MANEJO DE LA COMPACTACION DEL SUELO EN CAÑA DE AZÚCAR

Jorge S. Torres Cenicaña

INTRODUCCION

La caña de azúcar es un cultivo altamente mecanizado con problemas de compactación que se pueden presentar durante la preparación, la siembra, la ejecución de las prácticas de cultivo y la cosecha. Altos valores de eficiencia en las labores normalmente se consiguen con el empleo de equipos, cada vez de mayor tamaño, con tractores y vagones montados en llantas de alta flotación ó en orugas para reducir los daños por compactación. A pesar del uso de llantas de alta flotación los problemas asociados con la compactación aún persisten en los campos, afectando la producción.

Una tendencia en las industrias azucareras en el mundo es desarrollar equipos montados en llantas de alta flotación con el propósito de reducir la compactación y de aumentar sus eficiencias. Sin embargo, los resultados experimentales obtenidos por Torres et al 1989, indican que todos los equipos de transporte usados en Colombia compactan el suelo en grados similares. La mayoría de los efectos de la compactación se concentraron en los primeros 25 a 30 cm del suelo superficial. El daño directo sobre las cepas de caña ocasionados por los equipos de transporte y por la alzadora fueron mayores que la reducción en producción causada por la misma compactación.

Qué es la compactación?

La compactación se puede definir como el proceso de comprimir las partículas del suelo acercándolas entre sí por el efecto de fuerzas externas que resultan de la acción de las máquinas y equipos sobre el suelo y por efecto de las lluvias que aumentan el peso del suelo. En primera instancia, la compactación del suelo parece ser un proceso sencillo que puede ser descrito por los valores de algunas propiedades físicas como la densidad aparente, relación de vacíos y porosidad.

El grado deseado de compactación del suelo con fines de preparar la cama para la colocación de las semillas, es bastante diferente de los valores requeridos desde el punto de vista de tracción y movilidad de los equipos en el campo. Actualmente, los problemas asociados con la compactación no han sido resueltos y se desprecian con frecuencia. Sin embargo, es importante definir los mecanismos para manejar la compactación en los suelos cultivados con el fin de proporcionar un ambiente ideal para el desarrollo de los cultivos, para la conservación del suelo y del agua, y para el manejo de la tracción y movilidad de la maquinaria dentro del campo. La compactación de los suelos puede ser considerada como un factor del sistema de producción que debe ser manejada, más que

tomada como un hecho que ocurre como resultado de la ejecución de otras prácticas de manejo (Schafer et al 1992).

Para manejar la compactación de los suelos se requiere que el profesional y el agricultor comprendan la forma como actúan las fuerzas sobre el suelo, la propagación y distribución de los esfuerzos dentro de la masa del suelo, la respuesta de los suelos a la compactación y la respuesta de los sistemas de producción al grado de compactación.

El proceso de compactación

El volumen total de un suelo está integrado por la suma de los espacios que ocupan las partículas minerales, la materia orgánica y por el volumen de los poros entre las partículas del suelo, los cuales pueden estar parcialmente ocupados por el agua y el aire. Cuando un suelo se deforma por efecto de fuerzas externas que son suficientes para causar un cambio de volumen, debido al acercamiento de las partículas sólidas (compresión), resulta una reducción del espacio poroso, el suelo se vuelve más compacto y existe un punto crítico a partir del cual se afecta el desarrollo de los cultivos. El estado de la compactación de un suelo se puede expresar en términos de una serie de propiedades interrelacionadas que describen las proporciones volumétricas de las fases sólida, líquida y gaseosa. Los cambios en las propiedades volumétricas, tal vez no sean tan importantes para las plantas como lo son el aumento en la dureza del suelo y las reducciones en conductividad y difusividad del agua y e aire a través del suelo (Sohane et al 1981 a y b).

A cualquier valor de densidad aparente, la resistencia mecánica a la penetración de las raíces está inversamente relacionada con el contenido de humedad del suelo. Cuando los suelos están húmedos, las condiciones de aireación en el extremo de las raíces ejercen más control sobre la penetración de la raíz que la resistencia a la penetración. De manera opuesta, cuando el suelo está seco, la impedancia mecánica aumenta y el desarrollo de la raíz es controlado por la dureza del suelo.

