizado para el cálculo de los indicadores de eficiencia energética. Manual del usuario. CEDECO, INCA, EEPF Indio Hatuey, La Habana, Cuba. ). A continuación, se describen los indicadores incluidos en el análisis:

Donde:

Pe - personas que alimenta con energía

S - número de productos

mi - producción de cada producto (kg)

ri - porcentaje del peso del producto no consumible

ei - contenido energético de cada producto (MJ)

A - superficie del agroecosistema

Re - requerimiento energético promedio de una persona (MJ)

Donde:

Pp - personas que alimenta con proteínas

S - número de productos

mi - producción de cada producto (kg)

ri - porcentaje del peso del producto no consumible

Pi - contenido proteico de cada producto (% de peso)

A - superficie del agroecosistema

Rp - requerimiento proteico promedio de una persona (kg)

Donde:

CEP - costo energético de la proteína

T - número de insumos productivos

I - cantidad de insumos productivos (kg)

f - energía requerida para la producción del insumo (MJ kg^-1)

S - número de productos

m - producción de cada producto (kg)

Pi - contenido proteico de cada producto (% del peso)

Donde:

BE - balance energético

S - número de productos

m - producción de cada producto (kg)

e - contenido energético de cada producto (MJ kg^-1)

T - número de insumos productivos

I - cantidad de insumos productivos (kg)

f - energía requerida para la producción del insumo (MJ kg^-1)

RESULTADO Y DISCUSION

Los valores de productividad, energía y proteína producidas, en los agroecosistemas evaluados, evidenciaron resultados superiores en El Progreso (Tabla 2), con valores de productividad que superan en más de 15 % lo informado por Rodríguez et al. (2017)RODRÍGUEZ, L., RODRÍGUEZ S. L., MACÍAS, O. L., et al. 2017. Evaluación de la producción de alimentos y energía en fincas agropecuarias de la provincia Matanzas, Cuba. Pastos y Forrajes, 40 (3): 222-229., en agroecosistemas de Matanzas, Cuba. Este resultado evidencia una mayor eficiencia en el uso de la tierra, que se favorece con la integración de los subsistemas vegetal y pecuario en este agroecosistema.

La Esperanza No. 1 evidenció los valores más discretos de proteína y energía producidas, agroecosistema que concentra su actividad en la producción tabacalera. Sin embargo, superó la productividad de Diosdadina. Estudios realizados en agroecosistemas cubanos informan productividades superiores a 2,0 t ha^-1 año^-1 (Camejo et al., 2011CAMEJO, L. FUNES, F. R. y REYES, F. 2011. Análisis y caracterización del balance energético y financiero de un sistema en conversión agroecológica. Tesis para optar al título de Máster en Pastos y Forrajes. Universidad de Matanzas, Cuba. ), así como valores de proteína y energía que superan los 600 kg ha^-1 y 60 MJ ha^-1, respectivamente (Malagón et al., 2020MALAGÓN, S., RIVERO, A., GIGATO, A., et al. 2020. Evaluación de la eficiencia energética de la finca “El Charrabascal”. ECOVIDA, 10 (1): 72-79. ).

La proteína producida en los agroecosistemas fue baja debido a que se dedican fundamentalmente a la producción vegetal y no fomentan la diversificación con subsistemas pecuarios, aspecto que pudiera beneficiar el aprovechamiento de la superficie disponible, así como el reciclaje de nutrientes y un mejoramiento de la eficiencia económica y energética. Se ha demostrado que los sistemas diversificados agroecológicos pueden producir con alta eficiencia, conservando los recursos naturales y sin degradación de los suelos (Funes-Monzote, 2015FUNES-MONZOTE, F. R. 2015. La importancia de la integración ganadera para la conservación del suelo. En: Liceaga, I. (Ed.). Sembrando en tierra viva. Manual de agroecología. La Habana: Unión Europea-AECID-ANAP, pp. 165-188. ).

En la eficiencia energética de los agroecosistemas tiene gran importancia los insumos utilizados (Tabla 3). Esto sugiere la magnitud en que se emplea el trabajo humano y animal, el combustible (diésel) los fertilizantes y plaguicidas, entre otros, y se expresan en energía consumida a partir de sus equivalentes energéticos (Funes-Monzote, 2009FUNES-MONZOTE, F. R. 2009. Eficiencia energética en sistemas agropecuarios. Elementos teóricos y prácticos para el cálculo y análisis integrado. Biblioteca ACTAF, Cuba, 37 p. ).

Los resultados evidenciaron que el mayor gasto energético por insumos se produce en Diosdadina, que representa el 34,6 % del total de gastos de los agroecosistemas evaluados. Sin embargo, tuvieron mayor incidencia los fertilizantes y plaguicidas (58,3 %) y el combustible diésel (35,8 %), con una proporción similar a la informado por otros autores en estudios de eficiencia energética (Diego et al., 2019DIEGO-NAVA, F., RUIZ VEGA, J., MARTÍNEZ-RUÍZ, O., et al. 2019. Eficiencia energética y emisiones de gases de efecto invernadero en dos agroecosistemas en Oaxaca, México. Revista Ingeniería Agrícola, 9 (2): 39-44.). Los agroecosistemas San Esteban y Esperanza No. 2 también superaron los 60 mil MJ de gasto energético por insumos.

