Evaluación automatizada de tierras para el cultivo de ajonjolí en relevo a maíz*

Automated land evaluation for cropping, maize and sesame in relay intercropping

Robertony Camas Gómez^1§, Antonio Turrent Fernández¹, Jaime López Martínez², Pedro Cadena Iñiguez², Bernardo Villar Sánchez², Reynol Magdaleno González², Francisco Cruz Chávez² y José Isabel Cortes Flores³

¹ Campo Experimental Valle de México. INIFAP. Carretera Los Reyes-Texcoco, km 13.5. Coatlinchan, Texcoco, Estado de México. C. P. 56250. Tel. 01 595 9212681. (aturrent@cablevision.net.mx). ^§Autor para correspondencia: camas.robertony@inifap.gob.mx.

³ Edafología. Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco, km 36.5, Montecillo, Texcoco, Estado de México. C. P. 56230. Tel. 01 595 9520248. (jicortes@colpos.mx).

* Recibido: mayo de 2009
Aceptado: enero de 2010

Resumen

En la Frailesca, Chiapas el cultivo principal es maíz en monocultivo. Este se siembra principalmente en suelos de terraza intermedia, ubicados fisiográficamente entre suelos de vega a orillas de ríos y laderas. El objetivo de este estudio fue generar un modelo para planificar el establecimiento de maíz (Zea mays L.) de temporal y ajonjolí (Sesamun indicum L.) como cultivo en relevo después de maíz. El modelo se generó aplicando la metodología del sistema automatizado de evaluación de tierras de la FAO, ALES versión 4.5. Para esto se recabó información técnica, cartográfica y de campo para hacer una base de datos. El procesamiento de la cartografía se realizó por medio del software Arc View 3.2. Se clasificaron 22 unidades de tierra considerando las características físicas y químicas del suelo. Del área total evaluada el maíz presentó las siguientes aptitudes físicas: apta 2.3%, moderada 28.2%, marginal 50.3% y no apta 19.2%. Para el ajonjolí en relevo; 19.2% apta, 61.5% moderada y 19.2% no apta. Los rendimientos simulados fueron muy similares a las parcelas de validación y demostración establecidas en la región. Se concluyó que del área total evaluada y cultivada con maíz en monocultivo, 80.7% puede intensificarse mediante la introducción de ajonjolí en relevo, y además el sistema automatizado de tierras permite realizar una planificación confiable para el uso del suelo.

Palabras clave: Sesamun indicum L., sistema experto.

In the Frailesca, Chiapas, maize is the main crop in monoculture. It is mainly Brown in intermediate terrace soils, located physiographically between lowland soils on river banks and hillsides. The aim of this study was to create a model to plan the establishment of maize (Zea mays L.) as a seasonal crop and sesame (Sesamun indicum L.) as a relay crop after maize. The model was created by applying the FAO methodology for automatic land evaluation, ALES version 4.5. In order to do this, technical, cartographic and field information was gathered in order to create a data base. Maps were processed using the program Arc View 3.2. Twenty two units of land were classified, considering the soil's physical and chemical characteristics. Out of the total area evaluated, maize displayed the following physical aptitudes: adequate 2.3%, moderate 28.2%, marginal 50.3% and inadequate 19.2%. For the relay sesame; 19.2% was adequate, 61.5% moderate and 19.2% inadequate. The simulated yields were very similar to the validation and demonstration parcels established in the area. It was concluded that out of the total area evaluated and cultivated with maize in monoculture, 80.7% can be intensified by introducing relay sesame, and that the automated land system helps create a reliable plan for soil use.

Key words: Sesamun indicum L., expert system.

INTRODUCCIÓN

La Frailesca, es la región maicera más importante del estado de Chiapas, con una producción de 400 000 t de grano, que representa 33% de la producción estatal, con un rendimiento medio de 3.3 t ha^–1 (Coutiño et al., 2004). El maíz se cultiva en 120 000 ha bajo condiciones de temporal y la mayor parte de esta se ubica en áreas de terrazas caracterizadas por pendientes de 0 a 15%, comprendidas entre las tierras de vega y ladera, que representan 56% de la superficie total de la Frailesca. El sistema de producción es monocultivo, representando el maíz el único ingreso económico durante todo el año.

