INTRODUCCIÓN
⌅La agricultura que se practica en un determinado lugar está condicionada, en gran medida, por la cantidad de energía que se consume por unidad de superficie cultivada. El uso de los combustibles, la maquinaria, los fertilizantes y las semillas son factores que conllevan al consumo total de energía asociado a un proceso productivo. La utilización racional de la energía es vital para asegurar el aumento de la producción de alimentos de forma eficiente, y para mejorar la productividad y la competitividad de la agricultura con el objetivo de garantizar la sostenibilidad de la vida rural (Parra et al., 2017PARRA, L. R., HERNANZ, J. L. y SÁNCHEZ-GIRÓN, V. 2017. Influencia de cuatro sistemas de laboreo en las propiedades físicas de un Fluvisol y en el balance energético en cultivos de raíces y tubérculos. Revista Universidad & Ciencia, 6 (1): 65-81.; Crespo et al., 2018CRESPO, R. M., PANEQUE, P. y MIRANDA, A. 2018. Determinación del costo energético y de explotación de la cosecha mecanizada del arroz. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 27 (2): 1-10.).
La energía es la capacidad que portan los subsistemas de la naturaleza y que constituye la base del desarrollo de toda sociedad (Recalde, 2017RECALDE, M. 2017. La inversión en energías renovables en Argentina. Revista de Economía Institucional, 19 (36): 231-254.). El petróleo es una fuente energética natural no renovable, pero su uso indiscriminado por la sociedad moderna ha engendrado la insostenibilidad energética, económica y ecológica a nivel mundial (Reid et al., 2014REID, A., GONZALEZ, V., SIKKEMA, P. H., et al. 2014. Delaying weed control lengthens the anthesis-silking interval in maize. Weed Science, 62 (2): 326-370.; Lora et al., 2015LORA, D., RAMOS, R. y FERNÁNDEZ, M. 2015. Consumo energético de la maquinaria agrícola con el empleo de técnicas de agricultura de precisión. Revista Ingeniería Agrícola, 5 (2): 23-28.). Por tal razón, se obliga a buscar nuevas estrategias para enfrentar el nuevo desarrollo sostenible, que permita satisfacer las necesidades energéticas de las actuales y futuras generaciones con un bajo costo energéticos de producción (de las Cuevas et al., 2017DE LAS CUEVAS, H. R., GÓMEZ, I., HERRERA, M. I., et al. 2017. Automated system for determination of energy and operating costs of self-propelled machines. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 26 (2): 80-88.).
Hoy en día, muestra agricultura muestra un elevado consumo de energía, debido a un incremento de la mecanización de los cultivos donde los sistemas de producción agrícola mecanizados constituyen una de las actividades que más consumo de energía requiere (Olivet, 2017OLIVET, Y. E. 2017. Balance energético de la preparación del suelo para el cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). REDEL. Revista Granmense de Desarrollo Local, 1 (3): 144-145.). Dentro de los sistemas de producción agrícola, las actividades de preparación de suelo generan elevados consumos de energía, debido al número de estas que se realizan. El consumo de combustible depende del tipo de suelo y su condición en el momento de ser labrado, la potencia del tractor, el apero utilizado y la profundidad de trabajo (Olivet, 2010OLIVET, Y. E. 2010. Efecto de tres sistemas de labranza en las propiedades físicas y en el consumo energético para el cultivo del tabaco (Nicotiana tabacum L.) en un Vertisol. Tesis para optar por el título de Doctor en Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos. Universidad Politécnica de Madrid, Espana, 135 p.).
Teniendo en cuenta todo lo abordado, lo más importante para lograr la eficiencia energética de una empresa no es solo tener un plan de ahorro de energía, sino que exista un sistema de gestión energética que garantice que ese plan sea renovado cada vez que sea necesario, que involucre a todas las áreas de trabajo, a los trabajadores y directivos para generar y alcanzar nuevas metas en este campo (Ponce et al., 2008PONCE, F., ÁLVAREZ, E. GONZÁLES, Y., et al. 2008. Influencia de las tecnologías de labranza- siembra sobre los costos energéticos y de explotación de la técnica empleada y la contaminación del aire en el cultivo del frijol. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17 (4): 13-18.; de las Cuevas et al., 2009DE LAS CUEVAS, H. R., RODRÍGUEZ, T., PANEQUE, P., et al. 2009. Costos energéticos de un conjunto tractor-máquina de siembra directa. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 18 (4): 8-12.). Es por eso que, se hace necesario garantizar las producciones venideras con un consumo mínimo de portadores energéticos. El objetivo de este trabajo fue evaluar el consumo energético de la producción del cultivo de la caña de azúcar en la Cooperativa de Producción Agropecuaria (CPA) “VI Congreso Campesino”.
