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Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada
a experimentos agriacutecolas asociados al
suelo
Oscar Ivaacuten Monsalve Camacho
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias Agrarias
Bogotaacute DC Colombia
2021
Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada
a experimentos agriacutecolas asociados al
suelo
Oscar Ivaacuten Monsalve Camacho
Tesis presentada como requisito parcial para optar al tiacutetulo de
Doctor en Ciencias Agrarias
Director (a)
Geoacuteloga PhD Martha Cecilia Henao Toro
Liacutenea de Investigacioacuten
Suelos y Aguas
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias Agrarias
Bogotaacute DC Colombia
2021
A mi esposa Nadia Luque y nuestro hijo Jacobo
Monsalve Luque porque son mi apoyo fortaleza y
verdadero horizonte
Agradecimientos
Agradezco a Dios a mi familia y a todas las personas que me brindaron su apoyo para la
realizacioacuten de este trabajo
A la profesora Martha Henao por su guiacutea apoyo y sobre todo por su comprensioacuten e inmensa
humanidad quien no solo se limitoacute a guiar y corregir mi trabajo sino que ademaacutes fue un apoyo
constante
A los miembros de mi comiteacute doctoral profesores Andreacutes Pentildea Angela Castantildeo Aquiles
Darghan Helena Goacutemez y Jesus Ospina
A los profesores e investigadores Andrea Rodriacuteguez Carlos Bojacaacute Gerrit Hoogenboom Johan
Sebastian Gutierrez Oscar Castillo Yolanda Rubiano por su guiacutea cientiacutefica y valiosas ensentildeanzas
A la Universidad Nacional de Colombia
A la Corporacioacuten Colombiana de Investigacioacuten Agropecuaria (Agrosavia)
Al Centro de Biosistemas de la Universidad Jorge Tadeo Lozano
A la Universidad de Florida
Y a todos los que directa o indirectamente aportaron su granito de arena para que pudiera alcanzar
el objetivo
Resumen y Abstract IX
Resumen
A escala finca regioacuten paiacutes o planeta existe un considerable nuacutemero de instrumentos que evaluacutean
cualitativa o cuantitativamente el nivel de sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola
Las opciones se reducen si la evaluacioacuten se quiere realizar a nivel ultra detallado donde el sistema
productivo estaacute a escala de parcela o unidad experimental es decir en investigacioacuten agriacutecola
aplicada En este contexto es comuacuten que los mejores tratamientos sean identificados a traveacutes de
las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis estadiacutestico de variables como rendimiento
pero no se definen desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola conectando al
ambiente la sociedad y la economiacutea como un todo Por otra parte muchos de los estudios de
sostenibilidad agriacutecola se realizan sin tener en cuenta las caracteriacutesticas del suelo Esto contrasta
con el efecto directo y determinante que este recurso tiene sobre la agricultura Ademaacutes de la
restriccioacuten de detalle geograacutefico y la escasa importancia que se le da al suelo las actuales
herramientas no abordan cuantitativamente la sostenibilidad a largo plazo Teniendo en cuenta
estas tres limitaciones se disentildeoacute construyoacute y evaluoacute MSEAS (Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo) una herramienta de
anaacutelisis de la sostenibilidad agriacutecola basada en indicadores que reuacutene las tres dimensiones de la
sostenibilidad ambiental social y econoacutemica y a traveacutes de un iacutendice cuantitativo mide el nivel
actual o futuro de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados en experimentos sobre manejo
del suelo MSEAS se construyoacute con cuatro caracteriacutesticas importantes
1) adaptable a experimentos asociados a actividades de manejo del suelo con diversas
caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten
2) modulable dependiendo de la cantidad y calidad de los datos se tiene la opcioacuten de evaluar solo
la sostenibilidad actual o la sostenibilidad actual y futura
3) cuantificable el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un iacutendice
cuantitativo
4) inferencial es posible estimar un importante nuacutemero de indicadores mediante herramientas de
modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle Assessment) y DSSAT (Decision Support System
for Agrotechnology Transfer)
X Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Antes de construir MSEAS se plantearon cuatro documentos de liacutenea base
1) Revisioacuten sobre indicadores de sostenibilidad agriacutecola asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo
2) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental
3) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agriacutecolas
4) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
Estos trabajos sirvieron de liacutenea base y sustento teacutecnico para la puesta a punto de MSEAS la cual
se desarrolloacute a traveacutes de tres procesos disentildeo construccioacuten y evaluacioacuten con datos simulados uso
en condiciones actuales y uso en escenarios futuros Se utilizaron datos de experimentos reales
(estudios de caso) para evaluar la metodologiacutea La principal conclusioacuten que se desprende de esta
evaluacioacuten es que es viable el uso de MSEAS con experimentos agriacutecolas orientados al suelo ya
que se evidencioacute su capacidad para identificar los tratamientos ambiental social y
econoacutemicamente maacutes sostenibles en los experimentos evaluados
Palabras clave MSEAS indicador de sostenibilidad calidad del suelo relacioacuten suelo-planta
relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera DSSAT LCA
Contenido XI
Abstract
At the farm region country or global scale there are many instruments that qualitatively or
quantitatively assess the level agricultural production systems sustainability The options are
reduced if the evaluation is to be carried out at the ultra-detailed level where the production
system is at the plot or experimental unit scale ie in applied agricultural research In this context
it is common for the best treatments to be identified through the significant differences resulting
from the statistical analysis of variables such as yield However they are not defined from the
sustainability of the agricultural production system connecting the environment society and the
economy On the other hand many agricultural sustainability studies are conducted without
considering soil characteristics This contrasts with the direct and determining effect that this
resource has on agriculture In addition to the restriction of geographic detail and the low
importance given to soil current tools do not quantitatively address long-term sustainability With
these three limitations in mind MSEAS (Methodology for Sustainability Evaluation oriented to
Soil Associated Agricultural Experiments) an indicator-based agricultural sustainability analysis
tool was designed constructed and evaluated It brings together the three dimensions of
sustainability environmental social and economical and through a quantitative index measures
the current or future level of sustainability of the treatments evaluated in soil management
experiments MSEAS was constructed with four essential characteristics
1) Adaptable to experiments associated with soil management activities with diverse spatial
temporal and measurement characteristics
2) Modular since depending on the quantity and quality of the data there is the option of
evaluating only current sustainability or current and future sustainability
3) Quantifiable the level of sustainability of treatments is determined through a quantitative index
4) Inferential since it is possible to estimate many indicators using modeling and simulation tools
such as LCA (Life Cycle Assessment) and DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology
Transfer)
Before building MSEAS four baseline documents were proposed
1) Review of agricultural sustainability indicators associated with soil properties processes and
management
2) Evaluation of soil quality indicators with the possibility of use at plot or experimental unit scale
XII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3) Labour effort Indicator to estimate the magnitude of physical effort in agricultural work
4) Framework for the selection of the minimum set of indicators for agricultural sustainability
evaluations at the plot scale
These works served as a baseline and technical support for the development of MSEAS which
was developed through three processes design construction and evaluation with simulated data
use in current conditions and future scenarios Data from real experiments (case studies) were
used to evaluate the methodology The main conclusion drawn from this evaluation is that the use
of MSEAS with soil-oriented agricultural experiments is feasible Its ability to identify the most
environmentally socially and economically sustainable treatments in the evaluated experiments
was evidenced
Keywords SMAES sustainability indicator soil quality soil-plant relationship soil-water
relationship soil-atmosphere relationship DSSAT and LCA
Contenido XIII
Contenido
Resumen IX
Abstract XI
Contenido XIII
Lista de figuras XVI
Lista de tablas XVIII
Lista de abreviaturas XXII
Introduccioacuten general 23
1 Marco teoacuterico 28 11 Sostenibilidad agriacutecola 28 12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola basadas en indicadores 29 13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia 31 14 Suelo y variabilidad climaacutetica 31 15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en agricultura 33 16 Indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten 37 161 Resumen 37 162 Abstract 37 163 Introduccioacuten 38 164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten 39 165 Metodologiacutea 39 166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola 40 167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con su entorno
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 50 168 Conclusiones 55
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS 56 21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados para la construccioacuten y evaluacioacuten
de MSEAS 57 211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate bajo invernadero
(ExTom) 57 212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como estrategia para
reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el cultivo de papa (ExPtSp) 57 213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) 58
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela
o unidad experimental 59 221 Resumen 59 222 Abstract 60
XIV Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
223 Introduccioacuten 60 224 Metodologiacutea 64 225 Resultados 72 226 Discusioacuten 81 227 Conclusiones 87
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agricolas 88 231 Resumen 88 232 Abstract 88 233 Introduccioacuten 89 234 Metodologiacutea 90 235 Resultados y discusioacuten91 236 Conclusiones 98
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela 99 241 Resumen 99 242 Abstract 100 243 Introduccioacuten 100 244 Metodologiacutea 103 245 Resultados 111 246 Discusioacuten 115 247 Conclusiones 117
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) 118 31 Resumen 118 32 Abstract 119 33 Introduccioacuten 119 34 Materiales y Meacutetodos 121
341 Revisioacuten y tipos de indicadores 121 342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores 121 343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 122
35 Resultados y discusioacuten 126 351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial en MSEAS 126 352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten seleccionados para definir un
uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 133 36 Conclusiones 139
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales 141 41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de un cultivo de tomate frente a la
aplicacioacuten de cinco mezclas de fertilizantes 141 411 Resumen 141 412 Abstract 142 413 Introduccioacuten 142 414 Materiales y Meacutetodos 144 415 Resultados y discusioacuten 154 416 Conclusiones 163
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de
caso en Mosquera Colombia 165 421 Resumen 165 422 Abstract 165
Contenido XV
423 Introduccioacuten 166 424 Materiales y Meacutetodos 167 425 Resultados y discusioacuten 170 426 Conclusiones 177
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa 179 51 Resumen 179 52 Abstract 180 53 Introduccioacuten 180 54 Materiales y Meacutetodos 181
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema productivo 181 542 Uso de MSEAS en condiciones actuales 182 543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura 183
55 Resultados y discusioacuten 185 551 Escenario de cambio climaacutetico 185 552 Modelacioacuten en DSSAT 186 553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores centrales
seleccionados 190 554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS) 192
56 Conclusiones 199 ANEXOS Capiacutetulo 5 200
Conclusiones generales 203
Recomendaciones 205
Alcance y proyecciones 207
Bibliografiacutea 209
XVI Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de figuras
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor 27
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al
2017 35
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten
agriacutecola con indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor55
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los
tratamientos de los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo
(abajo) SMAF SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P)
SQPCA(P) PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto 78
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto
miacutenimo de indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten 115
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten
estaacutendar desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94 134
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los
iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 136
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 137
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 138
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 139
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 161
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tukey Plt 005) n=15 176
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a
experimentos agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de
sostenibilidad en condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP
Inventario del sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de
Contenido XVII
componentes principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules
corresponden a macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El
autor 182
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos
los puntos de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia) 187
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador
rendimiento (Yd) en el escenario actual 188
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3- +
NH4+ - N Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs)
temperatura maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85
Los datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten 189
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP
45 y 85 (2020 - 2100) 190
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay
diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 198
Contenido XVIII
Lista de tablas
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad
agriacutecola 30
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 32
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado
de Hoogenboom et al 2017 36
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades
agriacutecolas Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 46
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados
en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 51
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 52
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 53
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 54
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo 61
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
62
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
63
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos
(Exp) en evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias
significativas (Plt005) 65
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades
(Props) pH (agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD)
densidad aparente (Db) conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del
indicador de calidad de suelo SQSMAF Fuente adaptado de Andrews et al (2004) 67
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado 68
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de
calidad de suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados 73
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA
para los tres experimentos evaluados 74
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados 75
Contenido XIX
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para
los tres experimentos evaluados 76
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los
tres experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) 76
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de
calidad de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados 77
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los
tres experimentos evaluados 79
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los
tres experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes
aplicados al suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005
= P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados 91
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) 92
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten
terreno ST = Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP =
Cosecha y postcosecha Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado 92
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado
seguacuten su grado de esfuerzo (GE) 95
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende
GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 96
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las
labores de cultivo entre los sistemas evaluados 97
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y
MuiNo Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo
MaxGET = Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 98
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola
(Fuente de Olde et al 2016b) 102
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de
caso 110
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten
obligatorios (ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt
Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No
redundante y SgDf Significativamente diferente 111
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no
obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ
Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de
presente y futuro AgVr Agregado113
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc)
NoCv = No covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de
XX Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
correlacioacuten obtenido en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis
de covarianza en el componente principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador
correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de covarianza del PCA 114
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten 126
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 128
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 129
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 130
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 131
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 132
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 133
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del
inventario del sistema productivo 145
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema
productivo La informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento
individualmente 145
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental 149
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social 151
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica 152
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 155
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores 156
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 158
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 159
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados 163