Para fomentar una mayor productividad de los suelos en terraza, recientemente se han introducido en relevo a maíz, especies como el ajonjolí (Sesamun indicum L.), sorgo (Sorghum bicolor (L.) Moench), ya que éstas completan su desarrollo con la humedad residual prevaleciente, después que el maíz alcanza la madurez fisiológica (Camas et al., 2007). Sin embargo, para el éxito de este sistema de producción intensivo, es prioritario realizar una evaluación de tierras que permita determinar cuáles son los suelos más aptos agronómica y económicamente.

En relación a los métodos de evaluación de tierras, se han desarrollado un gran número de sistemas desde los convencionales (cualitativos) hasta los índices de productividad y modelos de simulación matemática, mismos que pueden ser usados en forma separada o combinados (Van et al., 1992). Estos en su mayoría, están orientados hacia acciones de corto plazo y no tanto para labores de planificación, entendida como el proceso de distribución de uso del suelo, para lograr un beneficio máximo del grupo de usuarios, en corto, mediano y largo plazo, sin degradar el suelo. Como consecuencia, la FAO (1976) propone la metodología de esquema para evaluación de tierras; a través del sistema automatizado de evaluación de tierras (ALES), el cual es un sistema experto para la evaluación sistemática de los recursos naturales, considerando tres enfoques: clasificación cualitativa de aptitud de tierras, evaluación física cuantitativa y clasificación económica de tierras (Rossiter et al., 1995).

Por lo tanto, el objetivo del presente estudio fue generar un modelo para planificar el establecimiento de maíz de temporal (Zea mays L.) y ajonjolí (Sesamun indicum L.) como cultivo en relevo después de maíz.

El estudio se realizó durante el ciclo primavera-verano 2006 y otoño-invierno 2006-2007, en suelos de terrazas de la Sociedad de Producción Rural (SPR), Hermenegildo Galeana y San Damián, municipio de Villa Flores, Chiapas, México. Conforman una superficie de 600 hectáreas, localizadas entre los paralelos 16º 16' 30" y 16º 17' 30" de latitud norte y entre los meridianos 93º 10' 30" y 93º 12' 15" de longitud oeste. El clima de acuerdo con la clasificación de Köppen modificado por García (1981), es Aw2(w")(i)g corresponde al tipo cálido subhúmedo con lluvias en verano y presencia de sequía intraestival. La temperatura media anual es 25 ºC y la precipitación media anual de 1 100 a 1 300 mm, con una estación lluviosa que inicia a fines de mayo y termina en octubre (García, 1981).

Todas las unidades de tierra (UT), se sitúan en áreas de temporal clasificadas como de buena productividad, de acuerdo al mapa de áreas de provincias agronómicas para el cultivo del maíz de temporal en Chiapas (Turrent et al., 1992).

Metodología para la evaluación de tierras

FAO (1976), propone el esquema de evaluación de tierras como la aptitud física y económica de éstas, para tipos de uso de la tierra (TUT), que pueden ser cultivos diversos como uso forestal, pastizal, agrícola, etc. Para ello confronta las características de la tierra (CT), señaladas como cualidades de la tierra (CuT), con las exigencias o requerimientos de tipos de uso de la tierra (RUT). Adicionalmente, posee una herramienta automatizada que permite con mayor rapidez el proceso de cálculo y diseño de la base de datos y árboles de decisión, a través del programa computarizado llamado "sistema automatizado de evaluación de tierras" (ALES).

La CT son la base de la evaluación; éstas son estimaciones de las propiedades de la tierra que forman los elementos de la base de datos de ALES. Son utilizadas en la elaboración de árboles de decisión que determinan primero, los niveles de aptitud de cada CuT, y después los rangos de aptitud final para los diferentes TUT. Las CT se manejan como datos clasificados para poder construir arboles de decisión, siendo estos claves jerárquicas multidireccionales en donde las hojas representan resultados utilizados para determinar: a) valores de la CuT a partir de valores de la CT; b) los rendimientos proporcionales esperados a partir de CuT; y c) la subclase de aptitud física y económica a partir de valores de CuT.