MATERIALES Y MÉTODOS
⌅El trabajo investigativo se desarrolló en la CPA “VI Congreso Campesino”, perteneciente al municipio de Niquero, provincia Granma, Cuba, dedicada al cultivo de la caña de azúcar, sobre un Vertisol (Hernández et al., 2015HERNÁNDEZ, A., PÉREZ-JIMÉNEZ, J. M., BOSCH, D., et al. 2015. Clasificación genética de los suelos de Cuba. Ediciones INCA, Cuba, 91 p. ). Para el estudio se ajustó un diseño experimental completamente aleatorizado donde se evaluaron dos campañas, siendo los tratamientos, Campaña 1 (2016-2017) y Campaña 2 (2017-2018). Las variables de estudios fueron: energía de uso directo e indirecto, energía Input y Output, eficiencia energética (Ratio y NER), emisiones de CO2. Una vez tomados los datos, se realizó un análisis de varianza con el paquete estadístico STATISTICA (Statsoft, 2003STATSOFT. 2003. Statistica for Windows, version 6. Tulsa, Oklahoma, USA.), efectuando la prueba de LSD de Fisher con una probabilidad p<0,95.
Determinación del balance energético
⌅El balance energético se realizó por la metodología propuesta por Bowers (1992)BOWERS, W. 1992. Agricultural field equipment. In: Fluck, R. C. (Ed.). Energy in World Agriculture. Energy in Farm Production. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp. 117-129., donde se tuvo en cuenta la energía directa e indirecta de los insumos.
La Energía directa (Ed) incluye aquellas que están asociadas al consumo de combustible, electricidad y mano de obra empleada en las diferentes labores:
Donde:
Cc , es el consumo de combustible (L ha-1)
Eeg , es el equivalente energético del gasóleo (41 MJ L-1) (Saunders et al., 2006SAUNDERS, C., BARBER, A. y TAYLOR, G. 2006. Food Miles - Comparative Energy/Emissions Performance of New Zealand’s Agriculture Industry. The Agribusiness and Economics Research Unit (AERU), Lincoln University, Research Report No., 285, New Zealand, 119 p.)
Donde:
Eh , es el equivalente energético del trabajo humano (1,96 MJ ha-1 para el hombre) (Mandal et al., 2002MANDAL, K. G., SAHA, K. P., GHOSH, P. K., et al. 2002. Bioenergy and economic analysis of soybean-based crop production systems in central India. Biomass and Bioenergy, 23 (5): 337-345.)
nob , es la cantidad de obreros que participan en una determinada labor
Ctob , es la capacidad de trabajo de los obreros agrícolas, (ha h-1)
En la Energía indirecta (Ei) se incluye, la utilización de la maquinaria y de los factores de producción:
Donde:
Ef , es el factor energético, debido a la fabricación del equipo (87 MJ kg-1) (Bowers, 1992BOWERS, W. 1992. Agricultural field equipment. In: Fluck, R. C. (Ed.). Energy in World Agriculture. Energy in Farm Production. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp. 117-129.)
Er , es el factor energético en reparación y mantenimiento (%)
Et , es el factor energético, debido al transporte del equipo desde la fábrica (88 MJ kg-1) (Bowers, 1992BOWERS, W. 1992. Agricultural field equipment. In: Fluck, R. C. (Ed.). Energy in World Agriculture. Energy in Farm Production. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp. 117-129.)
meq , es la masa del equipo (kg)
Vu , es la vida útil del equipo (h)
at , es el ancho de trabajo del equipo (m)
vtr , es la velocidad real de trabajo (km h-1)
Los valores del factor energético, correspondiente a reparación y mantenimiento, la vidas útiles de los equipos, así como de los insumos, se toman de Bowers (1992)BOWERS, W. 1992. Agricultural field equipment. In: Fluck, R. C. (Ed.). Energy in World Agriculture. Energy in Farm Production. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp. 117-129., Chamsing et al. (2006)CHAMSING, A., SALOKHE, V. and SINGH, G. 2006. Energy consumption for selected crops in different regions of Thailand. Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal,VIII: 1-18., MINAG (2008)MINAG. 2008. Costos y vida útil de la maquinaria estimados. MINAG, Cuba., Gezer et al. (2003)GEZER, I., ACAROGLU M. and HACISEFEROGULLARI, H. 2003. Use of energy and labour in apricot agriculture in Turkey. Biomass and Bioenergy, 24: 215-219., Green (1987)GREEN, M. B. 1987. Energy in pesticide manufacture, distribution and use. In: Helsel, Z. R. (Ed.) Energy in World Agriculture. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp. 165-177., y Pimentel (1992)PIMENTEL, D. 1992. Energy Imputs in Production Agriculture. In: Fluck, R. C. (Ed.). Energy in World Agriculture. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp. 13-29..