Los indicadores intensidad de la fuerza de trabajo y energía consumida alcanzaron valores máximos en El Progreso, resultado determinado por el costo energético de los concentrados utilizados para la alimentación animal en este agroecosistema (Tabla 4) combinado con una menor superficie para el desarrollo de las producciones.

También se destaca que el número de personas que alimentan los agroecosistemas con proteína y con energía es bajo (Tabla 5), con excepción de El Progreso que mostró valores superiores a los alcanzados por otros autores en agroecosistemas de Matanzas, Cuba (Rodríguez et al., 2017RODRÍGUEZ, L., RODRÍGUEZ S. L., MACÍAS, O. L., et al. 2017. Evaluación de la producción de alimentos y energía en fincas agropecuarias de la provincia Matanzas, Cuba. Pastos y Forrajes, 40 (3): 222-229.). Este agroecosistema centro su producción, fundamentalmente, en la cría porcina que tiene alto potencial calórico y proteico (Casimiro-Rodríguez et al., 2020CASIMIRO-RODRÍGUEZ, L., CASIMIRO-GONZÁLEZ, J. A., SUÁREZ-HERNÁNDEZ, J., et al. 2020. Evaluación de la resiliencia socioecológica en escenarios de agricultura familiar en cinco provincias de Cuba. Pastos y Forrajes, 43 (4): 304-314.). Estos indicadores están directamente relacionados con la seguridad alimentaria, pues un agroecosistema es mucho más productivo, intensivo y sostenible a medida que aumenta el número de personas que puede alimentar por unidad de superficie.

Los resultados de intensidad energética (Figura 1A) indicaron que El Progreso alcanzó valores superiores a 20 MJ Unidad^-1, lo cual se debe a la menor superficie y rendimientos elevados que implican mayor consumo energético, no siendo así en otros agroecosistemas que, por la superficie disponible, tuvieron posibilidades de elevar los volúmenes de producción con menos insumos a pesar de su incidencia negativa en los rendimientos. Investigaciones recientes informan valores de intensidad energética inferiores a 5 MJ Unidad^-1 (Guevara et al., 2018GUEVARA, Z., MOLINA-PÉREZ, E., GARCÍA, E. X. M., et al. 2018. Energy and CO₂ emission relationships in the NAFTA trading bloc: a multi-regional multi-factor energy input-output approach. Economic Systems Research, 31 (2): 178-205.).

En contraste, el agroecosistema El Progreso logró un menor costo energético para la producción de proteína (151,12 MJ kg^-1), precisamente porque, como se planteó anteriormente, su actividad principal es la cría porcina y le permite mayor proporción de producción proteica. Sin embargo, estudios realizados en Matanzas, Cuba, relacionan un costo máximo (114,80 MJ kg^-1) todavía inferior (Rodríguez et al., 2017RODRÍGUEZ, L., RODRÍGUEZ S. L., MACÍAS, O. L., et al. 2017. Evaluación de la producción de alimentos y energía en fincas agropecuarias de la provincia Matanzas, Cuba. Pastos y Forrajes, 40 (3): 222-229.).

El resultado más negativo en relación con el costo energético de la proteína se verificó en el agroecosistema Esperanza No. 1, evidenciándose la marcada influencia del monocultivo tabacalero en su capacidad para la producción de alimentos.

El balance energético expresa valores que demuestran baja eficiencia, pues por cada MJ que entra al sistema se generan menos de 0,80 MJ (Figura 2), resultado que demuestra la alta dependencia de insumos externos. Por ello, resulta de vital importancia la contextualización y apropiación de las tecnologías sobre bases agroecológicas, inclusivas y participativas (Borrás-Escayola et al., 2021BORRAS-ESCAYOLA, M., CASIMIRO-RODRIGUEZ, L. y SUAREZ-HERNANDEZ, J. 2021. Evaluación de la resiliencia socioecológica en seis fincas de la provincia de Sancti Spíritus, Cuba. Pastos y Forrajes, 44: e26.), que garanticen un incremento y diversificación de la producción en estos agroecosistemas.

En tal sentido, la implementación de prácticas agroecológicas en los procesos productivos, que minimicen la entrada de energía al sistema, conlleva acciones para revertir la situación existente, entre las cuales pudieran considerarse:

CONCLUSIONES

Los agroecosistemas evaluados muestran una dependencia de insumos externos para el desarrollo de los procesos productivos que conlleva baja eficiencia energética. Se evidencia la necesidad de fomentar la diversificación de la producción y el empleo de prácticas agroecológicas, adecuadas a las condiciones locales, que garanticen una mayor sostenibilidad.