Fases de la aplicación metodológica para la evaluación y desarrollo del sistema automatizado. Base de datos. Se adquirieron los planos topográficos de ambas SPR, la ortofoto y el modelo digital de elevación (MDE) a escala 1:75 000, correspondiente a la carta topográfica E15C79, expedida por el Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI). Así también, se consultaron trabajos de investigación desarrollados en la región, sobre el cultivo del maíz y ajonjolí en relevo después de maíz.

Delimitación del área de terrazas con maíz de temporal. Las terrazas se consideraron suelos con pendientes menores a 15% no pertenecientes a tierras de vega y laderas. Para su delimitación se siguieron los siguientes pasos: a) mediante el software ArcView 3.2, se realizó un análisis espacial del modelo digital de elevación de la carta topográfica E15C79, generando un mapa con pendiente menor y mayor a 15%; b) mediante fotointerpretación de la ortofoto, se discriminaron las áreas de vega respecto a las terrazas. Para verificación y ajustes se realizaron recorridos de campo usando el sistema de posicionamiento global (GPS); c) obtención de terrazas mediante la sobreposición de mapas con pendientes menores a 15%, y áreas de vega, eliminando áreas interceptadas; y d) obtención del mapa de parcelas muestreadas, sobreponiendo el mapa de áreas de terrazas sobre el mapa de parcelas proveniente de los planos topográficos de las comunidades.

Trabajo de campo. En cada parcela se determinó la profundidad efectiva y se tomaron muestras de 0-30 cm de profundidad del suelo, para su análisis físico y químico en laboratorio.

Tipos de uso de la tierra (TUT) y caracterización tecnológica y económica. Los TUT seleccionados fueron: maíz de temporal y ajonjolí en relevo a maíz. Se estableció ajonjolí una vez que el maíz había alcanzado su madurez fisiológica, bajo el concepto de asociación en sucesión, para evitar la competencia de crecimiento por diferentes factores como humedad, nutrimentos, espacio y radiación solar, que se presenta en asociaciones simultáneas (Pandey et al., 1981).

Definición de las cualidades de la tierra (CuT) y los requisitos de uso de la tierra (RUT)

Se consideraron los nutrimentos, humedad disponible y enraizamiento, mismos que planteaban diferencias y limitaciones para el desarrollo de los cultivos entre las UT. Se dividieron en tres niveles, que representan el posible comportamiento de cada TUT a cada CT presente en las UT (Cuadro 1).

Árboles de decisión para el uso de la tierra, aptitud física y económica

Árboles para los RUT. Para los tres RUT de los dos TUT, se elaboraron árboles de decisión en donde el orden de acomodo de las CT en forma jerárquica, presupone mayor peso en la determinación del RUT o CuT. Por medio de la confrontación de las CT se determinan los niveles bajo, medio y alto de cada cualidad. Por ejemplo una UT que tenga alta precipitación pluvial + suelo profundo + textura fina + moderada materia orgánica, tendrá alta humedad disponible. Por el contrario una UT con iguales características que la anterior, excepto suelos de profundidad media, tendrá moderada humedad disponible.

Árboles de decisión de clases de aptitud física. Consiste en combinar los resultados de las tres CuT o RUT; humedad disponible, nutrimentos disponibles y enraizamiento, de manera que expresen las clases de aptitud total de la tierra para los TUT maíz de temporal y ajonjolí en relevo a maíz. Se manejaron cuatro clases de aptitud: 1= apta, 2= moderadamente apta, 3= marginalmente apta y 4= no apta. En la Figura 1 se específica a manera de ejemplo la elaboración del árbol de decisión para el TUT ajonjolí en relevo a maíz.

Aptitud económica. Con datos de parcelas experimentales y de validación se determinó el rendimiento óptimo para el maíz y ajonjolí en relevo (Vicente, 2005). Este se entiende como el máximo rendimiento obtenido en una UT sin limitaciones para una TUT. Al mismo tiempo se obtuvieron los rendimientos para UT con diferentes limitaciones. Con el rendimiento óptimo, se evaluó el rendimiento proporcional, que representa el rendimiento actual, descontado la disminución de este, por efecto de los requisitos que perjudican la producción. Mediante la valoración de los egresos e ingresos, se determinaron los indicadores económicos, relación beneficio-costo y margen bruto, para determinar cuatro clases económicas clasificadas de manera similar a la aptitud física.