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores 171
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 173
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 174
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 175
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y
Garzoacuten (2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio 184
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de
Ordontildeez y Bolivar (2014) 184
Contenido XXI
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ -
Nmin) y nitroacutegeno absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040
2041-2070 y 2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto
al periodo 2016-2040 188
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85
(periodo 2041 - 2070) 192
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada
tratamiento para el escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores
centrales 193
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 195
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 197
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario actual 200
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 45 201
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 85 202
XXII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de abreviaturas
Ab Teacutermino Ab Teacutermino Ab Teacutermino
AcTn Aceptacioacuten Inc Terreno inclinado OrC Testigo (control) orgaacutenico
AGG Estabilidad de agregados IRR Tasa interna de retorno ORO Tasa de oportunidad obtenida
AgVr Agregado IS Iacutendice de sostenibilidad PaArPa Rotacioacuten papa-arveja-papa
AP Acidificacioacuten potencial IS-45 Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
45 PaAvAr Rotacioacuten papa-avena-arveja
As Tratamiento Foacutermula de fertilizacioacuten de
Agrosavia IS-85
Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
85 PaPaAv Rotacioacuten papa-papa-avena
AsSp Tratamiento Fraccionamiento mensual de
As IS-A Iacutendice de sostenibilidad actual PCA Anaacutelisis de componentes principales
AsSp25 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 25 ISP IS por producto de indicadores ponderados PCat
Porcentaje de producto de primera
categoriacutea
AsSp50 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 50 ISS IS por suma ponderada de indicadores PCG Potencial de calentamiento global
BC Relacioacuten beneficio costo ISλ IS por funcioacuten multicriterio Pln Terreno plano
BPP Punto de equilibrio por precio IV Inversioacuten PlnAl Altamente tecnificado en terreno plano
BPQ Punto de equilibrio por cantidad JA Jornales por antildeo por hectaacuterea PlnEs Escasamente tecnificado en terreno plano
CAA Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Almacenamiento de Agua JC Jornales por ciclo por hectaacuterea PlnMd
Medianamente tecnificado en terreno
plano
CDR Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces LC Labores culturales PlnNo No tecnificado en terreno plano
ChC Testigo (control) quiacutemico LCA Anaacutelisis de ciclo de vida PLSR Regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales
CMI Conjunto miacutenimno de indicadores MdAs Medicioacuten asequible PO Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos
CRH Capacidad de retencioacuten de humedad MdEd Medido o estimado PrFu Balance de presente y futuro
CrLc Criterio de correlacioacuten de seleccioacuten de
indicadores Min Terreno muy inclinado PrTz Parametrizado
CS Cobertura del suelo MNM El menor es el mejor RCP Viacutea de concentracioacuten representativa
CSN Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Suministro de Nutrientes MuiAl
Altamente tecnificado en terreno muy
inclinado RWU Absorcioacuten de agua por la raiacutez
CuAt Cuantificable MuiEs Escasamente tecnificado en terreno muy
inclinado SgDf Significativamente diferente
DsPt Desarrollo participativo MuiMd Medianamente tecnificado en terreno muy
inclinado MSEAS
Metodologiacutea de evaluacioacuten de la
sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo
DSSAT Sistema de soporte a la decisioacuten para
transferencia de agrotecnologiacutea MuiNo No tecnificado en terreno muy inclinado SockN Stock de N
ELB Indicador de esfuerzo de labor MWT Toxicidad marina S-Pr Relacioacuten suelo-produccioacuten (Uso de la
tierra)
ELB(45) Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de
labor Mx1 Mezcla organo-mineral uno SQ Calidad del suelo
Elto-kg Relacioacuten consumo de elemento por
kilogramo Mx2 Mezcla organo-mineral dos SQI Indicador de calidad del suelo
EP Eutrofizacioacuten Mx3 Mezcla organo-mineral tres SQPCA SQI con PCA
EpIn Especiacuteficamente interpretable MYM El mayor es el mejor SQPLSR SQI con PLSR
EtA Ecotoxicidad acuaacutetica NbAt Criterios no obligatorios alternos de
seleccioacuten de indicadores SQSA SQI aditivo simple
EtT Ecotoxicidad terrestre NbPr Criterios no obligatorios principales de
seleccioacuten de indicadores SQSMAF
SQI Marco de referencia de evaluacioacuten del
manejo del suelo
ExPtRo Experimento papa rotacioacuten NI Ingresos netos SQWP SQI aditivo ponderado
ExPtSp Experimento papa fraccionamiento N-kg Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo
producido StockC Stock de carbono
ExTom Experimento fertilizacioacuten tomate NoRd No redundante TrEs Trasnsparente y estandarizado
FAg Funcioacuten de agregacioacuten NPV Valor presente neto UE Unidad experimental
FC Costos fijos ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VC Costos variables
FWT Toxicidad de agua dulce ObGt Criterios obligatorios de seleccioacuten
indicadores VrRt Variable entre repeticiones
GE Grados de esfuerzo de labor ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad W Ponderador
GI Ingresos brutos ODS Objetivo de Desarrollo sostenible W-kg Cantidad de agua por kilogramo producido
GWP Calentamiento global OIR Tasa de intereacutes de oportunidad Yd Rendimiento
HT Toxicidad humana OLD Agotamiento de la capa de ozono
Introduccioacuten general
Se han desarrollado una serie de propuestas para disminuir el impacto que sobre el ambiente la
sociedad y la economiacutea produce el manejo inadecuado de los cultivos Estas son evaluadas desde
diferentes enfoques pero sin duda el que ha ganado maacutes importancia y se ha ido adoptando en el
mundo es el de la sostenibilidad al incorporar e integrar la perspectiva de las tres dimensiones o
enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1997) que incluye la viabilidad
econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017) Pero la sostenibilidad
agriacutecola no es faacutecilmente medida (Pollesch y Dale 2015) pues ademaacutes de ser multidimensional
se puede realizar a diferentes enfoques geograacuteficos de medicioacuten global (Bernard et al 2014
Kanter et al 2016 Pretty y Bharucha 2014 Repar et al 2016 Rockstroumlm et al 2017 Soussana
2014 Tittonell 2014 Yli-Viikari et al 2012) nacional (de Olde et al 2016 Ghisellini et al
2014 Kucukvar et al 2014 Rinne et al 2013 Roy y Chan 2012) regional (Dantsis et al 2010
Gaudino et al 2014 Gerdessen y Pascucci 2013 Mascarenhas et al 2010 Milder et al 2014
Triste et al 2014 Walraevens et al 2015) y de finca o sistema productivo (Beacutelanger et al 2012
Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 Marchand et al 2014 Peano et al 2014 Ryan et
al 2016 Schader et al 2016 Van Passel y Meul 2012)
Como punto de referencia el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo de tesis es una
combinacioacuten del enfoque de tres pilares de Elkington (1997) y el de desarrollo sostenible de la
WCDE (1987) Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la
economiacutea de un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la
capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades
Para facilitar las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola se han desarrollado una serie de
herramientas como aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos de
evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones cuantitativas
entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola (De Olde et
al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et
al 2014) Estas herramientas estaacuten orientadas a evaluar la sostenibilidad de los sistemas de
produccioacuten tradicionales que ya estaacuten establecidos y en curso comparando por ejemplo sistemas
24 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de produccioacuten orgaacutenica contra convencional (Van Asselt et al 2014) o con riego contra sin riego
(Goacutemez-Limon y Riesgo 2009) No obstante el problema que se identifica y del cuaacutel parte este
trabajo de tesis es que la literatura no reporta instrumentos orientados a definir cuaacutel de las
alternativas meacutetodos o teacutecnicas de produccioacuten agriacutecola evaluadas mediante experimentacioacuten
cientiacutefica es la maacutes sostenible en el corto mediano yo largo plazo Dentro de este aspecto se
considera ademaacutes que las praacutecticas agriacutecolas de manejo del suelo (fertilizacioacuten labranza y riego)
generan impacto directo sobre los recursos suelo agua y atmoacutesfera por lo que variaciones en el
meacutetodo de produccioacuten modificaraacuten el estado del ecosistema A partir de este hecho surgen dos
preguntas 1) iquestCoacutemo evaluar el impacto de estas variaciones sobre el sistema de produccioacuten y 2)
iquestQueacute hacer si el impacto es negativo Para resolver la segunda pregunta es necesario resolver la
primera En ese sentido las evaluaciones de sostenibilidad basadas en indicadores como una
integracioacuten multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son el mecanismo maacutes
eficaz para determinar si un meacutetodo alternativa o tendencia de manejo del suelo es viable
ambiental econoacutemica y socialmente Algunos de los indicadores que se utilizan estaacuten asociados
con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Por su complejidad no es sencillo
definir cuales indicadores son los que mejor representan el sistema de produccioacuten agriacutecola Debido
a esto pueden evaluarse propiedades fiacutesicas quiacutemicas o bioloacutegicas del suelo asumiendo
generalmente que estas serviraacuten de indicadores aun cuando no variacuteen con el uso o evaluar
indicadores que se ajustan maacutes a otro tipo de servicios ecosisteacutemicos Esto sugiere que es
necesario construir un instrumento basado en indicadores que permita evaluar la sostenibilidad
agriacutecola en la fase de investigacioacuten aplicada al manejo del suelo
En concordancia con lo anterior Deytieux et al (2016) sugieren que las evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola deberiacutean realizarse no solo para sistemas tradicionales de produccioacuten sino
para nuevas alternativas de cultivo desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
identificando de esta forma las praacutecticas de cultivo maacutes sostenibles para ser compartidas con los
agricultores y tomadores de decisioacuten en el territorio
Cabe aclarar que la investigacioacuten aplicada hace referencia a aquellos estudios cientiacuteficos
orientados a resolver problemas de la vida cotidiana o a controlar situaciones praacutecticas (Vargas
2009) y cuyos resultados se podriacutean utilizar directamente en un contexto comercial Una de las
subdivisiones de la investigacioacuten aplicada es la experimental (Vargas 2009) la cuaacutel requiere que
las parcelas o unidades experimentales (UE) sean lo maacutes homogeacuteneas posible con el fin de reducir
25 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
el error De esta forma se asegura que la principal fuente de variacioacuten son los tratamientos
evaluados (Goacutemez 1997 Wayne 2002 y Martiacutenez et al 2011)
El principal objetivo de la investigacioacuten aplicada al manejo del suelo en agricultura es encontrar el
tratamiento que genere el mayor rendimiento del producto cosechado Ese tratamiento es aquel que
estadiacutesticamente presenta diferencias significativas y cuya media es mayor a los demaacutes
tratamientos evaluados Recomendar un tratamiento especiacutefico basado uacutenicamente en la evaluacioacuten
estadiacutestica podriacutea conducir a errores en su implementacioacuten comercial pues muchas veces el
oacuteptimo teacutecnico no corresponde con el oacuteptimo econoacutemico (Lanfranco y Helguera 2006) y estos a
su vez no estaacuten en equilibrio con el oacuteptimo ambiental y social Dado que el objetivo de la
investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten en campo calificar un tratamiento de manejo
del suelo como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de un estudio de sostenibilidad agriacutecola en
concordancia con lo expuesto por Deytieux et al (2016)
A pesar de que en la literatura se encuentran trabajos cientiacuteficos cuyo objetivo es sugerir el
correcto manejo del suelo y recomendar el o los mejores tratamientos para su aplicacioacuten en campo
estas recomendaciones se basan en los resultados teacutecnicos de los experimentos no se hacen sobre
la base de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados y aunque en muchos de estos trabajos se
realizan evaluaciones de variables de rendimiento de impacto ambiental o de rentabilidad no
consideran la interaccioacuten entre las dimensiones ambiental social y econoacutemica como un todo (p ej
Gu et al 2018 Hosiny et al 2017 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018
Wang et al 2018) Esto puede deberse a varias razones 1) la sostenibilidad no es una
caracteriacutestica uacutenica que pueda ser faacutecilmente medida ya que es multidimensional puede evaluarse a
diferentes enfoques geograacuteficos (Pollesch y Dale 2015) 2) no existe una herramienta de
evaluacioacuten de la sostenibilidad a escala experimental que se pueda utilizar especiacuteficamente en
estudios de investigacioacuten aplicada donde los sistemas son las unidades experimentales (a las
cuales se les aplican los tratamientos) y 3) la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los sistemas
(tratamientos) presumiriacutea la realizacioacuten de encuestas y la medicioacuten de variables adicionales a las ya
medidas en cuyo caso se requeririacutea un mayor uso de recursos (experticia tiempo y dinero)
Todo lo anterior evidencia que es necesario contar con una herramienta que permita evaluar la
sostenibilidad agriacutecola en experimentos relacionados con el manejo del suelo Esto seriacutea posible
debido a que 1) Muchas de las variables que alimentariacutean los indicadores provendriacutean de la misma
investigacioacuten 2) Gracias a la homogeneidad y tamantildeo de las unidades experimentales la medicioacuten
26 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de la sostenibilidad a escala experimental podriacutea hacerse con indicadores que se enfoquen
principalmente en la(s) fuente(s) de variacioacuten evaluada(s) es decir en los tratamientos contrario a
los estudios de sostenibilidad a un enfoque geograacutefico mayor los cuales requieren una gran
cantidad de observaciones debido a la heterogeneidad de la fuente de informacioacuten (p ej Dantsis
et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010) 3) La secuencia de evaluacioacuten
establecida para otras escalas geograacuteficas de medicioacuten principalmente de finca podriacutea adaptarse a
la escala de parcela o unidad experimental 4) Los indicadores de la dimensioacuten social no tendriacutean
que abordar poliacuteticas gubernamentales diferenciales (que se apliquen dependiendo de la regioacuten o
estado) ya que estas tendriacutean la misma influencia sobre todas las unidades experimentales en
evaluacioacuten 5) Existen diferentes herramientas informaacuteticas que permiten por medio de
modelacioacuten calcular ciertos indicadores que complementan las mediciones en campo 6) La
evaluacioacuten estadiacutestica que se hace de rutina no seraacute el paraacutemetro central para la toma de decisiones
eacuteste serviraacute como herramienta para decidir cuales indicadores se incluiraacuten en el anaacutelisis de
sostenibilidad a traveacutes de la definicioacuten de diferencias significativas entre tratamientos 7) Aunque
el objetivo del desarrollo y la agricultura sostenible son claros la medicioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola es compleja
El objetivo general del presente trabajo fue construir una herramienta para evaluacioacuten de
sostenibilidad agriacutecola a escala experimental que calcule mediante iacutendices cuantitativos el nivel
de sostenibilidad actual y futura de los tratamientos evaluados en experimentos asociados al
manejo del suelo
Para el logro del objetivo general se plantearon los siguientes objetivos especiacuteficos
Objetivo 1 Construir una metodologiacutea para evaluar la sostenibilidad agriacutecola a escala
unidad experimental donde los sistemas productivos a comparar son los tratamientos
Objetivo 2 Evaluar la metodologiacutea midiendo la sostenibilidad agriacutecola actual en
experimentos de manejo del suelo en los cultivos de papa y tomate
Objetivo 3 Evaluar la sostenibilidad futura en experimentos de manejo del suelo en papa
mediante la interaccioacuten tratamiento ndash escenario de cambio climaacutetico
El trabajo expuesto en este documento se esquematiza en la Figura 0-1
27 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor
28 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1 Marco teoacuterico
11 Sostenibilidad agriacutecola
Como se expuso en el apartado anterior el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo
de tesis es Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la economiacutea de
un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de
las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades (Elkington1997 y WCDE 1987)
La mayoriacutea de las definiciones de desarrollo y agricultura sostenible contemplan tres dimensiones
(De Luca et al 2017) la ambiental la social y la econoacutemica que Huumlnnemeyer et al (1997)
definen de la siguiente forma
bull Sostenibilidad ambiental (ecoloacutegica) los ecosistemas mantienen a traveacutes del tiempo las
caracteriacutesticas fundamentales para su supervivencia en cuanto a componentes e
interacciones
bull Sostenibilidad social la forma de manejo y la organizacioacuten social permiten un grado
aceptable de satisfaccioacuten de las necesidades de la poblacioacuten involucrada
bull Sostenibilidad econoacutemica el sistema bajo uso produce una rentabilidad razonable y
estable o que hace atractivo continuar con dicho manejo a traveacutes del tiempo
El estudio de la sostenibilidad agriacutecola al igual que en otros componentes de desarrollo humano
involucra las dimensiones ambiental social y econoacutemica El informe de la Comisioacuten Mundial para
el Desarrollo y el Ambiente (WCED 1987) dejoacute en evidencia que la agricultura tiene impacto
sobre estas tres dimensiones y a su vez estas tienen impacto sobre la agricultura (Tilman et al
2002) Esto es maacutes evidente en paiacuteses en desarrollo donde esta actividad es el principal medio de
subsistencia (Rao y Rogers 2006) La agricultura no solo impacta el ambiente sino que se ve
afectada directamente por sus cambios (Tilman et al 2002) A partir del informe de la WCED
comenzaron a desarrollarse conceptos como el de agricultura sostenible que es aquella que
satisface la necesidad de alimentos de las presentes y futuras generaciones obteniendo un equilibrio
entre la integridad ambiental y la equidad econoacutemica y social (FAO 2013) Estos conceptos y
29 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
desarrollos fueron la base para que en el 2015 las Naciones Unidas incluyeran a la agricultura
dentro de los 17 objetivos de desarrollo sostenible (ODS)
El reto de la evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es que requiere el equilibrio entre la
credibilidad cientiacutefica la relevancia praacutectica y la legitimacioacuten del proceso en muacuteltiples escenarios
pues incluye un enfoque socioeconoacutemico y cientiacutefico y no solo de gestioacuten de recursos naturales
(Joice 2003) La sostenibilidad agriacutecola cuenta con un considerable nuacutemero de instrumentos de
medicioacuten principalmente a escala finca (De Olde et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014
Paracchini et al 2015 Peano et al 2014 Schindler et al 2015) Estos concuerdan en la forma y
secuencia de evaluacioacuten asiacute 1) Seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad 2) Medicioacuten de
variables e indicadores esta medicioacuten se realiza de acuerdo con la naturaleza de cada indicador y
dimensioacuten 3) Normalizacioacuten de datos 4) Ponderacioacuten y agregacioacuten de indicadores y 5)
Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad
12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola basadas en indicadores