Generalmente, el 50 porciento del volumen de un suelo franco limoso es ocupado por las partículas, 30 porciento por agua y el 20 porciento restante por el aire del suelo. La proporción de aire y agua en el suelo están cambiando continuamente en la medida que las plantas extraen el agua. Cualquier acción que comprima el suelo, ya sea por el efecto de las máquinas de cultivo y del trafico de las llantas reduce el espacio poroso, lo cual resulta en problemas de drenaje interno y poca aireación. Debido a que las partículas del suelo y el agua no son compresibles, la compactación provoca en primera instancia una reorientación de las partículas y se reduce el volumen de aire. En algunas ocasiones cuando las cargas son grandes el agua fluye fuera del suelo como resultado de la reducción del volumen de los poros. Este efecto reduce el movimiento del agua y del aire en el suelo y finalmente se tiene una menor capacidad de almacenamiento de agua (Nolte and Fausey, OSU, boletín AEX- 301)

La compactación del suelo se esta convirtiendo en un problema serio en los campos cañeros, como resultado del uso de máquinas de labranza y equipos de cosecha más grandes y pesados. Siempre existe el riesgo o la tendencia a laborar los campos en condiciones de suelo húmedo; especialmente en el valle del río Cauca en donde se cultiva y cosecha durante todo el año. Los suelos compactados tienen menor volumen de poros, la infiltración del agua se reduce drásticamente y se requiere de más potencia para laborarlos. De esta manera, los campos permanecen húmedos y por periodos más largos retardándose la oportunidad para trabajarlos. Normalmente en estos campos, las raíces de las plantas no se desarrollan bien afectando negativamente la producción.

Causas de compactación

La compactación de los suelos es un proceso natural cuando ocurren las lluvias. En primera instancia los suelos se endurecen en la superficie, formando costras, debido a la energía del impacto de las gotas de lluvia. Los suelos también se compactan de manera natural al aumentar de peso por el agua almacenada; lo cual causa que los horizontes más profundos se compriman por efecto del peso del mismo suelo. Los arados de vertedera y discos operados siempre a la misma profundidad provocan la formación de capas compactas conocidas como “pie de arado”; el cual es relativamente delgado y puede ser aliviado al profundizar la penetración de los equipos de labranza (DeJong- Hughes et al 2001)

De otra manera, existe la compactación inducida por el hombre que se hace más evidente cuando los tractores, vagones, cosechadoras y equipos de labranza son usados en el campo.

La compactación está directamente relacionada con el peso de las máquinas, tamaño de las llantas y con la presión de inflado. Mientras los equipos más livianos pueden provocar niveles similares de compactación en la superficie al de los equipos pesados, las altas cargas de los vagones con caña causan compactación a mayores profundidades a las cuales no se puede llegar fácilmente con los equipos tradicionales de labranza. Definitivamente, el tráfico de las llantas sobre el suelo es la mayor causa de compactación. El peso de los tractores ha venido aumentando de 3 toneladas en 1940 a 20 toneladas en la actualidad con los tractores de tracción en las cuatro ruedas.

Las ventajas de las llantas agrícolas de alta flotación han estimulado su uso en condiciones húmedas, resultando en compactación profunda debido a la menor capacidad del suelo para soportar el peso de las máquinas. La Figura 1, muestra los efectos de la humedad en la compactación. La misma llanta, con la misma presión de inflado y con la misma carga causa mayor compactación en el suelo húmedo que en el suelo seco. La mayor presión superficial sobre el suelo provoca mayor compactación en la capa arable.

Figura 1. Efectos de la humedad del suelo en la profundidad de la compactación (Soehne, 1958).

Compactación profunda

La compactación profunda puede definirse como la compactación excesiva, provocada por los altos pesos de los equipos y máquinas, que ocurre en el suelo a profundidades mayores que 30 -35 cm de la superficie. A estas profundidades, los equipos de labranza convencional no pueden llegar fácilmente. La compactación profunda es de gran preocupación porque es un problema más difícil para resolver (DeJong- Hughes et al, 2001).

Las prácticas de laboreo profundo, como el subsuelo o el cincel, pueden ser usadas para romper capas compactadas en el subsuelo y para que sean efectivas, los suelos deben estar secos. El costo de estas labores es alto y su efecto residual puede ser muy corto si no se eliminan las prácticas que provocaron la compactación.