Donde:
Ds , es la dosis de insumo, (kg ha-1 para los fertilizantes y L ha-1 para los pesticidas)
Eein , es el equivalente energético de los insumos (MJ kg-1 para los fertilizantes y MJ L-1 para los pesticidas)
Energía total del proceso:
Donde:
Rac , es el rendimiento del cultivo (kg ha-1)
Donde:
Rac , es el rendimiento del cultivo (kg ha-1)
Eeq , es la energía equivalente del cultivo 15,6 MJ kg-1 (Ferreira, 2015FERREIRA, R. 2015. Balance energético de la caña de azúcar producida mediante tecnologías de producción orgánica y convencionalTesis para optar por el título de Ingeniero Agrícola. Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, Cuba.)
Donde:
EOutput , es la energía asociada al cultivo producido (MJ ha-1)
EInput, es el consumo de energía total (MJ ha-1)
Determinación de las emisiones de dióxido de carbono
⌅Las emisiones de CO2 se determinaron multiplicando la energía de entrada Input por el equivalente de emisiones, ecuación 10 .
Donde:
EqCO2 , es el equivalente de las emisiones de CO2 (73,95 kg CO2 E GJ-1) (Lal, 2004LAL, R. 2004. Carbon emission from farm operations. Environment International, 30(7): 981-990.)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
⌅Energía de uso directo
⌅En la figura 1 se muestra la energía de uso directo, consumida en dos campañas, para lo cual se observa diferencias significativas entre las campañas evaluadas. Donde C1 mostró el mayor consumo de energía (1 910,62 GJ ha-1), 53 % superior a la energía consumida en C2 (897,25 GJ ha-1).
Teniendo en cuanta cada uno de los componentes que integran la energía directa (Tabla 1), se comprobó que el uso del combustible, fue el parámetro que más energía aporto con relación a la energía utilizada en la mano de obra, alcanzando un valor medio de 1 397, 01 GJ ha-1. Donde la C1 registró en mayor consumo de energía con relación a la C2. En correspondencia con los criterios de Álvarez et al. (2006)ÁLVAREZ, R. L., PANEQUE, R. P., ÁLVAREZ, O., et al. 2006. Costo energético de las operaciones de siembra más comunes en Cuba. IIMA, Cuba. y Pino et al. (2016)PINO, J. C., BELTRÁN, R. F., MENA, E. R., et al. 2016. Análisis comparativo de los indicadores técnicos explotativos en las cosechadoras de caña KTP-2M y KTP-3000S. Ingenius. Revista de Ciencias y Tecnología, 16: 12-19..
| Indicadores | Campañas | Media | |||
|---|---|---|---|---|---|
| C1 | C2 | ||||
| Combustible | 1 903,25a | A | 890,77b | A | 1 397,01 |
| Mano de obra | 7,38a | B | 6,48a | B | 6,93 |
| Media | 955,31a | 448,62b | 701,97 | ||
Energía de uso indirecto
⌅De igual forma se presenta el consumo de energía indirecta (Figura 2), con diferencia significativa entre las campañas. C1 mostró el mayor consumo de energía de uso indirecto (652,39 GJ ha-1), siendo este resultado 58 % superior a lo alcanzado por C2 y a los determinados por López et al. (2018)LÓPEZ, I., QUEIPO, O. y SALVADOR, F. 2018 Evaluación de los índices técnicos-explotativos y energéticos de las cosechadoras de caña de azúcar CASE IH A 8800. Universidad & Ciencia, 7 (3): 26-37..
El consumo de C1 está dado en lo fundamental, por la cantidad de energía empleada en la aplicación de los fertilizantes (Tabla 2). El análisis mostró que los valores de energía por concepto del uso de los fertilizantes alcanzado por C1 (595,94 GJ ha-1) superan en un 62 % a los obtenidos por C2 (226,40 GJ ha-1). Asimismo, la cosecha mecanizada con combinada KTP 2M, con 50,90 GJ ha-1 en C1, 11 % superior a la energía alcanzada por C2 (45,24 GJ ha-1).