Cuando se realiza un anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola es necesario definir los indicadores y la
teacutecnica o instrumento que los agregaraacute en iacutendices En ese sentido se han desarrollado un conjunto
de herramientas basadas en indicadores que permiten la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los
sistemas agriacutecolas (De Olde et al 2016a Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Paracchini et al 2015
Peano et al 2014 Schindler et al 2015) En la Tabla 1-1 se describen algunas de esas
herramientas seleccionadas de acuerdo con los siguientes criterios 1) Que esteacuten orientadas a
evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola a escala finca 2) Que la evaluacioacuten de la
sostenibilidad se base en indicadores 3) Que las herramientas se hayan difundido a traveacutes de
publicaciones en revistas cientiacuteficas indexadas (evaluadas por pares acadeacutemicos) 4) Que incluyan
indicadores para cada una de las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y
econoacutemica)
Las herramientas expuestas en Tabla 1-1 sirvieron como insumo y punto de partida para la
construccioacuten de MSEAS
30 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad agriacutecola Herramienta Descripcioacuten Indicadores de Suelo sugeridos Referencia
CIAS
Composite
Indicator of Agriculture
Sustainability
Metodologiacutea cuantitativa que mediante ecuaciones estima cuantitativamente la
sostenibilidad de los sistemas y agrupa cierto nuacutemero de indicadores en un indicador
compuesto valieacutendose de teacutecnicas como el anaacutelisis de componentes principales (PCA) el proceso jeraacuterquico analiacutetico (PJA) y el anaacutelisis de decisioacuten multi criterio
(ADMC) Incluye 1) desarrollo de un marco teoacuterico 2) seleccioacuten de indicadores
base 3) anaacutelisis multivariado 4) imputacioacuten de datos faltantes 5) normalizacioacuten 6) ponderacioacuten y agregacioacuten (PCA PJA o TDMC) 7) anaacutelisis de robustez y
sensibilidad 8) enlaces de indicadores compuestos con otras variables 9) retorno a
los datos reales y 10) siacutentesis
NPKbal CS
Goacutemez-
Limoacuten y Riesgo
2009
CIMSOF
Composite
Indicator
Measuring Farm Sustainability
Metodologiacutea que asigna una puntuacioacuten y clasifica individualmente el desempentildeo de
la sostenibilidad agriacutecola a traveacutes de un indicador compuesto Primero usa anaacutelisis de
componentes principales policoacutericos no negativos para reducir el nuacutemero de
indicadores eliminar su correlacioacuten y transformar las variables categoacutericas en continuas Posteriormente aplica un anaacutelisis envolvente de datos de peso comuacuten a
estos componentes principales para asignar una puntuacioacuten individual a cada sistema
evaluado Seguacuten los autores este meacutetodo resuelve el tema de las ponderaciones de forma endoacutegena permitiendo al mismo tiempo identificar caracteriacutesticas
importantes en la evaluacioacuten de la sostenibilidad
Libre eleccioacuten Dong et
al2015
IDEA
Agricultural
holdings
sustainability indicator
Incluye 10 temas divididos en 42 subtemas Se sustenta en estrevistas a fincas Para
cada indicador se obtiene una cantidad de puntos Se define un valor maacuteximo para
cada subtema y tema con el fin de limitar la posibilidad de compensar los puntajes bajos (de Olde et al 2016b)
MOS NPKbal Zahm et
al 2008
LCSA
Life Cycle
Sustainable Assessment
Es una combinacioacuten de tres metodologiacuteas de ciclo de vida (LC) que evaluacutean cada una
de las dimensiones de la sostenibilidad ambiental (LCA - anaacutelisis de ciclo de vida)
econoacutemica (LCC - costo del ciclo de vida) y social (sLCA ndash anaacutelisis del ciclo de vida
social) LCSA = LCA + LCC + sLCA Se utilizan herramientas como el anaacutelisis de
decisioacuten multi criterio (ADMC) para agregar el resultado final de los LC
EtT EP EtA PCG AP CS De Luca et
al 2018
PG Public Goods
Tool
Evaluacutea el sistema de produccioacuten agriacutecola a traveacutes de una serie de factores Cubre 11
temas con 33 subtemas Los puntajes de los subtemas se calculan utilizando varios
indicadores calificados entre 1 y 5 Los puntajes se derivan a traveacutes de una entrevista a la finca e incluyen algunas comparaciones con los promedios regionales (de Olde et
al 2016b)
Manejo del suelo Incluye
indicadores a libre eleccioacuten
Gerrard et
al 2012
PESAS
Protocol for Evaluating the
Sustainability of
Agri-Food Production
Systems
Evalua la sostenibilidad a partir de la cuantificacioacuten de indicadores base seleccionados de una lista cruda de indicadores Luego de la seleccioacuten se establecen
liacutemites de sostenibilidad para estos indicadores (parametrizacioacuten) Posteriormente se
determina su impacto en la evaluacioacuten de sostenibilidad La ponderacioacuten de los indicadores es definida por los tomadores de decisioacuten Se pueden determinar tambieacuten
los grados de compensacioacuten entre indicadores y dimensiones
NO3 PCG AP Elto-kg S-Pr van Asselt
et al 2014
RISE
Response-Inducing
Sustainability
Evaluation 20
Utiliza doce indicadores de sostenibilidad Estos se calculan a partir de 68 variables
elegidas para estimar la influencia del agruicultor en ciertas actividades La unidad
de sistema es la finca Para evaluar la sostenibilidad utiliza dos paraacutemetros de estado y de fuerza motriz ambos variacutean de 0 (mejor) a 100 (peor) (Gerrard et al
2012)
MOS pH CE TE No-Nm Bi
Cn CRH NPKbal CS
Haumlni et al
2003
SAFA
Sustainability Assessment of
Food and
Agriculture systems
Se aplica a diferentes escalas de evaluacioacuten (desde finca a global) dirigida a todos
los actores desde agricultor hasta gobiernos Utiliza diferentes niveles de recopilacioacuten de datos dependiendo de la calidad requerida Incluye 21 temas 58
subtemas y 116 indicadores El puntaje de cada indicador se evaluacutea en una escala de
1 a 5 Las puntuaciones de los indicadores se agregan al subtema y estos al tema SAFA establece diferencias en la ponderacioacuten dependiendo del rendimiento las
praacutecticas de manejo y el objetivo de la actividad (de Olde et al 2016b)
Calidad quiacutemica del suelo
MOS pH CE No-Nm Pd Bi CIC
Estructura fiacutesica del suelo Cn Calidad bioloacutegica del suelo
Abundancia de organismos
actividad de microorganismos y presencia de sustancias
metaboacutelicas
FAO 2013
SMART
Sustainability Monitoring and
Assessment
Routine
Sistematiza las directrices de SAFA modelando el rendimiento de una finca con
respecto a los 58 subtemas Para cada uno se define un objetivo globalmente Para
cada objetivo hay indicadores que combinados permiten una evaluacioacuten del nivel de
logro del objetivo que se expresa en una escala del 0 al 100 0 indica que todas las actividades agriacutecolas aplicables contrarrestan el logro del objetivo 100
representa indica que la meta de sostenibilidad se ha logrado completamente En
total la herramienta se basa en 327 indicadores para los 58 subtemas
Schader et
al 2016
31 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia
Los estudios de cambio climaacutetico se construyen a partir de las proyecciones de clima futuro
proporcionadas por los muchos modelos climaacuteticos existentes La seleccioacuten de los modelos no es
sencilla y por lo general se realiza a partir del rango completo de cambios en las variables
climaacuteticas seguacuten lo proyectado por el conjunto total de modelos climaacuteticos disponibles Tambien
puede basarse en la habilidad de los modelos climaacuteticos para simular el clima pasado o en la
combinacioacuten de ambos (Lutz et al 2016)
En Colombia se han presentado aumentos de temperatura media en superficie de entre 04 y 1degC
durante el periodo 1901 a 2012 mientras que para la precipitacioacuten no se observan cambios
significativos para el mismo periodo Sin embargo al considerar el periodo 1951-2010 se aprecian
incrementos en el norte y centro del paiacutes del orden de 10 y 50 (IDEAM et al 2015) Se estima
que en Cundinamarca en el periodo 2011-2040 aumente la temperatura en 13 degC y que para el
2100 esta se incrementaraacute en 35degC mientras que la precipitacioacuten se incrementaraacute en 847 en el
periodo 2011-2040 y para el 2100 el incremento seraacute del 914 (IDEAM et al 2015)
14 Suelo y variabilidad climaacutetica
Con respecto al suelo la situacioacuten es maacutes compleja ya que no existen modelos que permitan
predecir con suficiente certeza todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas que interactuacutean
en el sistema suelo-planta Los mayores avances se han presentado con carbono y nitroacutegeno
(Parton et al 1994 Godwin y Sing 1998) seguido de foacutesforo (Dzotsi et al 2010) El uso de los
pocos modelos de suelo que existen no es sencillo pues al igual que con el clima es
recomendable conocer como ha sido el comportamiento de las propiedades en el pasado (ge 10
antildeos) para predecir con mayor certidumbre lo que sucederaacute en el futuro (p ej Zhang et al 2016 y
Yang et al2013) Las mediciones de las propiedades del suelo de una forma permanente y a
intervalos en tiempo y espacio similares no han sido tan comunes como las mediciones de
variables climaacuteticas Cada vez maacutes estaciones son instaladas y maacutes herramientas son construidas
para medir o estimar estas variables en todas las regiones del mundo (p ej NASA POWER -
Stackhouse y Kusterer 2019) Esta situacioacuten ha obligado a realizar modelacioacuten de cultivos
asumiendo que muchas de las propiedades del suelo permaneceraacuten constantes a lo largo del
tiempo
32 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es posible saber que hacer en el presente con respecto al manejo del suelo pero este conocimiento
podriacutea no aplicar en un ambiente de variabilidad climaacutetica (Brouder y Volenec 2008) El clima
tiene una fuerte influencia en la estructura propiedades quiacutemicas y biota del suelo (Ortiacutez 2012
Altieri y Nicholls 2008) Un aumento en el reacutegimen de lluvias promueve una mayor lixiviacioacuten de
nutrientes y afecta la nutricioacuten de los cultivos en el corto plazo por hipoxia de las raiacuteces y en el
largo plazo por aumento de la erosioacuten del suelo (St Clair y Lynch 2010) El aumento de las
precipitaciones tambieacuten puede causar erosiones en las laderas montantildeosas (Ortiacutez 2012) Una
disminucioacuten de las precipitaciones reduce la absorcioacuten de nutrientes (Blum 2005) la fijacioacuten
bioloacutegica de nitroacutegeno y podriacutea interrumpir el ciclo de algunos elementos esenciales (St Clair y
Lynch 2010) Las altas temperaturas y la disminucioacuten de las lluvias podriacutean alterar los ritmos de
crecimiento de las raiacuteces pues estas disminuyen considerablemente en los suelos secos reduciendo
la cobertura del suelo y hacieacutendolo maacutes vulnerable a la erosioacuten eoacutelica (Altieri y Nicholls 2008) El
incremento en la temperatura podriacutea reducir la fertilidad del suelo debido al aumento de la
descomposicioacuten de su materia orgaacutenica (St Clair y Lynch 2010) (Tabla 1-2)
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 Proceso Variables de cambio global Interaccioacuten con estreacutes mineral
Erosioacuten Precipitacioacuten fuerte sequiacutea Peacuterdida general de nutrientes del suelo CO2 y
fertilizante
Traspiracioacuten conducida por
flujo de masas Sequiacutea temperatura HR CO2
Peacuterdida o inmovilizacioacuten de NO3 SO4 Ca
Mg y Si
Crecimiento y arquitectura
de la raiacutez Sequiacutea temperatura del suelo CO2 Todos los nutrientes especialmente P y K
Micorrizas CO2 P Zn N
Microorganismos del suelo
(Ciclo del N) Sequiacutea temperatura del suelo N
Fijacioacuten bioloacutegica de N Sequiacutea temperatura del suelo N
Estatus redox del suelo Inundacioacuten Mn Fe Al y B
Lixiviacioacuten Precipitacioacuten fuerte NO3 SO4 Ca Mg
Fenologiacutea de la planta Temperatura P N K
Estatus del carbono orgaacutenico
del suelo
Humedad y temperatura del suelo
CO2 Todos los nutrientes
Salinizacioacuten Precipitacioacuten temperatura Na K Ca Mg
Debido a que el manejo adecuado del suelo es de suma importancia en la mitigacioacuten de las
emisiones de Gases Efecto Invernadero (GEI) (Galford et al 2010) los estudios se han enfocado
en dos componentes 1) la dinaacutemica (ciclo) del carbono emisiones de CO2 y estrategias de
mitigacioacuten de esas emisiones (secuestro de C) (Bailey et al 2018 Davidson y Janssens 2006
33 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Kutiacutelek 2011 Lal 2009 Ogle et al 2005 Schimel et al 2007 Smith 2012) y 2) mineralizacioacuten
de N lixiviacioacuten de N-NO3- y emisiones de N-NOx (Rennenberg et al 2009)
15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en
agricultura
En teacuterminos agriacutecolas conocer el comportamiento de un sistema de produccioacuten en 30 50 o 100
antildeos no es sencillo debido a las muacuteltiples variables de suelo y clima que interactuacutean
constantemente y cuya modificacioacuten genera variaciones en la fisiologiacutea de la planta Se han
desarrollado un nuacutemero importante de instrumentos para simular condiciones cambiantes del
ambiente y estimar como esos cambios modifican aspectos vegetativos y productivos de las plantas
cultivadas (IICA 2015) Sistemas de soporte a la decisioacuten basados en modelacioacuten de cultivos
como DSSAT (Hoogenboom et al 2017) AquaCrop (FAO 2017) APSIM (Keating et al 2003)
o EPIC (EPIC Development team 2017) entre otros fueron construiacutedos para responder a la
pregunta iquestqueacute tal siacute Con estos modelos se puede simular distintas condiciones agroclimaacuteticas y
estimar el comportamiento de la planta en esas nuevas condiciones Se construyen articulando los
componentes de suelo (movimiento de agua y nutrientes) planta (fotosiacutentesis desarrollo
fenoloacutegico y densidad de longitud radicular) y atmoacutesfera (evapotranspiracioacuten) (Hoogenboom et al
2017)
Los modelos agroclimaacuteticos se utilizan principalmente para predecir el rendimiento potencial de un
cultivar Este potencial estaacute ligado a la radiacioacuten solar temperatura y concentracioacuten de dioacutexido de
carbono atmosfeacuterico Al mismo tiempo esta asociado a los rasgos geneacuteticos que rigen la duracioacuten
del periacuteodo de crecimiento de la planta la interceptacioacuten de luz la conversioacuten a biomasa y la
divisioacuten (particioacuten) de esa biomasa en sus oacuterganos cosechables (Grassini et al 2015) Otros usos
son comunes estimar estrategias de rotacioacuten estudiar la dinaacutemica de la concentracioacuten de un
nutriente o la materia orgaacutenica del suelo elaborar planes de irrigacioacuten planificar las cosechas o
seleccionar el cultivar (Jones et al 2003 Rojas 2011) Tambieacuten se han planteado modelos para
para estimar los posibles impactos del cambio climaacutetico yo de la variabilidad climaacutetica regional
(Rojas 2011)
34 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
151 Sistemas de soporte a la decisioacuten
Los sistemas de soporte a la toma de decisiones (SSD) son paquetes de software que integran los
modelos agroclimaacuteticos procesamiento numeacuterico e informacioacuten cualitativa cuyo principal
objetivo es estimar el rendimiento potencial de varias alternativas de cultivo para llegar a una
decisioacuten basada en el resultado estimado que produciraacute cada una de dichas alternativas
(Hoogenboom et al 2017 Jones et al 2003 Liu et al 2011 Timsina et al 2008)
El SSD sirve como soporte a los usuarios pues les permite ingresar datos de siembra variedades
fertilizantes riego condiciones de suelo clima entre otros y les dan la posibilidad de analizar la
mejor eleccioacuten en funcioacuten de la informacioacuten disponible de forma faacutecil y eficiente y asiacute tomar las
decisiones con base en los objetivos que pretenden cumplir por ejemplo reducir costos aumentar
productividad disminuir impactos negativos al medio ambiente entre otros Es asiacute como un SSD
basado en un conjunto de modelos para simular el crecimiento de cultivos ayuda a mejorar la
eficiencia de un sistema productivo (De la Rosa et al 2004 Shahbazi y Jafarzadeh 2010)
Las posibles decisiones son muy sensibles a la variacioacuten de las condiciones edafoclimaacuteticas pues
depende de todos los factores que podriacutean ser significativos (Jones 2003) Los SSD han sido
usados de manera exitosa para evaluar el impacto del cambio climaacutetico y al mismo tiempo se han
empleado para disentildear estrategias de adaptacioacuten a este fenoacutemeno (Tan y Shibasaki 2003)
La informacioacuten inicial con que se debe contar la estructura y la informacioacuten de salida del SSD
variacutea de acuerdo con las necesidades para las cuales haya sido disentildeado el tipo de cultivo la zona
geograacutefica y la precisioacuten y nivel de desarrollo deseados (Rojas 2011) Existe una gran cantidad de
literatura relacionada con los SSD en diferentes partes del mundo Se describiraacute brevemente los
principios del sistema de apoyo a la toma de decisiones de transferencia agrotecnologica DSSAT
152 Sistema de Soporte de Decisiones para la Transferencia Agrotecnoloacutegica
(DSSAT)
El software DSSAT (por sus siglas en ingleacutes Decision Support System for Agrotechnology
Transfer) incorpora moacutedulos para diferentes cultivos en un software que facilita la evaluacioacuten y la
aplicacioacuten de modelos de cultivos para diferentes propoacutesitos (Jones 2003) DSSAT permite
35 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
simular 44 cultivos diferentes que facilitan la creacioacuten y el manejo de diversos experimentos
permitiendo manipular por ejemplo suelos y clima (Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011) La
base de DSSAT es un disentildeo de estructura modular con las siguientes secciones 1) suelo2)
archivos de entrada para simular diferentes cultivos 3) manejo de datos de clima y tiempo entre
otras Permite disentildear experimentos combinando cambiando y ajustando variables ante diferentes
escenarios climatoloacutegicos o construir diferentes escenarios de uso de fertilizantes y manejo del
riego (Jones 2003 Rojas 2011) (Figura 1-1)
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al 2017
Los modelos para los diferentes cultivos dentro de DSSAT pueden simular resultados a medida
que se incrementa el nivel de complejidad En el nivel maacutes bajo el rendimiento del cultivo
depende solamente de la cantidad de radiacioacuten la temperatura y el potencial geneacutetico siendo esta
una simulacioacuten del rendimiento potencial donde el agua y los nutrientes del suelo o fertilizantes no
son limitantes para el desarrollo del cultivo Aumentando la complejidad el desarrollo del cultivo
puede verse limitado por la disponibilidad hiacutedrica pero no por los nutrientes acercaacutendose maacutes a un
36 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
rendimiento real En un tercer nivel se incluye la disponibilidad de nitroacutegeno como una posible
limitacioacuten mientras que en un cuarto nivel de complejidad la disponibilidad de foacutesforo va a ser
determinante del rendimiento final Aumentar el nivel de complejidad de la simulacioacuten implica
aumentar el volumen y la precisioacuten de datos de entrada pero amplia el horizonte de investigacioacuten
comparando el rendimiento del cultivo con cada uno de los factores que lo determinan
(Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011)
Los conjuntos miacutenimos de datos requeridos por el modelo se exponen en la Tabla 1-3
(Hoogenboom et al 2017)
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado de
Hoogenboom et al 2017
Moacutedulo
Clima Suelo Cultivo
Variable Unidad Variable Unidad Variable Unidad
Est Meteoroloacutegica (Latitud) Clasificacioacuten USDA 2014 Siembra mmddaa
Est Meteoroloacutegica (Longitud) Pendiente Muestreo suelos mmddaa
Radiacioacuten MJ m-2 diacutea-1 Color Munsell Densidad siembra plantas m-
2
Temperatura maacutexima 0C
Espesor Hznte m Esp Entre surcos m
Temperatura maacutexima Arena
Prof Siembra m
Precipitacioacuten total diaacuteria mm Limo Cultivar
Observaciones Tambieacuten se puede incluir
temperaturas de bulbo seco y huacutemedo y velocidad del
viento para simular la evapotranspiracioacuten La duracioacuten de los registros meteoroloacutegicos debe como miacutenimo
cubrir la duracioacuten del experimento y preferiblemente comenzar unas semanas antes de la siembra y
continuar unas pocas semanas despueacutes de la cosecha
Arcilla Observaciones Tambieacuten se solicita
informacioacuten sobre el riego y las
praacutecticas de fertilizacioacuten
D Aparente g cm-3
C Orgaacutenico
pH Experimento
Saturacioacuten Al El componente experimental incluye datos de crecimiento del cultivo y la
dinaacutemica del agua y la fertilidad del