Sistema automatizado para la evaluación de tierras

Construido el modelo, se vierten los datos al sistema ALES para su procesamiento. El resultado, es la definición de las clases de aptitud de las UT para los TUT. Mediante la interfase entre ALES y el sistema de información geográfica IDRISI, se generaron imágenes correspondientes a las salidas de clases y subclases de aptitud física, indicadores económicos, CuT y CT (León, 1994; Camas, 1995).

De las 600 ha que comprenden ambas SPR, se evaluaron 74.8 ha dedicadas a la actividad agrícola, conjuntadas en 22 UT rangos de profundidad del suelo se presentaron de la siguiente manera: 0 a 15 cm en 30% (22.8 ha), 15 a 30 cm en 59% (44 ha) homogéneas geo-referenciadas (Cuadro 2 y Figura 2). Los y suelos con más de 30 cm que son más adecuados en 10.7% (8 ha). Estos resultados concuerdan con los plasmados por Turrent et al. (1992) en el mapa de provincias agronómicas para maíz de temporal en Chiapas, donde se indica que los suelos del área de estudio tienen más de 10 cm de profundidad.

La textura del suelo; 99% del área (74.1 ha) es textura media, 55.6% (41.2 ha) es franco arcillo-arenosa, 23.9% (17.7 ha) es franco arcillosa y 20.5% (15.2 ha) es textura franca. Únicamente 0.7 ha presentaron textura franco arenosa. Todas estas clases de textura se consideran apropiadas para los cultivos de maíz y ajonjolí.

En 32% del área (24.2 ha) se presentó acidez moderada y en 30% (22.8 ha) suelos ácidos, que resultan limitantes para el desarrollo de ambos cultivos (Malik et al., 1992; López et al., 1999; Joaquín, 2003). Únicamente 37% (27.8 ha) del área presentó suelos neutros considerados como apropiados para el desarrollo de los cultivos.

Con relación a la materia orgánica (MO), el 42.8% (32 ha) presentó un contenido bajo (<1.5%) y 41.4% (31 ha) moderada (>1.5-3%). Cantidades >3% se presentaron en 11.7 ha. Con respecto a las características del suelo; profundidad, acidez y materia orgánica, alrededor de un tercio del área evaluada presenta niveles moderados y una proporción similar para niveles bajos.

Las condiciones de nitrógeno total en el suelo, son aún más críticas ya que 62% (46.5 ha) presenta niveles bajos.Lo anterior, sugiere que existe una tendencia a la pérdida de la fertilidad del suelo y por ende en la productividad del mismo. En este sentido Nieuwkoop et al. (1992) menciona que en la zona de estudio, una vez abiertas las tierras al uso agrícola bajo sistemas tradicionales que mantienen el suelo descubierto, estas se ven sujetas a un proceso de deterioro, por efecto de la erosión que ocasiona pérdida de la materia orgánica en la capa arable.

No se determinaron UT con niveles críticos para fósforo, presentándose 37.4% del área total (28 ha) con cantidades moderadas (5.5-11 ppm), y altas (>11 ppm) en 62.5% (46.8 ha). Esto coincide con López et al. (1999), quien menciona que los suelos de la zona no presentan limitantes en fósforo que restrinjan el buen desarrollo y rendimiento del maíz.

Evaluación física y económica para el TUT maíz de temporal

Para el TUT maíz de temporal, del área evaluada, el 2.3% (1.7 ha) es físicamente apta con rendimientos de 4.5 t ha^–1; el 28.2% (21.1 ha) es moderadamente apta con rendimiento de 3.1 a 3.4 t ha^–1. La mayor parte del área no cumple con los RUT definidos para el maíz, siendo 50.3% (37.6 ha) marginalmente apta y 19.2% (14.4 ha) no apta (Cuadro 3). Lo anterior es evidente para las UT que presentan características restrictivas para el TUT, como son la baja profundidad efectiva del suelo y a la presencia de pH fuertemente ácidos (<5), que de acuerdo a López et al. (1999) afecta principalmente el enraizamiento de las plantas y junto a la baja disponibilidad de nutrimentos, ocasionan merma en la producción de maíz.