| Indicadores | Campañas | Medias | |||
|---|---|---|---|---|---|
| C1 | C2 | ||||
| Maquinaria | 4,29a | C | 2,03b | C | 3,16 |
| Fertilizantes | 595,94a | A | 226,40b | A | 411,17 |
| Herbicidas | 1,26b | D | 1,59a | D | 1,43 |
| Cosecha KTP 2M | 50,90a | B | 45,24b | B | 48,07 |
| Medias | 216,03a | 91,08b | 153,56 | ||
Mientras que la energía empleada en la maquinaria utilizada en la preparación de suelo y el uso de los herbicidas presentan valores de consumo menores a los alcanzados por los fertilizantes y la cosecha con KTP 2M, también con diferencias significativas entre las campañas. De forma general, C1 alcanzó una energía media de 216,03 GJ ha-1, 58 % superior a la energía media alcanzada por C2 (91,08 GJ ha-1). Al comparar los indicadores, el uso de los fertilizantes alcanzó un valor medio de 411,17 MJ ha-1 en correspondencia con Olivet et al. (2014)OLIVET, Y. E., SÁNCHEZ-GIRÓN, V. y PARRA, L. R. 2014. Balance energético de tres tecnologías de labranza en un Vertisol para el cultivo del tabaco (Nicotiana tabacum L.). Revista Ingeniería Agrícola, 4 (2): 35-41..
Energía total Input
⌅La energía Input, suma de la energía directa e indirecta reporta diferencia significativa entre las campañas (Figura 3A), donde C1 reporta valores de 2 563,01 GJ ha-1, 54 % superior a C2, con valores de 1 172,52 GJ ha-1. En función del rendimiento agrícola, C1 mostró el mayor consumo (0,13 GJ t-1), superando en 38 % a C2 con 0,08 GJ t-1 (Figura 3B), asimismo a lo alcanzado por Parra et al. (2017)PARRA, L. R., HERNANZ, J. L. y SÁNCHEZ-GIRÓN, V. 2017. Influencia de cuatro sistemas de laboreo en las propiedades físicas de un Fluvisol y en el balance energético en cultivos de raíces y tubérculos. Revista Universidad & Ciencia, 6 (1): 65-81..
Energía Output contenida en el producto final
⌅En la figura 4 se observa la energía Output, para lo cual se obtuvo diferencias significativas entre las campañas, donde C1 alcanzó el mayor valor 317 376,76 GJ ha-1, 29 % superior a lo alcanzado por C2. Estos valores de energía superan a los obtenidos por Olivet (2017)OLIVET, Y. E. 2017. Balance energético de la preparación del suelo para el cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). REDEL. Revista Granmense de Desarrollo Local, 1 (3): 144-145..
Relación energética del proceso
⌅La relación energética del proceso (Ratio), obtenida por C2 (193), fue 36 % superior a C1 (124) (Figura 5A). De igual forma, se muestra el coeficiente de energía neta (NER), 192 para C2 y de 123 para C1 (Figura 5B). Los valores de Ratio y NER alcanzados en las dos campañas superan el 100 % respectivamente, esto fue debido a ya que la energía Output es superior a la Input en correspondencia con lo obtenido por Rodríguez (2016)RODRÍGUEZ, L. 2016. Balance energético para el cultivo del fríjol (Phaseolus vulgaris L.) en la Unidad Básica de Producción Cooperativa “14 de Junio”. Tesis para optar por el título de Ingeniero Agrícola. Facultad de Ciencias Técnicas, Universidad de Granma, Cuba, 38 p..
Emisiones de CO2
⌅Durante el estudio de las dos campañas se obtuvo un consumo de energía Input de 2 563,01 y 1 172,52 GJ ha-1 respectivamente, trasmitiendo a la atmósfera 189 534,59 y 86 707,85 kg CO2 E ha-1, respectivamente. Es evidente que a medida que aumenta el consumo de energía Input las emisiones de CO2 son mayores, destacándose C1 con un comportamiento lineal para R2=1 (Figura 6), en correspondencia con Hermida et al. (2016)HERMIDA, Y., FERNÁNDEZ, Y., LLANES, A., et al. 2016. Plantación de caña de a azúcar en surco de base ancha, una opción viable y sostenible para mitigar el cambio climático. ICIDCA sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, 50 (1): 55-58..
CONCLUSIONES
⌅En la campaña 2016-2017 (C1) se alcanzó el mayor consumo de energía Input (2 563,01 GJ ha-1), así como de energía directa e indirecta, con valores de 1 910,62 GJ ha-1 y 652,39 GJ ha-1 respectivamente. La energía Output alcanzada por C1 (317 376,76 GJ ha-1) fue 29 % superior a la alcanzada por C2 (campaña 2017-2018). La relación energética (Ratio) y el coeficiente de energía neta (NER) tuvo mejor comportamiento en C2 (campaña 2017-2018) con relación a C1 (campaña 2016-2017). Las mayores emisiones de CO2 se registraron en la campaña 2017-2018 (C2), con valores de 189 534,59 kg CO2 E ha-1.