suelo
Observaciones Tambieacuten se pide
informacioacuten sobre abundancia de
raiacuteces
37 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
16 Indicadores asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten
161 Resumen
Las evaluaciones de sostenibilidad son el mecanismo maacutes adecuado para determinar si un meacutetodo
alternativa o tendencia de produccioacuten de cultivos es viable ambiental econoacutemica y socialmente
Estas se realizan por medio de herramientas basadas en indicadores algunos asociados con las
propiedades composicioacuten procesos y manejo del suelo Para conocer a profundidad el estado del
arte de la investigacioacuten en sostenibilidad agriacutecola con respecto al manejo del suelo se realizoacute esta
revisioacuten en la cuaacutel 1) se da una visioacuten global del efecto de las actividades agriacutecolas asociadas al
manejo del suelo sobre la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten y 2) se hace una descripcioacuten
general de los indicadores asociados al suelo que se han utilizado en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Se han utilizado 28 indicadores agrupados en indicadores inherentes al suelo (16) e
indicadores de procesos relacionados con la relacioacuten suelo-agua (3) relacioacuten suelo-atmoacutesfera (5) y
relacioacuten suelo-planta (4)
Palabras clave Relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-atmoacutesfera relacioacuten suelo-agua indicadores
de suelo seleccioacuten de indicadores
162 Abstract
Sustainability assessments are the most appropriate mechanism to determine if a method
alternative or crop production system is environmentally economically and socially viable These
assessments are carried out through indicators-based tools some associated to soil properties
composition processes and management practices In this review an overview of the soil
management practices effect on the sustainability of agricultural systems is given and a general
description is made of the soil indicators that have been used in agricultural sustainability
assessments A total of 28 indicators are analysed grouping them by soil inherent features (16) and
processes related to soil-water (3) soil-atmosphere (5) and soil-plant (4) systems
38 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Keywords Soil-plant soil-atmosphere and soil-water relationship soil indicators indicators
selection
163 Introduccioacuten
Dentro de la dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad agriacutecola generamente hay indicadores
asociados a propiedades del suelo cuya eleccioacuten depende de la naturaleza y el objetivo del anaacutelisis
que se pretende desarrollar aunque es comuacuten que los indicadores seleccionados promuevan entre
otras cosas que los sistemas evaluados hagan un ldquomanejo sostenible del recurso suelordquo definido
por Toacuteth et al (2007) como ldquoel manejo racional del suelo que no ejerce ninguacuten efecto negativo
irreparable ya sea en el suelo mismo o en cualquier otro sistema del medio ambiente
El uso del suelo en actividades agriacutecolas puede tener los siguientes efectos acumulacioacuten de
sustancias toacutexicas en los productos cosechados contaminacioacuten del agua yo la atmoacutesfera (si la
cantidad de fertilizantes aplicados excede la capacidad de amortiguacioacuten del suelo) erosioacuten (por
agua yo viento) compactacioacuten (por traacutefico de maquinaria y sobre pastoreo) salinizacioacuten (por
riego especialmente en regiones aacuteridas o en suelos con drenaje deficiente) agotamiento de
nutrientes destruccioacuten de la estructura y reduccioacuten en la biodiversidad del suelo lo cual pone en
peligro la produccioacuten agriacutecola y por ende la seguridad alimentaria (Scheffer et al 2016) El uso
sostenible del suelo depende de las condiciones ambientales las caracteriacutesticas del suelo y el uso
de este Estos interactuacutean bajo el principio de sistema donde el cambio de un factor causa la
alteracioacuten de los demaacutes El manejo sostenible del suelo es dinaacutemico y a partir de este hecho se
orientan las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola y se definen los indicadores a evaluar (Toacuteth et
al 2007)
Los objetivos de esta revisioacuten son i) Conocer la relacioacuten que existe entre la sostenibilidad agriacutecola
y las propiedades procesos y manejo del suelo y ii) Identificar los indicadores construidos a partir
de las propiedades del suelo y sus procesos asociados y que han sido utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
39 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten
Ambientales La USEPA (1972) definioacute un indicador ambiental como una medida del cambio en
el estado del medio ambiente o en actividades humanas que afectan ese estado preferiblemente en
relacioacuten con un valor estaacutendar un objetivo o una meta La agricultura ambientalmente sostenible
es aquella que mejora la calidad de vida de los agricultores y consumidores y al mismo tiempo
reduce los desechos y los impactos ambientales nocivos de las actividades agriacutecolas (Allahyari et
al 2016) Los indicadores ambientales pueden obtenerse a traveacutes de 1) variables simples medidas
directamente o estimadas 2) de variables agregadas o 3) mediante estimacioacuten a traveacutes de modelos
o funciones (Zhang et al 2018)
Sociales La dimensioacuten social se relaciona con el bienestar de todos los seres humanos
involucrados en la cadena de produccioacuten agriacutecola desde los agricultores hasta los consumidores
Esta dimensioacuten aborda las oportunidades laborales (Allahyari et al 2016 Commission 2001) la
salud humana (Allahyari et al 2016 Benoit et al 2010) y la seguridad alimentaria Esta uacuteltima a
traveacutes de una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible producir maacutes y mejor en una menor
aacuterea de siembra (Rockstroumlm et al 2017) A escala de parcela o unidad experimental los
indicadores de la dimensioacuten social se enfocan en variables asociadas con el manejo agronoacutemico de
los sistemas productivos
Econoacutemicos Se relacionan con el uso eficiente de los recursos econoacutemicos la competitividad y la
viabilidad financiera del sector agriacutecola (Commission 2001) Esta dimensioacuten se evaluacutea para
asegurar que la produccioacuten permita la autosuficiencia o los ingresos miacutenimos necesarios y para que
los agricultores obtengan una relacioacuten costo-beneficio positiva (Allahyari et al 2016)
165 Metodologiacutea
Para obtener la informacioacuten se realizoacute una revisioacuten preliminar en Google Scholar y posteriormente
se consultaron y descargaron las publicaciones de webs cientiacuteficas La buacutesqueda se realizoacute tratando
de ligar los teacuterminos ldquosuelordquo ldquoagriculturardquo y ldquosostenibilidadrdquo A partir de esta buacutesqueda se
identificaron las publicaciones que informaban acerca de los efectos de las praacutecticas agriacutecolas
asociadas al manejo del suelo sobre las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental
econoacutemica y social) Posteriormente la buacutesqueda se centroacute en los indicadores de sostenibilidad
40 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
agriacutecola asociados al manejo del suelo En ese sentido para la seccioacuten de indicadores solo se tuvo
en cuenta publicaciones donde se hizo referencia a la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola es decir que en las evaluaciones se incluyeran las tres dimensiones de la sostenibilidad
no solamente la dimensioacuten ambiental Se establecioacute una escala de tiempo de 20 antildeos hasta hoy
La literatura a la que se hace referencia en esta revisioacuten incluye artiacuteculos cientiacuteficos libros
acadeacutemicos y capiacutetulos de libros actas de conferencias acadeacutemicas e informes puacuteblicos de
reconocidas organizaciones internacionales de investigacioacuten agriacutecola
Se identificaron tres clases generales de publicaciones I) publicaciones que definen la
sostenibilidad agriacutecola y presentan informacioacuten sobre su evaluacioacuten (42 publicaciones) II)
publicaciones que contextualizan la situacioacuten del manejo del suelo en la agricultura (63
publicaciones) y III) publicaciones que evaluacutean en condiciones reales de campo la sostenibilidad
agriacutecola a traveacutes de indicadores (37 publicaciones) Cabe aclarar que hubo publicaciones que
aportaron informacioacuten en maacutes de una clase Se aplicaron los siguientes criterios para su inclusioacuten
en esta revisioacuten
bull Que esteacuten revisadas por pares acadeacutemicos
bull Que esteacuten orientadas a evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola es decir que
incluyan y armonicen las dimensiones ambiental social y econoacutemica del sistema (clases I
y III)
bull Que la evaluacioacuten de la sostenibilidad se base en indicadores (clase III)
bull Que incluyan indicadores para las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social
y econoacutemica) (clase III)
En general se incluyeron 128 referencias que describen o sirven para relacionar la sostenibilidad
agriacutecola con el manejo del suelo
166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
41 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
antropogeacutenicas que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Esto hace que cuando se
considera al suelo las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola sean auacuten maacutes complejas (Keestra
et al 2016)
Una muestra de la importancia de incluir al suelo en las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se
establece en los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) 2 3 6 11 13 14 y 15 en los cuales las
propiedades y funciones del suelo son relevantes en temas como seguridad alimentaria (ODS 2 y
6) inocuidad de alimentos (ODS 3) contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas (ODS 14) desarrollo
urbano (ODS 11) y sostenibilidad de los servicios ecosisteacutemicos terrestres (ODS 15) (Bouma et al
2019 Toacuteth et al 2018)
1661 Praacutecticas agriacutecolas asociadas al manejo del suelo con mayor impacto
en la sostenibilidad
Las principales actividades agriacutecolas asociadas al suelo que influyen directamente sobre la
sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola son la fertilizacioacuten la labranza y el riego Estas
generan impacto sobre el mismo suelo las fuentes hiacutedricas y la atmoacutesfera
Fertilizacioacuten
El uso de fertilizantes en la agricultura ha impulsado un aumento en la produccioacuten por unidad de
superficie y un incremento en el suministro de alimentos (Bruuselma et al 2012) En el mundo el
aacuterea cultivada ha crecido un 12 (Drechsel et al 2015) y el uso mundial de fertilizantes se ha
multiplicado por maacutes de cinco desde el inicio de la revolucioacuten verde (IFA 2018) En el 2015 el
consumo global de nitroacutegeno (N) y foacutesforo (P2O5) como fertilizantes fue de 109 y 41 Tg1
respectivamente (IFA 2018)
Las ventajas que sobre la produccioacuten de alimentos genera la aplicacioacuten de fertilizantes contrastan
con el impacto ambiental negativo (Bojacaacute et al 2014 y Cellura et al 2012) y econoacutemico que
producen en la agricultura lo cual se asocia directamente con la sostenibilidad de los sistemas
agriacutecolas Esto se debe en gran medida a que los efectos de la peacuterdida de la fertilidad del suelo
1 1 Tg = 100000 Mg = 100000 Toneladas
42 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que se traduce en reduccioacuten de la productividad generalmente se compensa con el aumento en la
aplicacioacuten de fertilizantes (Tilman et al 2002)
Existe una notable y preocupante diferencia entre los rendimientos globales de los cultivos y el uso
de fertilizantes nitrogenados tendieacutendose a reducir cada vez maacutes su uso eficiente (Hirel et al
2011 Tilman et al 2002) El uso de este tipo de fertilizantes ha aumentado cerca de siete veces y
el rendimiento de los cultivos se ha reducido 24 veces desde la deacutecada de los 60 (Hirel et al
2011 Spiertz 2009 Tilman et al 2002) El proceso Haber-Boch genera actualmente el 64 del
nitroacutegeno asociado a actividades humanas del cual cerca del 80 se usa en agricultura ya que
solo el 20 de N que se requiere proviene de la fijacioacuten bioloacutegica inducida por la especie
cultivada caso leguminosas (Galloway et al 2008) donde la soya contribuye con la fijacioacuten del
75 del nitroacutegeno (Spiertz 2009)
Con el foacutesforo ocurre algo similar ya que su consumo ha aumentado de seis a siete veces desde
1960 y cerca del 85 de este elemento es destinado a la produccioacuten de fertilizantes (Cordell et al
2009) fabricados a partir de roca fosfoacuterica recurso no renovable de cuyas reservas globales se
estima se agotaraacuten en 50 a 100 antildeos (Therond et al 2017) Debido a la compleja dinaacutemica del
foacutesforo en el suelo tan solo el 15 al 25 es absorbido por la planta Sin embargo este sigue
estando disponible para los cultivos durante largos periacuteodos de tiempo a menudo durante una
deacutecada o maacutes (Fixen et al 2015)
Maacutes del 90 del potasio producido se destina a la fabricacioacuten de fertilizantes potaacutesicos (cloruro
sulfato y nitrato de potasio) (Rawashdeh et al 2016 Rawashdeh y Maxwell 2014) cuyo consumo
ha aumentado de 88 millones de Mg en 1961 a 291 millones en 2008 (Rawashdeh et al 2016) A
diferencia del foacutesforo las reservas de potasio son amplias sin embargo se ha reportado que
grandes aacutereas agriacutecolas del mundo (pe Australia y China) presentan deficiencias de este elemento
(Roumlmheld y Kirkby 2010) Los suelos deficientes en potasio suelen ser arenosos anegados salinos
o aacutecidos (Zoumlrb et al 2014 Roumlmheld y Kirkby 2010) A diferencia del nitroacutegeno o el foacutesforo los
fertilizantes potaacutesicos se aplican en menor cantidad por lo que menos del 50 del K removido por
las plantas se repone (Zoumlrb et al 2014) En general no se reportan problemas ambientales o de
salud por la aplicacioacuten de ninguna de las formas comunes de fertilizantes potaacutesicos a menos que
como cualquier sustancia se utilice en exceso (Prakash y Prakash 2016)
43 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En Colombia hay un amplio uso de fertilizantes Por ejemplo la papa es uno de los cultivos con
mayor consumo de fertilizantes por unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y
Boyacaacute En condiciones comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de
fertilizantes compuestos (Barrera 1998) y seguacuten Fedepapa (2004) el rubro maacutes importante en la
saacutebana de costos es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167) Debido a fenoacutemenos
de fijacioacuten lixiviacioacuten yo volatilizacioacuten estos fertilizantes generalmente tienen una eficiencia
baja de entre 10 y 20 para foacutesforo (P) y entre 30 y 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998) Este tipo de fertilizacioacuten genera un considerable impacto ambiental por la emisioacuten
de gases efecto invernadero (GEI) Se estima que en producciones de baja intensidad la liberacioacuten
anual de N2O es de 8 Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es
maacutes alta que para muchos otros cultivos (Ruser et al 1998)
Labranza
La labranza es una actividad agriacutecola tradicional cuyo objetivo es incrementar la porosidad y la
capacidad de infiltracioacuten del agua en el suelo (de Almeida et al 2018) Las fuerzas mecaacutenicas que
se ejercen durante la labranza hacen que los macro agregados del suelo se alteren al fracturarlos o
compactarlos (Acar et al 2018 Blanco-Canqui y Lal 2004) Muchos de los procesos fiacutesicos
quiacutemicos y bioloacutegicos que tienen lugar en el suelo como la emergencia y crecimiento de las raiacuteces
de las plantas la transferencia de agua y gases la proteccioacuten y dinaacutemica de la materia orgaacutenica
dependen de la organizacioacuten y caracteriacutesticas de sus agregados (Acar et al 2018)
La praacutectica intensiva y a largo plazo de la labranza ha llevado a una degradacioacuten significativa del
suelo en muchos lugares del mundo (Loaiza et al 2018) Esta praacutectica no solo altera la estructura
del suelo sino que ademaacutes influye en la dinaacutemica del carbono orgaacutenico (oxidando la materia
orgaacutenica maacutes raacutepido que su tasa de reposicioacuten) (Loaiza et al 2018 Usman et al 2018 Barto et
al 2010) la actividad microbiana (Lemtiri et al 2018 Lori et al 2017 van Capelle et al 2012)
y las emisiones de gases de efecto invernadero (Stavi y Lal 2013) Ademaacutes de esto debido a la
alteracioacuten que la labranza ejerce sobre la estructura del suelo se ha establecido que esta praacutectica de
cultivo es una de las principales causas de erosioacuten en las aacutereas cultivadas pues acelera la
escorrentiacutea superficial y la peacuterdida del suelo (Wang et al 2018)
44 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La labranza se considera de conservacioacuten si deja suficientes residuos para cubrir el 30 de la
superficie del suelo despueacutes de la siembra Este tipo de labranza al dejar residuos de cultivos tiene
efectos positivos a largo plazo (2 a 5 antildeos) como el aumento en el contenido de materia orgaacutenica
(Goacutemez et al 2016)
Aunque inicialmente se incrementa la capacidad de infiltracioacuten en los sistemas con labranza
convencional su efecto es temporal Con la labranza de conservacioacuten si la cantidad de residuos es
suficiente para cubrir el suelo se espera que el balance hiacutedrico mejore debido a una mayor
capacidad de infiltracioacuten y en menor medida a una menor evaporacioacuten Sin embargo el aumento
inicial en la compactacioacuten del suelo se asocia con la transicioacuten de labranza convencional a la de
conservacioacuten En suelos arcillosos la labranza cero puede agravar la compactacioacuten del suelo y
reducir el rendimiento No obstante tiene menos problemas para adaptarse a suelos de textura
franca o maacutes ligera debido a su menor riesgo de compactacioacuten (Goacutemez et al 2016)
Riego
Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es el agua (Marschner
2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de nutrientes si el agua
es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es fundamental para
producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha convertido en una gran
preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015)
Debido a que las aacutereas cultivadas con riego se han triplicado en los uacuteltimos 50 antildeos (FAO 2011)
el 70 de las extracciones y el 80-90 del consumo mundial de agua dulce se dedican al riego
(Therond et al 2017 Drechsel et al 2015) Mientras que en promedio dos litros de agua son
suficientes para la hidratacioacuten diaria de una persona se necesitan alrededor de 3000 litros
(produccioacuten agriacutecola y agroindustrial) para satisfacer sus necesidades diarias de alimentos
(Drechsel et al 2015) En muchas regiones irrigadas aumentaron fuertemente la escasez de agua y
los problemas de salinizacioacuten (Foley et al 2011 Gomiero et al 2011) La agricultura de regadiacuteo
solo representa el 20 del aacuterea total cultivada pero produce el 40 de los alimentos en el mundo
(FAO 2011)
45 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1662 Efecto negativo de las praacutecticas de manejo del suelo sobre la
sostenibilidad agriacutecola
Degradacioacuten del suelo
La degradacioacuten del suelo se asocia con la disminucioacuten de su calidad lo que en teacuterminos agriacutecolas
implica la disminucioacuten de su capacidad productiva (Usman et al 2018 Lal 2015) Esta
degradacioacuten estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del relieve y del suelo (propiedades fiacutesicas
quiacutemicas y bioloacutegicas) del clima (temperatura y precipitacioacuten) y de las praacutecticas de manejo
(intensivas o de conservacioacuten) Estos factores actuacutean como catalizadores pues dependiendo de sus
caracteriacutesticas e interaccioacuten se presentaraacuten suelos altamente resistentes a la degradacioacuten o muy
vulnerables a esta Este fenoacutemeno es particularmente problemaacutetico en zonas aacuteridas y sub-aacuteridas
donde la evapotranspiracioacuten excede a la precipitacioacuten (Usman et al 2018) El suelo puede
degradarse de forma fiacutesica quiacutemica yo bioloacutegica (Tabla 1-4)
Degradacioacuten fiacutesica Generalmente resulta en la alteracioacuten de la estructura del suelo lo cual genera
compactacioacuten disminucioacuten de la tasa de infiltracioacuten incremento de la escorrentiacutea superficial
erosioacuten eoacutelica e hiacutedrica mayores fluctuaciones de temperatura del suelo y una mayor propensioacuten a