Para la evaluación económica, se obtuvo mayor cantidad de área apta y moderadamente apta respecto a la obtenida en la aptitud física. Lo anterior se debe, a que el mejor precio de referencia que alcanzó el maíz en 2006, permite que algunas UT con aptitud física moderada y marginal pasen a ser económicamente aptas y moderadamente aptas respectivamente. De esta manera, 19.2% (14.4 ha) de la superficie resultó ser económicamente apta y 61.5% (46 ha) con aptitud económica moderada, incluyendo a todas las UT con aptitud física marginal. Finalmente el 19.2% (14.4 ha) de la superficie resultó no apta.

Respecto a la aptitud física, se determinó como apto 2.3% (1.7 ha) superficie con un rendimiento de 750 kg ha^–1, moderadamente apto 42.5% (31.8 ha) de 510 a 600 kg ha^–1, marginalmente apto 44.6% (33.4 ha) de 300 kg ha^–1; y no apto 10.6% (7.9 ha) (Cuadro 3). Para la evaluación económica, se presenta similar cantidad de hectáreas marginalmente aptas y no aptas a las presentadas para aptitud física. En lo que concierne a la aptitud económica apta, se presentan 25 ha, representando un incremento de 23.3 ha respecto a la aptitud física apta, debido que las UT 1, 3, 4, 5, 10 y 21 de aptitud física moderada presentan un rendimiento de 600 kg ha^–1, el cual permite alcanzar ese nivel de aptitud. Finalmente se obtienen 8.4 ha con aptitud económica moderada.

Se observa que en ambos TUT se presenta igual superficie con aptitud física apta (1.7 ha). Para la aptitud física marginal y no apta, existe un decremento de ambas con el TUT ajonjolí en relevo, respecto a maíz de temporal. Lo anterior se debe que las UT 6, 15 y 17 que resultan ser no aptas y las UT 3, 4 y 5 que son marginalmente aptas para maíz, pasan a ser moderadamente aptas para ajonjolí (Cuadro 4). Este comportamiento del ajonjolí en presentar niveles más favorables de aptitud respecto al maíz, se debe que la planta de ajonjolí es más rústica, con menores requerimientos nutricionales y de humedad, para expresar su potencial productivo (Finol, 2001; Ucan et al., 2007).

Las UT 2 y 20 en 7.9 ha que resultaron no aptas para ambos tipos de uso de la tierra, se considera que es debido a la baja disponibilidad de nutrimentos que prevalecen en esas UT, caracterizados por la presencia de pH fuertemente ácidos (<5) y bajo contenido MO (<1.5%).

Para eliminar estas restricciones y a futuro lograr incrementar la productividad de la tierra, se sugiere realizar el encalado de suelos y adicionalmente el establecimiento de leguminosas como canavalia, dolicos y frijol nescafe que contribuyen con aportes de materia orgánica y nitrógeno fijado biológicamente (Bohlool et al., 1990; Cherr et al., 2006; Quiroga et al., 2006; Camas, 2007). Otra forma, es buscar alternativas que sean compatibles con las características que actualmente son restrictivas para los TUT evaluados, como el establecimiento de especies tolerantes a acidez y condiciones de baja fertilidad.

Las UT con aptitud física marginal, pero con aptitud económica moderada, aunque aportan atractivas ganancias económicas, pueden ocasionar problemas de sostenibilidad después de ciclos consecutivos de producción por el agotamiento constante de los recursos naturales. Para evitarlo, deben integrarse al sistema, prácticas de recuperación de fertilidad de suelos que involucren en primer orden, el manejo de residuos de cosecha bajo un sistema de mínima o cero labranza que coadyuven además a la mayor conservación de la humedad residual, de vital importancia para el ajonjolí (Marcano et al., 1994).

Confrontación de los rendimientos reales con los simulados

Los rendimientos calculados mediante el sistema experto se asemejan a los obtenidos en parcelas experimentales y de validación (Cuadro 5). Por lo cual se considera que las evaluaciones realizadas por el modelo desarrollado, pueden considerarse válidos de aplicar en tierras de la región semejantes al área de estudio.

CONCLUSIONES

Con el modelo generado es posible realizar una planificación del establecimiento del maíz de temporal y del ajonjolí en relevo a maíz, para el uso intensivo y sostenible de los suelos de terraza intermedia.

Del área total evaluada, 80.7% cultivada con maíz en monocultivo, puede intensificarse el uso de la tierra estableciendo ajonjolí en relevo.

LITERATURA CITADA

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