Las altas cargas sobre las llantas son las culpables de la compactación profunda. Esta situación se ilustra claramente en la Figura 2, elaborada por Soehne, 1958. En esta figura se muestran diferentes referencias de llantas que resultan en presiones superficiales de 12 psi. En la medida que la llanta es mas grande el área de contacto con el suelo es mayor y, a pesar de las mayores cargas, la presión superficial se mantiene igual. Sin embargo, se puede notar una mayor profundidad de compactación en la medida que se aumenta la carga sobre la llanta, a pesar de ser de mayor flotación. En este caso la compactación superficial es insignificante; las mayores cargas se manifiestan como mayor compactación a mayor profundidad.

En general, cuando la carga sobre los ejes supera el valor de 10 toneladas, la profundidad del suelo compactado puede sobrepasar los 40 cm, a esta profundidad es muy difícil que

lleguen los equipos normales de labranza. La mayor carga sobre los ejes provoca compactación a nivel del subsuelo.

Figura 2. Profundidad de la compactación en función de la carga sobre los ejes de las llantas (Soehne, 1958).

Presión de inflado

La distribución de la presión de las llantas de los tractores y vagones sobre la superficie del suelo depende de las características de las llantas o de la oruga y de las condiciones de la superficie del suelo. Soehne citado por Chancellor (1976), encontró que la presión promedio ejercida por una llanta en una superficie firme, es aproximadamente igual a la presión de inflado de la llanta. Cuando se aplica una carga a una llanta, la presión de inflado permanece constante mientras que la llanta se deforma para ocupar una mayor superficie de contacto, compensando por el aumento de la carga. De otra manera, cuando la carga permanece constante y la presión de inflado se reduce, la llanta se aplana estableciéndose una mayor área de contacto.

La presión de inflado de las llantas agrícolas es el factor primario que determina el nivel de compactación alcanzado por el suelo superficial. Al seleccionar llantas de mayor diámetro con menor presión de inflado o con el uso de llantas duales, un tractor de 200 HP puede causar una compactación superficial similar a la de un tractor de 50 HP. A medida que el tractor es más pesado se provoca compactación a mayor profundidad que con un tractor liviano.

Carga sobre el ejeCarga sobre el eje

Compactación con orugas

El uso de vehículos montados en orugas parece ser la mejor opción para reducir la compactación, especialmente en suelos de textura fina. Orugas con ancho de la estera entre 35 y 50 cm resultaron en presiones superficiales promedias entre 14 y 28 Kpa (Soehne et al 1958 a y b). A pesar del alto costo de las orugas y de las restricciones para su desplazamiento en las carreteras, los tractores montados en orugas son muy utilizados en la preparación de suelos. Actualmente, la mayoría de las cosechadoras de caña vienen con la opción de orugas metálicas o de llantas de caucho. En los lugares donde la caña se cosecha en periodos húmedos, los vagones con orugas podrían ser una opción para reducir los daños al campo por compactación y deformación de la superficie del suelo.

Los tractores enllantados son de uso común en las fincas por su maniobrabilidad y facilidad para manejarlos en un amplio rango de velocidades (Figura 3). Los tractores con orugas poseen características deseables, tales como la mayor capacidad de tracción por unidad de peso de la máquina, un menor coeficiente de resistencia al rodamiento en el campo, y menor hundimiento en suelos húmedos con menor capacidad portante (Koleen y Kuiper, 1983). Las orugas pueden resultar en presiones superficiales que varían entre 5 y 8 psi, dependiendo del ancho de la oruga y de la longitud y peso del tractor. Las llantas radiales pueden ejercer una presión de 1 a 2 psi por encima de la presión de inflado de la llanta. Por ejemplo, si una llanta radial es inflada con una presión de 6 psi, la presión que la llanta ejercería sobre el suelo sería de 7 a 8 psi.

Figura 3. Uso de orugas de caucho y llantas de alta flotación en tractores agrícolas para reducir la compactación (DeJong- Hughes et al, 2001).

Pases repetidos

En el sistema de cosecha semi – mecanizada la caña se corta manualmente. La caña cortada es colocada en hileras o chorras de manera perpendicular a la dirección de los surcos y posteriormente es cargada usando máquinas alzadoras. Durante la operación de cosecha comercial no se sigue un patrón de tráfico definido de los equipos de transporte, lo cual resulta en pases repetidos de la alzadora, tractor y de los vagones sobre la misma área. Cuando la caña se cosecha mecánicamente, las llantas u orugas de la combinada de un surco y los vagones transitan dos veces sobre el mismo entresurco, creando un efecto aditivo de compactación con cada pase adicional de las máquinas.