la desertificacioacuten (Lal 2015)
Degradacioacuten quiacutemica Incluye la acidificacioacuten salinizacioacuten agotamiento de nutrientes reduccioacuten
de la capacidad de intercambio catioacutenico incremento de la concentracioacuten de Al o Mn (cuyo exceso
puede causar toxicidad en las plantas) deficiencias de Ca o Mg aumento de la concentracioacuten de
metales pesados y lixiviacioacuten de nutrientes esenciales (Lal 2015)
Degradacioacuten bioloacutegica Esta refleja en el suelo el agotamiento de sus reservas de carbono
orgaacutenico la peacuterdida de biodiversidad y la reduccioacuten de la capacidad de vertedero (Lal 2015) Una
de las consecuencias maacutes graves de la degradacioacuten bioloacutegica del suelo es que este se convierte en
fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (pe CO2 y
CH4) en lugar de sumidero de estos gases (Usman et al 2018)
46 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades agriacutecolas
Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Peacuterdida
de suelo
Erosioacuten Hiacutedrica y
eoacutelica
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo ya que induce la remocioacuten de su capa superior
donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) Generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo el espesor de la capa arable y la capacidad
de almacenamiento de agua y nutrientes (Scheffer y Schachtschabel 2016) Alrededor del 40 de las
aacutereas cultivadas en el mundo han experimentado alguacuten grado de erosioacuten reduccioacuten de la fertilidad o sobre pastoreo durante las uacuteltimas deacutecadas (Gomiero et al 2011) Se estima que la labranza intensiva
los sistemas de siembra (surcos-calles siembra a lo largo de la pendiente falta de cobertura) y la
exposicioacuten del suelo (suelo desnudo) durante la rotacioacuten de los cultivos son responsables de la peacuterdida de 26 millones de toneladas de suelo por antildeo que es 26 veces mayor que la tasa de peacuterdida natural
(Verhulst et al 2010) Si a esto se adiciona que la tasa de formacioacuten de suelo es menor que la de
erosioacuten en al menos un orden de magnitud (Scheffer y Schachtschabel 2016 Verheijen et al 2009) se
puede inferir que las actividades agriacutecolas que conllevan a la erosioacuten del suelo son las que generan el
mayor impacto ambiental y en consecuencia tienen mayor impacto en la peacuterdida gradual de la
sostenibilidad del sistema
Deterioro
del suelo
Fiacutesicas Alteracioacuten de
la estructura
La estructura del suelo es fundamental para muchos servicios ecosisteacutemicos tales como productividad
(agriacutecola) y control de inundaciones (Farahani et al 2018) Tiene dos caracteriacutesticas importantes forma
o disposicioacuten geomeacutetrica de partiacuteculas y poros del suelo y estabilidad o resistencia a los cambios (Kay 1990) Muchas de las funciones del suelo tal como la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash
aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) se rigen por la estructura del suelo Esta propiedad es tiacutepicamente
maacutes sensible a la modificacioacuten de la estructura que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad Las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su
conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Quiacutemicas Disminucioacuten
gradual de nutrientes
esenciales
Se presenta principalmente por el desbalance entre la absorcioacuten de nutrientes por las plantas y la
aplicacioacuten de nutrientes mediante fertilizacioacuten Cuando las plantas absorben una mayor cantidad de nutrientes que la aportada por los fertilizantes se produce la extraccioacuten de las reservas de nutrientes del
suelo agotaacutendolas gradualmente Este desbalance se incrementa cuando no se hace aplicacioacuten de
materia orgaacutenica yo no se reincorporan los residuos de cosecha (Lal 2015)
Salinizacioacuten La acumulacioacuten de sales particularmente de sodio (Na+) cloro (Cl-) y boro (B) difieren de un lugar a otro y representan un peligro para la agricultura de regadiacuteo sobre todo en regiones aacuteridas y semiaacuteridas
(Farahani et al 2018 Lal 2015 Havlin et al 2014) El grado y naturaleza de los problemas de
salinidad son de origen natural o antropogeacutenico por meteorizacioacuten mineral sales almacenadas salinidad eoacutelica precipitacioacuten e irrigacioacuten con agua salinasoacutedica (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et
al 2018 Farahani et al 2018) La salinizacioacuten del suelo es frecuente en aacutereas con niveles freaacuteticos
altos con un inadecuado manejo del riego yo con drenaje deficiente que estaacuten sometidas a altas tasas de evaporacioacuten y bajas tasas de lixiviacioacuten (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et al 2018 Lal 2015)
El efecto de la salinidad del suelo en los cultivos agriacutecolas es extremadamente negativo pues conduce a
la necrosis de las hojas la alteracioacuten de la fenologiacutea y en uacuteltima instancia a la muerte de las plantas (Ivushkin et al 2018) El Na+ es determinante debido a su efecto toacutexico sobre las plantas y a su
influencia en el deterioro de la estructura del suelo (Weldeslassie et al 2018)
Acidificacioacuten
y
alcalinizacioacuten
La acidez del suelo pude causar toxicidad por aluminio y manganeso deficiencias de calcio foacutesforo y
magnesio y reduccioacuten de la mineralizacioacuten de nitroacutegeno por disminucioacuten de la actividad microbiana
(Havlin et al 2014) Conduce a la reduccioacuten de la disponibilidad de boro zinc molibdeno y cobre (Weldeslassie et al 2018) La alcalinidad altera la fertilidad fiacutesica de los suelos a traveacutes del sellado de
la superficie y la formacioacuten de costras Tambieacuten impacta sobre la fertilidad quiacutemica limitando la
disponibilidad de hierro manganeso zinc foacutesforo y cobre (Weldeslassie et al 2018) La acidificacioacuten es generalmente causada por la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes acidificantes (Lal 2015) pe en
forma de amonio que resultan en la disminucioacuten del pH del suelo despueacutes de que el NH4+ es nitrificado
a NO3- (Weldeslassie et al 2018)
Acumulacioacuten de metales
pesados
Los metales pesados (As Cd Cr Cu Pb Hg Ni y Zn WHO 2018) pueden llegar a contaminar los suelos agriacutecolas Pueden provenir de ciertos fertilizantes y estieacutercoles (Weldeslassie et al 2018) Estos
elementos son retenidos maacutes fuertemente en forma de complejos en las superficies de los
aluminosilicatos de arcilla oacutexidos hidratados y humus Tambieacuten se presentan en solucioacuten como cationes y son adsorbidos en el complejo de cambio (Weldeslassie et al 2018) Se considera que el
suelo es el vertedero definitivo de los metales pesados aunque se sabe relativamente poco sobre la
forma en que estos se ligan a los suelos y su facilidad de liberacioacuten (Weldeslassie et al 2018) La
concentracioacuten de metales pesados en los suelos puede verse influenciada por la variacioacuten en su textura
composicioacuten reacciones de oacutexido-reduccioacuten y de adsorcioacuten-desorcioacuten (Shayler et al 2009)
47 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Reduccioacuten de
la Capacidad
de Intercambio
Catioacutenico
(CIC)
La CIC determina la disponibilidad de nutrientes como Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+ para las plantas asiacute
como el comportamiento de elementos traza como Cd2+ y Zn2+ (Scheffer et al 2016) Se utiliza como
paraacutemetro en la clasificacioacuten y manejo de suelos y modelos de simulacioacuten agriacutecolaambiental asiacute como indicador de la resiliencia de las contribuciones a los servicios ecosisteacutemicos y de la fertilidad de los
suelos (Khodaverdiloo et al 2018) La CIC estaacute ligada al contenido de materia orgaacutenica la mineralogiacutea
de arcilla y el pH del suelo (Scheffer et al 2016) El humus aporta entre 60 y 300 cmol de carga por kg dependiendo del grado de humificacioacuten En suelos que contienen predominantemente silicatos de
capa 21 en la fraccioacuten de arcilla (illita vermiculita esmectita) esta entre 40-60 cmolc kg-1 mientras
que las fracciones de limo y arena tienen valores mucho maacutes bajos (Scheffer et al 2016) Las labores agriacutecolas no afectan la fraccioacuten arcilla pero si pueden modificar la dinaacutemica de la materia orgaacutenica y el
pH del suelo por ende influyen en su capacidad de intercambio catioacutenico
Bioloacutegicas Disminucioacuten
de carbono
orgaacutenico
Se presenta por la eliminacioacuten de gran parte del material vegetal y la escasa reposicioacuten de la materia
orgaacutenica mediante la incorporacioacuten de este material o la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos (Lal 2015)
Altera la disponibilidad de nutrientes la capacidad de retencioacuten de agua la porosidad la capacidad de
intercambio catioacutenico y la agregacioacuten estructural del suelo (Loaiza et al 2018)
Disminucioacuten de la
capacidad de
reservorio de carbono
En un contexto de cambio climaacutetico la funcioacuten del suelo como reservorio de carbono ha ganado gran intereacutes ya que esta conduce a la retencioacuten del CO2 atmosfeacuterico (Lal 2009) El secuestro de carbono en
el suelo a escala global se considera el mecanismo responsable del mayor potencial de mitigacioacuten de
cambio climaacutetico dentro del sector agriacutecola con una contribucioacuten estimada del 90 (Gattinger et al 2012) Sin embargo las reservas mundiales de carbono en el suelo agriacutecola han disminuido
gradualmente (Gattinger et al 2012) a pesar de que la fertilizacioacuten mineral genera una mayor cantidad
de materia orgaacutenica ya que promueve el incremento de los rendimientos y por lo tanto el aumento de los residuos de cultivo (Scheffer et al 2016)
Emisiones de GEI desde el suelo a la atmoacutesfera
Los cambios en la estructura del suelo modifican su capacidad como fuente y vertedero de gases y
limitan su capacidad de almacenamiento (Oertel et al 2016) Propiedades y procesos en el suelo
como humedad temperatura exposicioacuten y presioacuten de aire incendios vegetales pH concentracioacuten
de nutrientes tipo de cobertura y cambio en el uso de la tierra son los principales controladores de
las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (Oertel et al
2016)
La litoacutesfera contiene la mayor reserva de carbono y nitroacutegeno del planeta (sin tener en cuenta el N
atmosfeacuterico) con 108 Pg (1015 g) y 164 X 1011 Tg (1012 g) respectivamente almacenados
principalmente en su superficie (1 m) (Schaufler et al 2010 Nieder y Benbi 2008) Desde el
suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) y monoacutexido de
nitroacutegeno (N2O) que son importantes GEI (Oertel et al 2016) Sin embargo los sistemas agriacutecolas
intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo aumentando las emisiones de N2O (17 - 48 Tg
N2O antildeo-1) (IPCC 2013 Ciais et al 2013 Baggs 2011 Boeckx y Van Cleemput 2001 Bouwman
et al 1995) CO2 (180 Pg CO2 acumulados desde 1750 ndash 2011) (Ciais et al 2013) y CH4 (hasta
6950 micromol CH4 mminus2 hminus1) (Oertel et al 2016) La agricultura genera el 52 y el 84 de las
emisiones mundiales de CH4 y N2O respectivamente (Smith et al 2008) Estos dos gases tienen
25 y 298 veces respectivamente maacutes potencial de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013)
El flujo neto de CO2 desde los suelos agriacutecolas es pequentildeo comparado con las emisiones de la
48 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
industria (Smith et al 2008) Sin embargo a este flujo que es el resultado de la alteracioacuten del
suelo en actividades de labranza y de fertilizacioacuten deben sumarse aquellas emisiones provenientes
de la fabricacioacuten industrial de insumos agriacutecolas con uso de combustibles foacutesiles (pe plaacutestico y
fertilizantes) (Arizpe et al 2011 Smith et al 2008 West y Marland 2002)
Lixiviacioacuten de nutrientes
En condiciones naturales constantemente se lixivian iones desde el suelo a las aguas superficiales
y subterraacuteneas variando su intensidad seguacuten la magnitud y frecuencia de las lluvias y las
caracteriacutesticas del suelo (Laird et al 2010) En condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes
como nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente (Yao et al
2012) Esta excesiva lixiviacioacuten de iones desde el suelo no solo indica una baja eficiencia del
proceso de fertilizacioacuten (Dempster et al 2012) sino que puede agotar la fertilidad del suelo
acelerar su acidificacioacuten reducir los rendimientos de los cultivos y contaminar las aguas
superficiales y subterraacuteneas (Laird et al 2010 Ozacar 2003) Los altos niveles de nutrientes en
estas aguas pueden generar fenoacutemenos como la eutrofizacioacuten que es el resultado de la produccioacuten
excesiva de microorganismos acuaacuteticos fotosinteacuteticos en los ecosistemas marinos y de agua dulce
(Karaca et al 2004) quienes adaptados a ambientes con bajo contenido de nutrientes en
presencia de una alta concentracioacuten de estos incrementan raacutepidamente su reproduccioacuten
consumiendo el oxiacutegeno del ambiente acuaacutetico y provocando asiacute la muerte de otros organismos
que dependen de ese oxiacutegeno (Dempster et al 2012)
La emisioacuten de nutrientes hacia los ecosistemas acuaacuteticos se incrementa por la ineficiencia en el
proceso de fertilizacioacuten de los cultivos En promedio el 50 del nitroacutegeno aplicado mediante
fertilizantes nitrogenados no es absorbido por las plantas (Drechsel et al 2015 Hoang y Allaudin
2010) Ese nitroacutegeno no absorbido se lixivia hacia las fuentes de agua yo se volatiliza hacia la
atmoacutesfera (Galloway et al 2003 2004) con los consiguientes efectos ambientales negativos sobre
los ecosistemas acuaacuteticos el cambio climaacutetico y la salud humana (Bodirsky et al 2014 Umar e
Iqbal 2007 Camargo y Alonso 2006 Giles 2005)
Alrededor del 25 del foacutesforo extraiacutedo desde 1950 se encuentra acumulado en vertederos o ha
terminado en las fuentes de agua aumentando el problema de eutrofizacioacuten (Cordell et al 2009)
A diferencia del nitroacutegeno la lixiviacioacuten del foacutesforo variacutea substancialmente en el tiempo y el
espacio y en general las praacutecticas agriacutecolas tienen un menor efecto sobre la lixiviacioacuten de foacutesforo
49 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las condiciones ambientales y las caracteriacutesticas del suelo (Uleacuten et al 2018) No solo el
nitroacutegeno y el foacutesforo en solucioacuten (forma anioacutenica) son susceptibles de ser lixiviados Al
presentarse una alteracioacuten en las condiciones naturales del suelo (pej por adicioacuten de materia
orgaacutenica o de fertilizantes minerales) iones metaacutelicos como el hierro y el manganeso que
generalmente son precipitados e inmovilizados pueden solubilizarse debido a fluctuaciones en el
pH y en el potencial redox del suelo (Aharonov-Nadborny et al 2018)
Aumento de los costos de produccioacuten y caracteriacutesticas sociales
La forma como se maneja el suelo en las labores agriacutecolas no solo tiene impacto sobre la
dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad sino que al mismo tiempo influencia sus dimensiones
social y econoacutemica Labores agriacutecolas asociadas con el manejo del suelo tales como fertilizacioacuten
labranza y riego requieren la contratacioacuten de mano de obra alquiler o compra de maquinaria
agriacutecola compra de agro insumos yo compra de equipos Cada una de estas labores genera
jornales o puestos de trabajo y se convierte en un rubro dentro de la lista de costos de produccioacuten
(GSARS 2014)
En general la contratacioacuten de mano de obra es el rubro que mayor valor representa dentro de los
costos de produccioacuten De las actividades agriacutecolas el montaje de las camas de siembra (que
incluye la preparacioacuten del suelo maacutes el armado de las camas) requiere una gran cantidad de mano
de obra sobre todo en paiacuteses en viacutea de desarrollo donde el uso de maquinaria especializada para
labores especiacuteficas no es generalizado Sin embargo las labores manuales tienen un alto impacto
sobre la dimensioacuten social de la sostenibilidad pues esta genera un mayor nuacutemero de jornales si se
compara con las labores mecanizadas El incremento de la sostenibilidad social implica una
reduccioacuten de la sostenibilidad econoacutemica y viceversa lo cual genera una dicotomiacutea en el anaacutelisis
de sostenibilidad
La fertilizacioacuten ocupa el segundo lugar de los costos de produccioacuten ya que incluye dos rubros el
costo de los fertilizantes y el costo de la mano de obra para realizar las mezclas y aplicacioacuten
(GSARS 2014) Ademaacutes de tener dos rubros intriacutensecos esta labor es una de las que maacutes
variaciones puede generar en los costos de produccioacuten pues depende de la teacutecnica de preparacioacuten
de la foacutermula de fertilizacioacuten (con base en anaacutelisis de suelo o no) del meacutetodo de aplicacioacuten
(manual foliar o fertirriego) de la cantidad de fertilizantes aplicados del tipo de fertilizantes
aplicados (compuestos o simples solubles o no) y del momento de la aplicacioacuten (clima)
50 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es evidente que las actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo tienen una gran influencia
en las tres dimensiones de la sostenibilidad Esto sugiere que deba estudiarse integrando el
ambiente la sociedad y la economiacutea es decir a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con
su entorno utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Algunos de los indicadores que se utilizan en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten
asociados con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Se pueden encontrar
indicadores que corresponden a aspectos inherentes al suelo y aquellos asociados con las relaciones
suelo-agua suelo-atmoacutesfera y suelo-planta En la literatura se encuentra una considerable cantidad
de informacioacuten que aborda el uso de indicadores en diferentes servicios ecosisteacutemicos del suelo
principalmente asociado a la dimensioacuten ambiental Sin embargo en esta revisioacuten se incluyeron
uacutenicamente publicaciones donde 1) se abordaraacuten temas griacutecolas 2) se hiciera referencia a las tres
dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) y 3) se evaluaraacute al menos una
propiedad o proceso asociado al suelo y que este fuera tratado como indicador de sostenibilidad
agriacutecola Algunas de las publicaciones que se tuvieron en cuenta son el resultado de un gran
nuacutemero de evaluaciones de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola (pej Astier et al
2011)
1671 Indicadores asociados a las propiedades y procesos del suelo
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores hace referencia al impacto que los sistemas de produccioacuten agriacutecola
ejercen sobre el suelo (Tabla 1-5) Los indicadores maacutes comunes de este grupo son la tasa de
erosioacuten y la concentracioacuten de materia orgaacutenica mientras que propiedades como la conductividad
eleacutectrica capacidad de intercambio catioacutenico acidez intercambiable contenido de arcilla
capacidad de retencioacuten de agua densidad aparente profundidad efectiva y permeabilidad son los
menos utilizados (Tabla 1-5) Aunque en varios trabajos se hizo referencia a la calidad del suelo
(pej Rodrigues et al 2010) no se encontroacute ninguno que utilizara un iacutendice o funcioacuten de
agregacioacuten para estimarla Esta fue abordada a partir de la determinacioacuten individual de propiedades
del suelo como MOS CE pH CIC y Bi (Tabla 1-5)
51 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo de medicioacuten (a) Referencias
MOS
Contenido de
materia orgaacutenica del
suelo
CO por el meacutetodo de Walkley and Black (1934)
Para determinar el contenido de MOS el porcentaje de carbono orgaacutenico es multiplicado
por un factor de 1724
Hubeau et al 2017 De Olde et al
2016b Kanter et al 2016 Mtengeti et al 2015 Parachini et al 2015 Bausch et al
2014 Belanger et al 2012 Astier et al
2011 Sadok 2009 Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
pH ----
Acidez neutralidad
o alcalinidad del
suelo
Meacutetodo potenciomeacutetrico (Okalebo et al 2002)
Kanter et al 2016 Rodrigues et al 2010
Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
CE dS m-1 Conductividad
eleacutectrica Meacutetodo conductivimeacutetrico (Okalebo et al 2002) Nambiar et al 2001
No -
Nm
Contenido de nitroacutegeno orgaacutenico
yo mineral del suelo
Meacutetodo de Kjeldhal modificado (Sarkar and
Haldar 2005)
Parachini et al 2015 Astier et al 2011
Meul et al 2008
Pd mg kg-1 Contenido de foacutesforo disponible
en el suelo
Meacutetodo Bray II y Olsen (Sarkar and Haldar 2005) Belanger et al 2012 Astier et al 2011
Rodriacuteguez et al 2010 Meul et al 2008
CIC cmolc kg-1 Capacidad de intercambio
catioacutenico
CIC (Capacidad de Intercambio Catioacutenico) y bases intercambiables (Ca2+ Mg2+ K+ y Na+) por el
meacutetodo del acetato de amonio 1M pH 7 para
determinar la CIC se desplaza el NH4+
intercambiado con NaCl y se hace la valoracioacuten
por titulacioacuten las bases se determinan en el
extracto de acetato de amonio por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica (Sarkar
and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010 Nambiar et al
2001
Bi cmolc kg-1
Concentracioacuten yo
suma de bases
intercambiables (K Ca Mg y Na)
Nambiar et al 2001
Al+H cmolc kg-1 Acidez intercambiable
Meacutetodo volumeacutetrico Determinacioacuten de los iones
de aluminio e hidroacutegeno intercambiables con una solucioacuten amortiguadora de sal neutra (KCl 1N)
(Sarkar and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010
Ar Contenido de arcilla Meacutetodo del hidroacutemetro o de Bouyoucos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
CRH Bar
Capacidad de
retencioacuten de
humedad del suelo a diferentes tensiones
En este caso 01 03
1 3 5 y 15 bar de tensioacuten
Meacutetodo del plato y la olla a presioacuten (Sarkar and
Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Db g cm-3 Densidad aparente Meacutetodo del cilindro (Sarkar and Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Pe cm Profundidad efectiva Meacutetodo de excavacioacuten con barreno Nambiar et al 2001
In cm h-1 Infiltracioacuten Meacutetodo de anillos conceacutentricos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
TE Mg ha-1 antildeo-1 Tasa de erosioacuten
TE = R K L S C P Ecuacioacuten 1 Smith et al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Bausch et al 2014 Ghisellini et al 2014 Gerdessen y
Pascucci 2013 Roy and Chan 2012
Astier et al 2011 Rodriacuteguez et al 2010 Sadok 2009 Pacini et al 2003 Nambiar
et al 2001 Praneetvatakul et al 2001
Doacutende R = Erosividad de la lluvia K =
Erosionabilidad del suelo LS = Longitud y Grado
de pendiente C = Factor de vegetacioacuten P = Factor de praacutecticas mecaacutenicas
Cn PSI Compactacioacuten Meacutetodo del medidor de compactacioacuten de suelo
(penetroacutemetro) de Olde et al 2016b Sadok 2009
EtT kg 14-DB eq
Ecotoxicidad
terrestre Se
contemplan los efectos sobre los
ecosistemas
terrestres de las sustancias toacutexicas
que se encuentran en
el ambiente (Audsley 2003)
EtT = sum TTPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 2
de Luca et al 2018 Tricase et al 2018 Neugebauer et al 2015 Martiacutenez-Blanco
et al 2014
Doacutende TTP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas terrestres fin =
fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde
el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley
2003)
52 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1672 Indicadores asociados a la relacioacuten suelondashagua utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores (Tabla 1-6) considera el impacto del manejo del suelo agriacutecola sobre el
ciclo hidroloacutegico Dentro de este grupo sobresale el movimiento de nitratos desde el suelo al agua
superficial y subterraacutenea por efecto de la aplicacioacuten de fertilizantes y abonos orgaacutenicos Este
indicador estaacute relacionado estrechamente con la eutrofizacioacuten potencial pues eacutesta es un resultado
de las elevadas emisiones de nutrientes como nitratos y fosfatos desde el suelo a los cuerpos de
agua La ecotoxicidad acuaacutetica se mide en anaacutelisis del ciclo de vida (Tabla 1-6)
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
NO3 kg NO3
-
ha-1
Emisiones de nitrato a los
sistemas acuaacuteticos
30 del total de N aplicado despueacutes de descontar las
emisiones de N al aire (Torrellas et al 2013)
van Asselt et al 2014
Lebacq et al 2013 Roy and Chan 2012
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009 Pacini et al 2003
EP kg PO4
3-
eq
Eutrofizacioacuten potencial
Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos
produciendo un aumento de ciertas especies como
algas que reduciraacute la
concentracioacuten de oxiacutegeno del medio siendo una
amenaza para la
biodiversidad (Audsley 2003)
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
Ecuacioacuten 3
Tricase et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014 Lebacq et al 2013
Pergola et al 2013
Doacutende vi = cantidad de moles de No2 en una moleacutecula del
compuesto i M = masa molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la
degradacioacuten de las algas Ae = cantidad de moles de N o P
contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004)
EtA kg 14-
DB eq
Ecotoxicidad acuaacutetica Se
contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas
(pesticidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los
ecosistemas acuaacuteticos
(Audsley 2003)
EtA = sum TAPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 4
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014
Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad
de los ecosistemas acuaacuteticos fin = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento
ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i
(Audsley 2003)
1673 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo-atmoacutesfera utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo del suelo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola sobre la atmoacutesfera Algunos de estos indicadores son el potencial de calentamiento global
que se mide en teacuterminos de emisiones de dioacutexido de carbono las emisiones de amoniaco
monoacutexido de nitroacutegeno oacutexidos de nitroacutegeno y la acidificacioacuten potencial (Tabla 1-7)
53 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
GWP kg CO2
eq
Potencial de calentamiento
global El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O
CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea
de radiacioacuten teacutermica y en
consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento
global) (Audsley 2003)
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi Ecuacioacuten 5 De Luca et al 2018
Tricase et al 2018
Smith et al 2017 Ryan et al 2016 Neugebauer
et al 2015 Kukucvar et
al 2014 Martiacutenez-Blanco et al 2014 van
Asselt et al 2014
Pergola et al 2013
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-
1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3)
y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen en el denominador
(Heijungs y Guineacutee 2012)
NH3 kg NH3
ha-1
Emisiones de amoniaco a la atmoacutesfera debido a la
fertilizacioacuten nitrogenada
El 3 del total de N aplicado se libera en forma de N-
NH3 (Audsley 2003)
Smith et al 2017
Tricase et al 2018 de Olde et al 2016b
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009
N2O kg N2O
ha-1
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno a la atmoacutesfera
debido a la fertilizacioacuten nitrogenada
125 del total de N aplicado se libera en forma de N-
N2O (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
Sadok 2009
NOx kg NOx
ha-1
Emisiones de oacutexidos de
nitroacutegeno a la atmoacutesfera debido a la fertilizacioacuten
nitrogenada
El 10 de los N-N2O se convierte a N-NOx (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
AP kg SO2
eq
Acidificacioacuten potencial
Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera
donde puede combinarse con
otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de lluvia
aacutecida (Audsley 2003)
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi Ecuacioacuten 6
Martiacutenez-Blanco et al
2014 van Asselt et al
2014
Doacutende 120520SO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que
pueden ser potencialmente producidos por un kg de
substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2
(kg mol-1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) Heijungs y Guineacutee 2012)
Aunque es evidente el efecto que las praacutecticas de manejo agriacutecola ejercen sobre las emisiones de
contaminantes desde el suelo a la atmoacutesfera debido a la dificultad metodoloacutegica y a los altos
costos de evaluacioacuten es comuacuten que estos indicadores se estimen mediante funciones factores de
conversioacuten o tablas de equivalencia (Tabla 1-7) o que la mayoriacutea no sean tenidos en cuenta en las
evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola En esta revisioacuten se encontroacute ademaacutes que muchas de las
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola realizadas incluyen muy pocos o no incluyen indicadores
asociados al clima
1674 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo ndash planta utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo de los sistemas agriacutecolas sobre el suelo y la
planta en dos viacuteas desde el suelo hacia la planta (pej consumo de elemento por kilogramo
producido - Elmto-kg) y desde la planta hacia el suelo (pej cobertura del suelo - CS) (Tabla 1-8)
Dentro de este atributo sobresale el indicador balance de nitroacutegeno foacutesforo yo potasio que es
54 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
evaluado en una gran cantidad de las publicaciones revisadas seguido por la cobertura del suelo A
pesar de la informacioacuten que suministra sobre el rendimiento y la eficiencia del manejo del sistema
de produccioacuten indicadores como relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y relacioacuten consumo de
elementos-produccioacuten (Elto-kg) no son muy tenidos en cuenta aun cuando la medicioacuten de S-Pr
por ejemplo se puede realizar sin la necesidad de invertir recursos en anaacutelisis de laboratorio o
dispendiosas metodologiacuteas (Tabla 1-8)
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
Elto-kg g kg-1
Consumo de elemento por kg producido Cantidad
del elemento (pe N P o
K) consumido por kg de producto cosechado
Elto minus kg = g EltoA 119898minus2
kgP mminus2 Ecuacioacuten 7
van Asselt et al 2014 Doacutende gEltoA = masa del elemento aplicado en
gramos kgP = masa del producto cosechado en kilogramos
CS
Cobertura del suelo
Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el
suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
CS = dv
365 times 100 Ecuacioacuten 8
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015 Gaudino et al 2014 Goacutemez-
Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez
2010 Mascarenhas et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009
Doacutende dv = diacuteas acumulados del antildeo en los que el
suelo estaacute cubierto con vegetacioacuten
NPKBal Kg ha-1
Balance de nitroacutegeno foacutesforo o potasio Es la
diferencia entre la
cantidad de N P o K aplicado y la acumulada
en el cultivo (plantas) por
unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad
de N P o K que se libera
al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten
y Riesgo 2009)
NPKBal = Nf minus Nc
Nc = (sum o1
n
o=1
+ o2 + on) times Pl
Ecuacioacuten 9
Ecuacioacuten 10
Hubeau et al 2017 Smith et
al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Ryan et al 2016 Parachini et al 2015
Gaudino et al 2014 Lebacq et
al 2013 Beacutelanger et al 2012 Hayati et al 2010 Roy and
Chan 2012 van Passel and
Meul 2012 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez 2010
Goacutemez y Riesgo 2009
Abbona et al 2007 De Jager et al 2001
Doacutende Nf = Cantidad de N P o K (kh ha-1) aplicado
en forma de fertilizantes Nc = Cantidad de N P o K
(kh ha-1) acumulado en el cultivo O = Cantidad de N P o K (kg) acumulado al final del ciclo en cada oacutergano
(1 2 3 n) de la planta y Pl = Nuacutemero de plantas en
una ha
S-Pr m2 kg-1
Suelo ndash Produccioacuten (Uso
de la tierra) Determina la cantidad de espacio
requerida para producir un
kilogramo del producto cosechado
S minus Pr = 1 m2
kgM Ecuacioacuten 11
van Asselt et al 2014
Gerdessen and Pascucci 2013 Doacutende kgM = masa del producto cosechado en kilogramos
En muy pocas evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se utilizan indicadores que relacionen el uso
del suelo con la productividad de los cultivos aun cuando esta relacioacuten refleja la eficiencia global
del sistema Cabe recordar que una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible es producir maacutes
y mejor en una menor aacuterea (Rockstroumlm et al 2017)
En la Figura 1-2 se puede apreciar un resumen esquematizado del proceso de anaacutelisis de la
sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con indicadores asociados a propiedades
procesos y manejo del suelo
55 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con
indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor
168 Conclusiones
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten orientadas a determinar el efecto que sobre el
ambiente la sociedad y la economiacutea tiene un sistema de produccioacuten Como se expuso en esta
revisioacuten muchas de estas evaluaciones no tuvieron en cuenta las propiedades e interacciones del
suelo con su entorno Esto a pesar del evidente efecto que sobre el ecosistema agriacutecola y la
economiacutea de los productores tienen actividades como fertilizacioacuten labranza y riego Estas
actividades producen un impacto directo en el suelo los cuerpos de agua y la atmoacutesfera por lo que
las variaciones en su manejo modificaraacuten el estado del ecosistema
56 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y
evaluacioacuten de MSEAS
En este capiacutetulo se exponen las caracteriacutesticas metodoloacutegicas de tres experimentos que se
utilizaron para construir y evaluar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) Tambieacuten se exponen tres trabajos de
investigacioacuten de autoriacutea propia que sirvieron de sustento teacutecnico y liacutenea base para la construccioacuten
y evaluacioacuten de MSEAS
1) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental El objetivo de este trabajo fue contar con indicadores de calidad de suelo que
pudieran ser utilizados a escala de parcela o unidad experimental y que fueran viables para ser
usados en MSEAS
2) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores de
cultivo El objetivo de este estudio fue proponer un indicador asociado al atributo salud humana de
la dimensioacuten social de la sostenibilidad agriacutecola y que fuera viable para ser usado en MSEAS
3) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela Con base en los paraacutemetros expuestos en este trabajo se define el
conjunto miacutenimo de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos que haraacuten parte del anaacutelisis de
sostenibilidad agriacutecola con MSEAS
57 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados
para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS
A continuacioacuten se presentan las caracteriacutesticas metodoloacutegicas (lugar material vegetal
tratamientos y disentildeo experimental) de los tres experimentos utilizados como estudios de caso para
la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS Las variables asociadas al suelo planta y clima se
exponen en apartados posteriores
211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate
bajo invernadero (ExTom)
Se llevoacute a cabo en el 2010 en uno de los invernaderos del Centro de BioSistemas de la
Universidad Jorge Tadeo Lozano de Bogotaacute ubicado en el municipio de Chiacutea (Colombia)
(4deg53rsquo362rdquo N -74deg00rsquo50rdquo W) a una altura de 2650 msnm Se utilizaron plaacutentulas de tomate
(Solanum lycopersicum) cv Sheila Se evaluaron cinco tratamientos Testigo quiacutemico (ChC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 quiacutemica (50 g m-2 de sulfato de amonio 65 g m-2 de
fosfato diamoacutenico 4 g m-2 de sulfato de manganeso y 05 g m-2 de boro) testigo orgaacutenico (OrC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 orgaacutenica (2600 g m-2 de compost de gallinaza 180 g m-2
de roca fosfoacuterica y 6 g m-2 de sulfato de manganeso) mezcla 1 (Mx1) Foacutermula de fertilizacioacuten de
fondo 25 orgaacutenica - 75 quiacutemica mezcla 2 (Mx2) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 50
orgaacutenica - 50 quiacutemica mezcla 3 (Mx3) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 75 orgaacutenica - 25
quiacutemica Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 15
unidades experimentales (tres reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental con un aacuterea de
123 m2 densidad de siembra 27 plantasm2
212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como
estrategia para reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el
cultivo de papa (ExPtSp)
Se llevoacute a cabo en el 2014 en el lote 49 ubicado en el C I Tibaitataacute de Agrosavia en Mosquera
Cundinamarca (4deg41rsquo1884rsquorsquo N - 74deg12rsquo2267rsquorsquo O) con una altitud de 2560 msnm humedad
relativa promedio de 80 y temperatura promedio de 13 degC Se utilizoacute semilla de papa (Solanum
58 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tuberosum) de la variedad comercial Diacol capiro Se evaluaron cinco tratamientos Control
Fertilizacioacuten usada por los productores normalmente en teacuterminos de fertilizantes (N292 P297
K354 kg ha-1) cantidad y momentos de aplicacioacuten (en presiembra y al aporque) As foacutermula de
fertilizacioacuten construida a partir de la curva de absorcioacuten de nutrientes y las propiedades del suelo
aplicada como lo hacen los productores (MO10000 N150 P90 K271 kg ha-1) AsSp
fraccionamiento mensual de la fertilizacioacuten recomendada por As AsSp25 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 25 (N112 P67 K203 kg ha-1) y AsSp50 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 50 (N75 P45 K136 kg ha-1) A todos los tratamientos excepto
Control se les aplicoacute 1 kg m-2 de abono orgaacutenico compostado Todas las propiedades de suelo
tambieacuten se midieron en un aacuterea no intervenida (Barbecho con tres repeticiones) cercana al lugar
del experimento Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 20
unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental correspondioacute
con un aacuterea de 16 m2 densidad de siembra 28 plantasm2
213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa
(ExPtRo)
Se llevoacute a cabo en el 2014-2015 en Tibaitataacute (Mosquera) junto al experimento ExPtSp Se utilizoacute
semilla de papa (Solanum tuberosum) variedad Diacol Capiro semilla de arveja (Pisum sativum)
variedad Santa Clara y semilla de avena forrajera (Avena sativa) variedad Cayuse Se evaluaron
tres secuencias de rotacioacuten PaArPa PapandashArveja-Papa PaAvAr Papa-Avena-Arveja y
PaPaAv Papa-Papa-Avena Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con tres
tratamientos y doce unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad
experimental contoacute con un aacuterea de 20 m2 La papa se sembroacute a una distancia de 035 m entre
plantas y 09 m entre surcos La arveja se sembroacute al chorrillo en hileras espaciadas 50 cm y 10 cm
entre plantas La avena se sembroacute al voleo en toda la unidad experimental Las densidades de
siembra fueron 28 75 y 200 plantas m-2 para papa arveja y avena respectivamente El esquema
de fertilizacioacuten fue el mismo para todos los ciclo de papa La avena y la arveja no se fertilizaron
59 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con
posibilidad de uso a escala de parcela o unidad
experimental
221 Resumen
Diversos indicadores se han desarrollado para evaluar la calidad del suelo (SQ) en funcioacuten de su
manejo y caracteriacutesticas Muchos generalmente se utilizan y estaacuten adaptados para evaluar la
variacioacuten de la SQ a mediano y largo plazo No obstante cuando se quiere evaluar esta variacioacuten
en el corto plazo es decir en experimentos estacionales con un solo ciclo de cultivo las
posibilidades se reducen Con base en esto el objetivo de este trabajo fue evaluar cinco indicadores
de calidad del suelo (SQI) marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador aditivo
simple (SQSA) indicador aditivo ponderado (SQW) indicador obtenido utilizando anaacutelisis de
componentes principales (SQPCA) e indicador obtenido utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados
parciales (SQPLSR) Tambieacuten se evaluaron dos teacutecnicas de agregacioacuten aditiva ponderada (A) y
geomeacutetrica o multiplicativa (P) Se utilizaron 52 unidades experimentales distribuidas en tres
experimentos 1) fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate (ExTom) 2) fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa (ExPtSp) y 3) estrategias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) Los resultados para