El tráfico repetido de las máquinas sobre el mismo sitio del campo tiende a resultar en mayores presiones de contacto en la superficie del suelo; mientras que, a mayor profundidad en el perfil del suelo, se encuentran diferencias pequeñas en las presiones transmitidas durante la ejecución del primer y segundo pase de las llantas (Reed et al 1959). Cuando al mismo volumen de suelo se le aplica de manera repetitiva la misma fuerza, la porosidad decrece de manera diferencial en la medida que se aumenta el número de veces que se aplica la fuerza. De manera análoga, al incrementar el número de pases de la misma llanta los incrementos en la compactación son menores. Al pasar una llanta por segunda vez sobre la misma huella el rodamiento de la llanta se mejora, debido a que en el segundo pase la llanta encuentra un suelo más firme (Koleen y Kuipers 1983). Los suelos que están sueltos antes del tráfico, muestran un gran incremento de la densidad después del primer pase de las llantas, el cual se hace menor con los pases subsiguientes. De otra manera, después del primer pase de los equipos el incremento de la compactación con los pases siguientes es mínimo (Sohane et al 1981 a y b).

Tráfico controlado

Últimamente se ha hecho mucho énfasis en la necesidad de establecer zonas de tráfico permanente con el fin de reducir el porcentaje de área de cultivo afectada por la compactación de la capa arable. Al tener zonas de tráfico permanente o definido se tendrá una mayor profundidad de compactación en una fracción del campo solamente.

En el caso del cultivo de la caña, la mejor estrategia consiste en acomodar las trochas de los equipos, tractores y vagones para que transiten por el centro de las calles sin afectar el surco de caña. En este sentido la industria ha evolucionado y hoy en día la mayoría de los equipos se ajustan al espaciamiento de 1.75 m. Por otra parte, Cenicaña ha venido explorando la siembra en “Surco Doble Modificado” en la cual se establece una zona de tráfico permanente, por donde transitan los vagones cargados con caña sobre los residuos verdes, amortiguándose así el efecto de la compactación sobre el suelo. Al concentrar el tráfico de los vagones en una zona alejada de los surcos de caña se ha observado un mejor desarrollo de la caña. El sistema sigue siendo investigado con el fin de nivelar la producción de las plantillas que ha sido menor por efecto de la menor densidad de siembra por hectárea.

Efectos de la compactación

El efecto negativo de la compactación en la producción no siempre es muy claro. En aquellos años en que las lluvias son abundantes o se aplican riegos frecuentes el impacto negativo de la compactación en el desarrollo del cultivo no es tan evidente. Sin embargo, en los años secos con menor disponibilidad de agua para las plantas, los suelos compactados se estresan rápidamente afectando su producción. Estudios realizados en Indiana, Wisconsin y Canadá, referenciados por la Universidad de Wisconsin en la

publicación A3367, muestran claramente el efecto del nivel de la compactación en la producción de maíz (Figura 4). El impacto negativo de la compactación en la producción esta ligado al tipo de suelo. Los suelos franco-limo-arcillosos se afectan más que los franco- limosos. Generalmente, en la medida que las partículas del suelo son más pequeñas (finas) la compactación reduce mucho más la producción.

Figura 4. Efectos negativos de la compactación en la producción de maíz. (University of Wisconsin, Publicación A3367).

RECOMENDACIONES DE MANEJO

1. La compactación es mayor en suelos húmedos. 2. No transite sobre suelo húmedo al menos que sea indispensable. 3. La compactación en la superficie del suelo es función de la presión de contacto

que debe ser inferior a 100 kPa. 4. Use llantas radiales de alta flotación infladas a la presión mínima de trabajo. 5. Evite el uso de equipos pesados que provocan compactación profunda. 6. Elimine prácticas de laboreo innecesarias. 7. Use equipos de multilabor. 8. Las trochas deben coincidir con los espaciamientos de siembra. 9. Todas las máquinas deben tener la misma trocha. 10. Evite cargas superiores a 10 toneladas en cada eje. 11. La compactación profunda es difícil de corregir.

BIBLIOGRAFÍA

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