los indicadores de calidad de suelo oscilaron entre 033 y 099 (Rango de SQI de 0 a 1) Ninguacuten
indicador de calidad de suelo se correlacionoacute significativamente con el rendimiento en cada uno
de los experimentos SQW se correlacionoacute negativamente con el rendimiento en ExTom y
positivamente en ExPtRo Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P)
detectaron eficientemente los cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al
suelo En experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar (SQSA
SQW) fueron tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos (SQSMAF SQPCA y SQPLSR)
Palabras clave indicadores de calidad del suelo propiedades funcionales anaacutelisis de
componentes principales regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales marco de evaluacioacuten del
manejo del suelo
60 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
222 Abstract
Some methods have been developed to evaluate soil quality (SQ) according to its handling and
characteristics Many are generally used and adapted to evaluate the variation of SQ in the medium
and long term However when this variation is to be evaluated in the short term ie in seasonal
experiments the possibilities are reduced with a single crop cycle Based on this the objective of
this work was to evaluate five soil quality indicators (SQI) soil management assessment
framework (SQSMAF) simple additive soil quality indicator (SQSA) weighted additive (SQW) using
principal component analysis (SQPCA) and using partial least squares regression (SQPLSR) and two
aggregation techniques weighted additive (A) and geometric or product (P) Fifty-two soil samples
were used distributed in three experiments 1) organic-mineral fertilization in tomato (ExTom) 2)
split fertilization in potato (ExPtSp) and 3) potato rotation strategies (ExPtRo) The SQ varied
among indicators experiments and treatments and ranged from 033 to 099 (SQI range 0 to 1) No
indicator correlated with yield in all experiments SQW correlated negatively in ExTom and
positively in ExPtRo SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) and SQPCA(P) indicators efficiently
detected quality changes in response to soil treatments In seasonal experiments simple methods
that were easy to use and analyze were as effective or more effective than more complex methods
Keywords soil quality indicators functional properties PCA PLSR SMAF
223 Introduccioacuten
Seguacuten Doran y Parkin (1994) la calidad del suelo es ldquoLa capacidad de una clase especiacutefica de
suelo para funcionar dentro de los liacutemites de los ecosistemas sostener la productividad bioloacutegica
mantener la calidad ambiental y promover la salud de las plantas y los animalesrdquo La calidad del
suelo no se puede medir de manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de
un conjunto miacutenimo de caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica
del suelo y su relacioacuten con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) La
definicioacuten de indicadores de calidad del suelo es compleja debido a la necesidad de considerar la
escala geograacutefica de medicioacuten y las muacuteltiples funciones del suelo Ademaacutes la integracioacuten de las
propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas del suelo definen sus funciones y generan una imagen
holiacutestica de su calidad (de Paul Obade y Lal 2016 Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992)
61 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Zornoza et al (2015) encontraron que a pesar de que la mayoriacutea de los autores evaluacutean la calidad
del suelo mediante el anaacutelisis y la descripcioacuten de propiedades individuales otros consideran la
importancia del uso de un indicador (iacutendice o funcioacuten) de calidad del suelo para relacionarla con la
produccioacuten de cultivos y las praacutecticas de manejo
Las propiedades fiacutesicas reflejan las limitaciones para el anclaje y desarrollo de las raiacuteces la
emergencia de las plaacutentulas la infiltracioacuten la conductividad hidraacuteulica la retencioacuten de agua o la
actividad de la macrofauna (Burger y Kelting 1999) Propiedades inherentes como la textura no
variacutean con el manejo que se le da al suelo sin embargo es determinante en otras propiedades e
indicadores de calidad del suelo Las propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad
del suelo son textura (distribucioacuten porcentual del tamantildeo de partiacutecula) densidad aparente
agregacioacuten del suelo contenido de agua disponible (capacidad de almacenamiento de agua)
porosidad y resistencia a la penetracioacuten (compactacioacuten) (Zornoza et al 2015) (Tabla 2-1)
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Textura Txt El empaquetamiento de las partiacuteculas de arcilla limo y arena crean espacio dentro del
volumen del suelo para el agua y el aire asiacute como para las raiacuteces y la fauna del suelo Por
esta razoacuten la textura no solo influye en todos los procesos vivos del suelo sino tambieacuten en las interacciones entre las fases soacutelida liacutequida y gaseosa y en los procesos de
transporte de fluidos (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Arcilla Ar
Limo L
Arena A
Densidad aparente Db La densidad aparente tiene una relacioacuten inversamente proporcional con el contenido de materia orgaacutenica y la porosidad del suelo (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Porosidad Po Los poros son el espacio donde se ubica el agua y el aire del suelo La porosidad es
determinante para el suministro de agua y nutrientes para las plantas
Tasa de erosioacuten TE
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo pues induce la remocioacuten de su
capa superior donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) y
generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo la profundidad de la capa arable y la capacidad de almacenamiento de agua y de nutrientes
(Scheffer y Schachtschabel 2016)
Compactacioacuten Cn La compactacioacuten puede generar una inhibicioacuten de la aireacioacuten del suelo y una limitacioacuten
para la expansioacuten de las raiacuteces de la planta (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Estabilidad de agregados
Diaacutemetro medio ponderado (DMP)
AGG
Un gran nuacutemero de funciones del suelo se rigen en gran medida por su estructura
siendo una de las principales la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) Esta capacidad es tiacutepicamente maacutes sensible a las modificaciones
de la estructura del suelo que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad debido a
que las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Capacidad de
almacenamiento de agua
disponible para la planta
CAD
Dependiendo de las caracteriacutesticas del suelo se genera una capacidad de
almacenamiento de agua que estaraacute disponible para la planta y que responderaacute a las
condiciones del clima Un suelo con una buena capacidad de almacenamiento de agua se
asocia con una mayor fertilidad del suelo
Las propiedades quiacutemicas afectan la relacioacuten suelo-planta la calidad del agua la capacidad de
amortiguacioacuten y la disponibilidad de nutrientes y contaminantes en el suelo (Muckel y Mausbach
62 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1996) El carbono orgaacutenico se ha sugerido como la propiedad quiacutemica maacutes importante de calidad
de suelo ya que esta afecta a la mayoriacutea de sus propiedades (Arias et al 2005) Zornoza et al
(2015) afirman que el carbono orgaacutenico es la propiedad quiacutemica maacutes utilizada para evaluaciones
de calidad del suelo seguido por pH nitroacutegeno total conductividad eleacutectrica disponibilidad de
nutrientes capacidad de intercambio catioacutenico nitroacutegeno y carbono solubles y metales pesados
(Tabla 2-2)
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
A pesar de su notable importancia las propiedades bioloacutegicas son las menos utilizadas en estudios
asociados con el manejo del suelo en actividades agriacutecolas No obstante existe un nuacutemero
considerable de propiedades bioloacutegicas asociadas con la calidad del suelo Las maacutes utilizadas en
indicadores de calidad del suelo son mineralizacioacuten de carbono y nitroacutegeno biomasa microbiana
(carbono yo nitroacutegeno) comunidades microbianas actividad enzimaacutetica e invertebrados (Zornoza
et al 2015) La medicioacuten de estas propiedades es importante en experimentos estacionales donde
es necesario apreciar cambios en el corto plazo por efecto de los tratamientos evaluados En ese
sentido los macro y microorganismos del suelo desempentildean un papel directo en procesos como
reciclaje de nutrientes y agregacioacuten y son maacutes sensibles y responden raacutepidamente a las
perturbaciones y cambios en el uso del suelo (Doran y Zeiss 2000) La biomasa microbiana la
actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran indicadores muy sensibles al cambio
pues responden maacutes raacutepidamente al manejo y uso del suelo que el contenido de carbono y
nitroacutegeno orgaacutenico (Nannipieri 1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al
2000) Marinari et al (2006) sugieren que la mineralizacioacuten de nitroacutegeno puede considerarse una
propiedad de calidad del suelo en el corto plazo pues relaciona la actividad bioloacutegica con el
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Capacidad de intercambio catioacutenico CIC El intercambio de cationes juega un papel vital en el almacenamiento de
nutrientes esenciales para la planta principalmente Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+
pero tambieacuten de elementos menores (Fe2+ Mn2+ Cu2+ y Zn2+) (Scheffer y
Schachtschabel 2016)
Bases intercambiables BI
CIC efectiva CICE
Saturacioacuten de bases SB
Carbono orgaacutenico CO
Algunas de las funciones de la MOS son aumentan la CIC por su alta cantidad de cargas negativas genera estructura estable por formacioacuten de
micro y macro agregados fuente importante de N y otros nutrientes
mediante mineralizacioacuten fuente de C para microorganismos entre otras (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Stock de CO StockC
Materia orgaacutenica del suelo MOS
Nitroacutegeno orgaacutenico Norg
Stock de N SockN
Porcentaje de sodio intercambiable PSI Los suelos soacutedicos presentan problemas de agregacioacuten estructural que dificultan el movimiento de agua y aire en el suelo (Quirk 2001)
Porcentaje de metales pesados MP Los metales pesados pueden inhibir procesos fisioloacutegicos de la planta tales como intercambio gaseoso fijacioacuten de CO2 respiracioacuten y absorcioacuten
de nutrientes (Nagajyoti et al 2010)
63 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
conjunto de N laacutebil en la materia orgaacutenica (Ndiaye et al 2000) y finalmente el nuacutemero de
lombrices es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de manejo del suelo y
los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018) Tambieacuten es comuacuten que el contenido de
carbono orgaacutenico y el carbono almacenado sean consideradas propiedades bioloacutegicas (p ej
Andrews et al 2004) (Tabla 2-3)
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
C de la biomasa microbiana MBC
La biomasa microbiana y la actividad enzimaacutetica responden maacutes
raacutepidamente al manejo y uso del suelo que MOS CO o NO (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Ndiaye et al 2000) Por lo tanto la biomasa microbiana la actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran
indicadores maacutes sensibles al cambio que las propiedades quiacutemicas (p ej MOS) (Beyer et al 1999) por lo que pueden ser uacutetiles en experimentos
estacionales
N de la biomasa microbiana MBN
Actividad enzimaacutetica (fosfatasa aacutecida) PNP
Actividad enzimaacutetica (proteasa) TYR
Actividad enzimaacutetica (dehidrogenasa) DH
Respiracioacuten del suelo (emisiones de CO2) SR
Mineralizacioacuten de nitroacutegeno N-Minrz La mineralizacioacuten de N es un indicador que relaciona la actibidad bioloacutegica con el conjunto de N laacutebil en la MOS (Ndiaye et al 2000)
Relacioacuten C microbiano - C orgaacutenico CmicCorg Marinari et al (2006) sugieren que esta variable puede considerarse un
indicador de calidad del suelo en el corto plazo
Relacioacuten respiracioacuten - C microbiano qCO2 Se puede considerar como un indicador indirecto de la eficiencia de
transformacioacuten de la energiacutea (Dilly 2005)
Nuacutemero de lombrices LmN Este es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de
manejo del suelo y los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018)
En la literatura se encuentra una cantidad considerable de investigaciones que comparan diferentes
meacutetodos para estimar la calidad del suelo (p ej Cherubin et al 2016a Mukherjee y Lal 2014
Obade y Lal 2016) En estas investigaciones aunque la calidad del suelo se evaluacutea a traveacutes de
muestreos localizados y puntuales los resultados generalmente se extrapolan a mayores aacutereas
geograacuteficas No obstante un indicador o iacutendice de calidad del suelo deberiacutea ser sensible a cualquier
escala (Obade y Lal 2016)
Zornoza et al (2015) reportaron el uso generalizado de una metodologiacutea para construir los
indicadores basada en la normalizacioacuten calificacioacuten y ponderacioacuten de diferentes variables de
suelo Se utiliza un conjunto miacutenimo de datos que se selecciona en la mayoriacutea de los casos
mediante anaacutelisis multivariados Una vez que las variables se han normalizado y ponderado los
indicadores de calidad del suelo se calculan normalmente por la suma de los indicadores puntuados
ponderados
64 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El objetivo de este trabajo es definir cual o cuales de los principales meacutetodos de evaluacioacuten de la
calidad de suelo reportados en la literatura son mas viables para ser utilizados a escala de parcela o
unidad experimental esto como aporte a la evaluacioacuten de la calidad del suelo en experimentos
orientados a actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo
224 Metodologiacutea
2241 Experimentos
Para analizar los diferentes meacutetodos de estimacioacuten de la calidad del suelo se emplearon los tres
experimentos expuestos en el Numeral 21
2242 Muestreo de suelos y anaacutelisis de laboratorio
Para los tres experimentos se recolectaron muestras de la capa arable (02 m de profundidad) (SD)
En el Centro de BioSistemas se trabajoacute en un suelo mineral (Andic Dystrudepts) de textura franca
En Tibaitataacute se trabajoacute en un suelo mineral (Typic Hapludands) de textura franca Las propiedades
de ambos suelos se presentan en la Tabla 2-4
El pH y la conductividad eleacutectrica (CE) del suelo se determinaron en una suspensioacuten de relacioacuten
suelo agua 11 utilizando un medidor de conductividadpH de electrodos combinados el contenido
de carbono orgaacutenico (CO) por el meacutetodo de Walkley-Black K+ Ca2+ Mg2+ y Na+ intercambiables
por el meacutetodo del Acetato de NH4+ 1M pH 7 realizando la valoracioacuten por espectrofotometriacutea de
absorcioacuten atoacutemica la CICE (Capacidad de Intercambio Catioacutenico Efectivo) se determinoacute como la
sumatoria de los cationes intercambiables el P con el meacutetodo Bray II Se determinaron paraacutemetros
hidrodinaacutemicos y fiacutesicos del suelo curva de retencioacuten de humedad en cinco puntos (001 003
01 03 y 15 MPa de presioacuten) por el meacutetodo del plato y la olla de presioacuten (Dane y Hopmans
2002) densidad aparente (Db) dividiendo la masa seca del suelo por el volumen del cilindro (100
cm3) densidad real (Dr) por el meacutetodo del picnoacutemetro (Dane y Hopmans 2002) y textura o
distribucioacuten del tamantildeo de partiacutecula por el meacutetodo de Bouyoucos (Pansau y Gautheyrou 2006) La
porosidad total (TP) se calculoacute como [1-(DbDr)]100 El potencial o capacidad de agua disponible
(CAD) se calculoacute como la diferencia en el contenido volumeacutetrico de agua a potenciales de
humedad de 003 y 15 MPa El contenido de agua (CA) se calculoacute como CADDbSD100 La
65 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estabilidad de agregados (AGG) se determinoacute utilizando un oscilador vertical (modelo Yoder MA-
148) con cinco tamices (4 2 1 05 y 025 mm de diaacutemetro) a una velocidad de 30 oscilaciones
minminus1 durante 10 min Los resultados tambieacuten se utilizaron para calcular el diaacutemetro medio
ponderado (DMP) y el diaacutemetro medio geomeacutetrico (DMG) (Youker y McGuinness 1957) El stock
de C (StockC) se calculoacute como CO DbSD
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos (Exp) en
evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias significativas (Plt005)
Exp Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC
dS m-1 mg kg-1 cmolc kg-1 g cm-3 mm cm gg Mg ha-1
Ex
To
m
ChC 67 a 07 ab 63 a 16 b 10 a --- --- --- --- 53 a 02 a 16 b 38 c
OrC 68 a 03 c 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 55 a 02 a 21 a 49 a
Mx1 66 a 07 ab 64 a 15 b 10 a --- --- --- --- 55 a 02 a 18 ab 42 bc
Mx2 65 a 05 bc 62 a 16 b 10 a --- --- --- --- 54 a 02 a 16 ab 39 c
Mx3 68 a 08 a 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 52 a 02 a 20 ab 47 ab
Ex
PtS
p
Barbecho 56 a 04 d 57 c 18 a 10 a --- 40 a 08 a 11 a 49 a 02 a 51 a 122 a
Control 52 bc 18 a 177 b 21 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 43 a 02 a 52 a 123 a
As 50 c 16 a 58 c 19 a 09 a --- 41 a 08 a 11 a 50 a 02 a 52 a 122 a
AsSp 50 c 14 b 231 a 21 a 10 a --- 41 a 08 a 11 a 52 a 02 a 51 a 123 a
AsSp25 54 ab 14 b 54 c 22 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 53 a 02 a 52 a 123 a
AsSp50 53 abc 11 c 71 c 22 a 10 a --- 43 a 08 a 12 a 52 a 02 a 51 a 122 a
Ex
PtR
o
PaArPa 54 b 14 a 104 a 15 a 11 a 52 b 42 a 09 a 13 a 19 a 01 a 53 a 142 a
PaAvAr 57 b 15 a 60 a 16 a 09 b 56 a 48 a 10 a 14 a 17 a 01 a 50 a 110 b
PaPaAv 60 a 08 a 77 a 17 a 10 ab 55 ab 38 a 09 a 12 a 21 a 01 a 47 a 114 b
Umbrales para puntuacioacuten y ponderacioacuten
Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn
Opt Min 55
2 02
1 40
2 200
2 00
2 20
2 90
3 20
2 50
3 10
2 05
2 30
2 100
3 Max 72 05 10
Adc Min 72
1
16
1 150
1 10
1 18
1 70
2 10
1 20
2 5
1 02
1 20
1 50
2 Max 80 40 200 15 20 90 20 50 10 05 30 100
Bajo Min 00
0 00
0 0
0 00
0
15
0 0
0 00
0 10
1 0
0 00
0 00
0 0
1 Max 55 02 16 150 18 50 10 20 5 02 20 50
Alto Min 80
0 05
0
15
0 0
0 50
1
00
0
Max 15 70 10
Fuente 1 2 3 4 1 2 2 2 2 3 2 2 4
CE Conductividad eleacutectrica CICE Capacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT Porosidad
total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado CA
Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Opt
Oacuteptimo Adc Adecuado Min Miacutenimo Maacutex Maacuteximo Vl Valor Pn Puntuacioacuten Fuente 1) Amacher et al (2007) 2)
Lal (1994) 3) Fernandes et al (2011) 4) Mukherjee y Lal (2014)
2243 Caacutelculo de los indicadores de calidad del suelo (SQI)
Los SQI se usaron como herramientas para evaluar los efectos de los tratamientos sobre la calidad
del suelo Dependiendo del meacutetodo y la disponibilidad de informacioacuten de cada experimento se
evaluoacute un nuacutemero variable de propiedades siempre respetando las condiciones establecidas por los
autores de cada meacutetodo Bajo el marco propuesto un suelo ideal tendriacutea un valor SQI de 1 para un
66 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
suelo de la maacutes alta calidad y de 0 para un suelo severamente degradado (Doran y Parkin 1994
Karlen y Stott 1994)
Marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF)
El conjunto miacutenimo de datos para los tres experimentos consideroacute las propiedades fiacutesicas AGG
CAD y Db las propiedades quiacutemicas CE pH y P y la propiedad bioloacutegica CO2 a excepcioacuten de
ExTom que no incluyoacute AGG Este enfoque es consistente con las pautas generales de SMAF que
recomiendan utilizar un miacutenimo de cinco indicadores con al menos uno que represente las
propiedades y procesos quiacutemicos fiacutesicos y bioloacutegicos del suelo (Karlen et al 2008) Estos
indicadores se puntuaron transformando los valores observados en valores de 0 a 1 Para esto se
utilizoacute una plantilla en Excel (ExcelSMAF) con los algoritmos y funciones para cada variable de
suelo con base en lo publicado por Andrews et al (2004) Wienhold et al (2009) y Stott et al
(2010) (Tabla 2-5) ExcelSMAF no estaacute disponible actualmente en la web esta fue suministrada
por el Dr Mauricio Cherubin (Cherubin et al 2016a y b) y el Dr Isaias Lisboa (Lisboa et al
2019) Los algoritmos en ExcelSMAF representan la materia orgaacutenica textura clima pendiente
regioacuten mineralogiacutea clase de meteorizacioacuten cultivo tiempo de muestreo y los efectos del meacutetodo
analiacutetico en los diversos valores de umbral (Andrews et al 2004) Dichos valores son necesarios
para solucionar los algoritmos y las funciones expuestas en la Tabla 2-5 y asignar el puntaje a cada
propiedad del suelo
A partir de la informacioacuten establecida en ExcelSMAF se definieron los paraacutemetros necesarios para
asignar el puntaje (y) a cada propiedad del suelo (Tabla 2-6) Para calcular SQSMAF se dividieron
las propiedades del suelo en fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas Se sumaron los puntajes en cada grupo
(Scr) y se dividioacute entre la cantidad de propiedades que conformaban el grupo (NPr) El puntaje
alcanzado en cada grupo se obtuvo mediante la funcioacuten SQFs Qm Bl = ScrNPr Finalmente se
sumaron todos los Scr de cada grupo (ScrT) y se dividioacute entre el nuacutemero total de propiedades
evaluadas (NPrT) SQSMAF = ScrTNPrT
2 Los autores de SMAF incluyen al carbono orgaacutenico dentro del grupo de propiedades bioloacutegicas
67 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades (Props) pH
(agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD) densidad aparente (Db)
conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del indicador de calidad de suelo SQSMAF
Fuente adaptado de Andrews et al (2004)
Props Algoritmos de puntuacioacuten Constantes Factores especiacuteficos locales
AGG Si AGG gt 50 Y y = a + b[cos(c x AGG - d)] lt 1 Entonces y = 1 O sino y = a + b[cos(c x AGG - d)]
a = -08 b = 1799 c = 00196 d = f(MO textura Fe2O3)
CAD Si regioacuten = arida entonces y = [ab + c(AWCd)](b + AWCd)
O sino y = a + bcos[c(CAD) + d]
a = 00114 c = 1088 d = 2182
a = 0477 b = 0527 c = 6878
region b = f(textura MO)
d = f(textura)
Db Si textura 35 arcilla entonces y = a - b[exp(-c x Db
d)]
O sino y = a - b[exp(-cDbd)]
a = 0994 b c d = f(textura mineralogiacutea)
b c d = f(textura)
CE
Si CE le 03 entonces y = 333CE Si 03 lt CE lt T
entonces y = 1
Si CE ge T entonces y = a + bCE
a = 1 - bT
T = f(meacutetodo cultivo textura) b = f(T)
pH y = aexp[-(pH - b)22c2] a = 10 b c = f(cultivo)
P
Si P le max (cultivo y meacutetodo) Entonces y = (ab + cPd)(b + Pd)
Si P gt max(pendiente y meacutetodo)
Entonces y = a - b[exp(-cPd)] O sino y = 1
a = 926 x 106 c = 10 d = 306
a = 1 b = 45 d = -2
b = f(cultivo CO textura meacutetodo)
c =f(pendiente CO textura meacutetodo)
CO y = a1 + b[exp(-cCC)] a = 1 b = 501 c = (MO textura meacutetodo)
Indicador de calidad de suelo aditivo simple (SQSA)
El SQSA se estimoacute siguiendo el meacutetodo descrito por Amacher et al (2007) En este meacutetodo los
paraacutemetros del suelo recibieron valores umbral basados principalmente en lo reportado por
Mukherjee y Lal (2014) Los niveles de umbral las interpretaciones y los valores de puntaje del
iacutendice de suelo asociados se presentan en la Tabla 2-4 Los valores del indicador individual se
sumaron para obtener el SQSA a traveacutes de la Ecuacioacuten 12
SQSA =scTt minus scMin
SCMax minus SCMin Ecuacioacuten 12
Donde SCTt = Puntuacioacuten total alcanzada por cada unidad experimental de cada tratamiento SCMin
= Puntuacioacuten miacutenima posible y SCMax = Puntuacioacuten maacutexima posible
El conjunto miacutenimo de datos del experimento ExPtRo incluyoacute las propiedades pH CE P CICE
Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO y StockC Debido a que no se midieron en ExPtSp no
se consideroacute PT y en ExTom no se incluyeron PT AGG DMG ni DMP
68 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado
Paraacutemetro ExTom ExPtSp ExPtRo
Clase Paraacutemetro Clase Paraacutemetro
Taxonomiacutea Andic Dystrudepts Typic Hapludand
Cultivo Tomate Papa
MO 4 Udepts 2 Udands
Textura 2 Franca 2 Franca
Clima 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt
Fe2O3 2 No ultisoles 2 No ultisoles
Mineral 3 Otro 3 Otro
Regioacuten 2 Huacutemeda 2 Huacutemeda
pH oacuteptimo 65 625
pH rango 22 205
CE T 25 17
CE T 11 arena 443 301
CE dT 99 12
CE m -0497753789 -0555869656
CE method 1 Pasta saturada 1 Pasta saturada
Pendiente 1 0-2 1 0-2
Ambiente 160 160
P meacutetodo 3 Bray 3 Bray
P oacuteptimo 24 19
P maacuteximo 30 25
P f(cultivo) 590 293
Meterorizacioacuten 3 Ligeramente Todos los otros 3 Ligeramente Todos los otros
Pmet X Meteor 33 33
Factor de
meacutetodo 1 1
SMAF asigna un valor dependiendo de la caracteriacutestica del suelo estudiado
Indicador de calidad de suelo aditivo ponderado (SQW)
Para calcular SQW se siguioacute este procedimiento
Caacutelculo de Sc A cada paraacutemetro del suelo se le asignoacute un puntaje (Sc) que va de 0 a 1 mediante el
uso de funciones de puntaje lineal (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Los paraacutemetros
del suelo se dividieron en grupos basados en tres funciones de algoritmos matemaacuteticos usualmente
utilizados para anaacutelisis de calidad del suelo (Andrews et al 2002 Hussain et al 1999 Glover et
al 2000 Karlen y Stott 1994 Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) (a) maacutes es mejor (pej
DMG StockC y CAD) en donde cada observacioacuten se dividioacute por el valor observado maacutes alto de
todo el conjunto de datos de modo que el valor maacutes alto tendriacutea una puntuacioacuten de 1 (b) menos es
mejor (pej Db) en donde el valor observado maacutes bajo de todo el conjunto de datos se dividioacute por
cada observacioacuten de modo que el valor maacutes bajo recibioacute una puntuacioacuten de 1 y (c) oacuteptimo (pej
pH y CE) en donde los paraacutemetros oacuteptimos se puntuaron hasta un valor umbral como maacutes es
mejor y posteriormente los valores umbral superiores se puntuaron como menos es mejor
(Mukherjee y Lal 2014)
69 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Caacutelculo de Sw Se asigna arbitrariamente un subponderador (Sw) a cada variable en funcioacuten de su
importancia dentro de la propiedad funcional particular del suelo Sw se asignoacute de acuerdo con este
orden de importancia mediciones de campo (Db) gt mediciones de laboratorio (pH CE P CICE
CA CAD CO) gt paraacutemetros obtenidos a partir de otros paraacutemetros (AGG DMG DMP y
StockC) Los Sw de cada variable del suelo se sumaron a 1 bajo cada propiedad funcional del
suelo capacidad de suministro de nutrientes (CSN) capacidad de almacenamiento de agua (CAA)
y capacidad de desarrollo de la raiacutez (CDR) (Fernandes et al 2011 Karlen y Stott 1994
Mukherjee y Lal 2014)
Caacutelculo de Swc Es el puntaje ponderado Se multiplica el Sc de cada variable de cada unidad
experimental por su Sw asignado
Caacutelculo de WFP Se asigna un ponderador (W) a cada propiedad funcional (FP) de acuerdo con el
nuacutemero de indicadores representativos en el modelo (Fernandes et al 2011) dividiendo el nuacutemero
de variables asignado a cada FP entre el nuacutemero de variables total (p ej WFP para NSC =
Cantidad de variables de NSC (Cantidad de variables para NSC + Cantidad de variables para
WSC + cantidad de variables para RDC)
Caacutelculo de SFP Se hace la sumatoria de los Scw de cada FP de cada unidad experimental
Caacutelculo de SQW El SQW para cada unidad experimental de cada experimento se calculoacute mediante
dos teacutecnicas de agregacioacuten la teacutecnica aditiva ponderada y la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 13 y Ecuacioacuten 14 respectivamente
SQW(A) = sum SFP times WFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 13
SQW(P) = prod SFPWFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 14
n NSC WSC RDC
70 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador de calidad del suelo utilizando anaacutelisis de componentes principales (SQPCA)
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se utiliza para reducir la dimensionalidad de todo el
conjunto de variables correlacionadas mientras se conserva la mayor cantidad posible de sus
variaciones (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Este meacutetodo es maacutes objetivo pues en
lugar de incluir la opinioacuten subjetiva de expertos yo la revisioacuten de la literatura utiliza una serie de
herramientas estadiacutesticas (correlacioacuten muacuteltiple anaacutelisis factorial y de agrupamiento) que evitariacutea
cualquier sesgo y redundancia (Andrews et al 2002) En otras palabras el PCA se seleccionoacute
como una de las herramientas de reduccioacuten de datos y de seleccioacuten de propiedades del suelo
(Mukherjee y Lal 2014)
Para el anaacutelisis se tuvieron en cuenta los componentes principales (PC) con autovalores altos (ge 1)
los cuales representan la maacutexima variacioacuten en el conjunto de datos (Andrews et al 2002) Se
asignoacute un valor de ponderacioacuten (Wc) a cada componente dividiendo el porcentaje de varianza del
PC entre la varianza acumulada del uacuteltimo PC seleccionado Para realizar el anaacutelisis se utilizoacute el
software R v 402 (R Core Team 2019) Por cada PC se seleccionoacute la variable de suelo con
mayor factor de carga o autovector (FL) Al igual que SQW SQPCA para cada unidad experimental
de cada experimento se calculoacute mediante las teacutecnicas aditiva ponderada y de agregacioacuten
geomeacutetrica (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
SQPCA(A) = sum Sc times Wc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 15
SQPCA(P) = prod ScWc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 16
Donde Sc = Valor normalizado de la propiedad del suelo (c) es igual a Sc en el caacutelculo de SQW
Indicador de calidad del suelo utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (SQPLSR)
El anaacutelisis de regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (PLSR) es un meacutetodo de anaacutelisis de datos
estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal
muacuteltiple el anaacutelisis de correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de regresioacuten que correlaciona muacuteltiples variables independientes con muacuteltiples o
individuales variables dependientes (Xing et al 2020) En este estudio se adoptoacute el meacutetodo PLSR
71 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con una uacutenica variable dependiente
(SQI) La diferencia entre PLSR y PCA radica en que los componentes extraiacutedos por PLSR no solo
pueden resumir bien la informacioacuten del conjunto de variables independientes sino que tambieacuten
explica mejor la variable dependiente (Xing et al 2020)
Para estimar SQPLSR primero se deben generar los coeficientes de regresioacuten a partir del algoritmo
del PLSR Una explicacioacuten matemaacutetica maacutes detallada se puede encontrar en las siguientes
referencias Chong y Jun 2005 de Jong 1993 Mehmood et al 2011 2012 Xing et al 2020
Estos coeficientes se utilizaron como ponderadores para cada variable y unidad experimental Con
el fin de que SQPLSR se presentara en un rango de 0 a 1 se aplicoacute una doble estandarizacioacuten a los
coeficientes Primero se estandarizaron aplicando la Ecuacioacuten 17
Cs = CO minus CMn
CMx minus CMn Ecuacioacuten 17
Donde Cs = Coeficiente estandarizado CO = Coeficiente generado por PLSR para la propiedad y
unidad experimental especiacutefica CMn = Miacutenimo coeficiente del conjunto de datos para la propiedad
especiacutefica de suelo (pej pH) CMx = Maacuteximo coeficiente del conjunto de datos para la misma
propiedad Luego se estandarizaron los valores de todas las variables de cada unidad experimental
aplicando la Ecuacioacuten 18
Wc = Cs
sum ScSc=1Sc=n
Ecuacioacuten 18
Wc = peso o ponderador aplicado a cada propiedad normalizada (Sc)
SQPLSR(A) y SQPLSR(P) se calculoacute mediante la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
2244 Comparacioacuten entre indicadores
Para los experimentos ExTom y ExPtSp se evaluaron los SQI estimados con los cinco meacutetodos con
los datos de rendimiento cantidad de abono orgaacutenico y fertilizante aplicado mediante el caacutelculo de
los coeficientes de correlacioacuten de Pearson
72 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2245 Anaacutelisis estadiacutesticos
Los anaacutelisis se realizaron con el software R v 402 (R Core Team 2020) Para todas las variables
estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por medio de graacuteficos
boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y realizando pruebas
de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de la libreriacutea normtest
(Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste para encontrar la
transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la libreriacutea MASS (Ripley
et al 2017) Los coeficientes de correlacioacuten de Pearson se calcularon con las ayudas centrales de
R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae (Mendiburu 2017)
se realizoacute un anaacutelisis de varianza univariado y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey Los
coeficientes de regresioacuten del PLSR se calcularon mediante el paquete pls (Mevik et al 2019)
225 Resultados
2251 SQSMAF
Una vez se calcularon los algoritmos y funciones se obtuvieron los puntajes (y) para cada
propiedad de suelo evaluada en cada tratamiento de los tres experimentos (Tabla 2-7) A
excepcioacuten de las propiedades fiacutesicas para ExPtRo todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas para los tres experimentos presentaron una puntuacioacuten mayor a 08 El suelo en ExPtRo
presentaba una capacidad de agua disponible (CAD) que lo ubicaba dentro del umbral de bajo
mientras los suelos para ExTom y ExPtSp se ubicaban en el umbral de adecuado (Tabla 2-4) Esto
condujo a que la puntuacioacuten de CAD para ExPtRo estuviera entre 033 y 038 lo cual generoacute que
su puntuacioacuten para las propiedades fiacutesicas fuera de 075 077 y 074 para los tratamientos PaArPa
PaAvAr y PaPaAv respectivamente
73 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de
suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados
Trat
Fiacutesicas Quiacutemicas Bioloacutegicas Total
y Scr NPr SQFs
y Scr NPr SQQm
y Scr NPr SQBl ScrT NPrT
AGG CAD Db CE pH P CO
ExPtTom
ChC 083 --- 099 182 200 091 a 100 099 100 299 300 100 a 098 098 100 098 a 580 600
OrC 087 --- 099 186 200 093 a 089 099 100 288 300 096 a 100 100 100 100 a 574 600
Mx1 086 --- 099 186 200 093 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 584 600
Mx2 085 --- 099 184 200 092 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 583 600
Mx3 083 --- 099 182 200 091 a 100 100 100 300 300 100 a 100 100 100 100 a 582 600
ExPtSp
Barbecho 089 079 099 267 300 089 a 100 098 100 298 300 099 a 100 100 100 100 a 665 700
Control 090 072 099 261 300 087 a 051 096 089 236 300 079 d 100 100 100 100 a 597 700
As 090 079 099 268 300 089 a 100 095 100 295 300 098 b 100 100 100 100 a 663 700
AsSp 090 083 099 272 300 091 a 100 094 048 242 300 081 c 100 100 100 100 a 614 700
AsSp25 090 084 099 273 300 091 a 100 098 100 298 300 099 ab 100 100 100 100 a 671 700
AsSp50 091 082 099 273 300 091 a 100 097 100 297 300 099 ab 100 100 100 100 a 670 700
ExPtRo
PaArPa 091 033 099 224 300 075 a 088 097 098 283 300 094 a 100 100 100 100 a 607 700
PaAvAr 096 035 099 230 300 077 a 075 099 100 274 300 091 a 100 100 100 100 a 603 700
PaPaAv 085 038 099 222 300 074 a 100 100 100 300 300 100 a 099 099 100 099 a 621 700
Trat Tratamiento y puntaje obtenido para cada variable AGG Estabilidad de agregados CAD Contenido de
agua disponible Db Densidad aparente CE Conductividad eleacutectrica CO Carbono orgaacutenico Scr Puntaje acumulado
NPr Nuacutemero de propiedades del suelo para el grupo especiacutefico SQFs Qm Bl Puntaje obtenido en cada grupo ScrT
Sumatoria de todos los Scr y NPrT Nuacutemero total de propiedades del suelo evaluadas
2252 SQSA
Para los tres experimentos evaluados la puntuacioacuten total estuvo cercana al rango medio del umbral
de maacutexima puntuacioacuten posible (Tabla 2-8) En ExTom el tratamiento Mx1 alcanzoacute un puntaje de 9
de 18 En este tratamiento de las nueve propiedades evaluadas solo pH P y Db se encontraban
dentro del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) alcanzando el mayor puntaje individual El tratamiento
Control de ExPtSp que obtuvo un puntaje de 11 no superoacute el promedio del puntaje posible para
este experimento (26) Lo mismo ocurrioacute con PaArPa de ExPtRo que tan solo obtuvo 12 de 28
puntos En ambos experimentos la baja puntuacioacuten obedecioacute a que las propiedades CE PT AGG
DMP CA y CAD se encontraban por fuera del umbral oacuteptimo o adecuado (Tabla 2-4)
74 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC Punt Total
Min Max Total
ExTom
ChC 2 0 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 10
OrC 2 1 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 13
Mx1 2 0 2 0 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 9
Mx2 2 1 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 11
Mx3 2 0 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 11
ExPtSp
Barbecho 2 1 2 1 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 15
Control 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 0 2 3 2 26 11
As 0 0 2 1 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 12
AsSp 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp25 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp50 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 13
ExPtRo
PaArPa 0 0 2 1 1 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 12
PaAvAr 2 0 2 1 2 2 1 1 1 0 0 2 3 2 28 16
PaPaAv 2 0 2 1 2 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 14
CE Conductividad eleacutectrica CICE Caopacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT
Porosidad total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado
CA Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Punt
Puntaje Min Miacutenimo y Max Maacuteximo
2253 SQW
Para ExTom los puntajes (Sc) maacutes bajos los presentoacute StockC para la propiedad funcional
capacidad de suministro de nutrientes (CSN) y CAD para capacidad de almacenamiento de agua
(CAA) lo cual generoacute un puntaje ponderado (Scw) bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
ExPtSp y ExPtRo obtuvieron un bajo Sc para CE dentro de CSN CD y CAD para CAA y AGG
DMG y DMP para la propiedad funcional capacidad de desarrollo de raiacuteces (CDR) lo cual generoacute
un Scw bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
Para los tres experimentos evaluados el mayor porcentaje de participacioacuten lo obtuvo la Capacidad
de Suministro de Nutrientes (CSN) A esta propiedad funcional se le asignoacute el ponderador (W) con
el mayor peso en respuesta a su mayor cantidad de propiedades (Tabla 2-10) CSN mostroacute
diferencias significativas para los tres experimentos evaluados En ExTom OrC obtuvo el mayor
puntaje (W SFP) en ExPtSp lo obtuvo Barbecho seguido de AsSp50 y en ExPoRo lo obtuvo
PaPaAv CAA solo presentoacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp AsSp25 y AsSp50
los tratamientos que obtuvieron el mayor puntaje (Tabla 2-10) ExPtRo obtuvo un puntaje muy
bajo en la propiedad funcional CAA pues sus propiedades hidrofiacutesicas (CD y CAD) estaban
75 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativamente alejadas del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) CDR no mostroacute diferencias
significativas para ninguacuten experimento
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat CSN CAA CDR
pH CE P CICE OC StockC CD CAD Db PT AGG DMG DMP
Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw
ExTom
ChC 10 02 07 01 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
OrC 10 02 10 02 10 02 10 02 07 01 05 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx1 10 02 08 01 10 02 07 01 06 01 04 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx2 10 02 10 02 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx3 10 02 06 01 10 02 10 02 07 01 05 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 10 --- --- --- ---
ExPtSp Barbecho 10 02 10 02 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 04 01 04 01 02 00
Control 09 02 03 01 10 02 10 02 10 02 10 01 04 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
As 09 02 03 01 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp 09 02 04 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp25 10 02 04 01 09 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp50 10 02 05 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 04 --- 02 02 02
ExPtRo PaArPa 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 01 01 09 02 10 03 05 01 04 01 03 00
PaAvAr 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 05 01 05 01 03 00
PaPaAv 10 02 06 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 04 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 03 03 03 01 01
CSN Capacidad de suministro de nutrientes CAA Capacidad de almacenamiento de agua CDR Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces Sc puntaje Sw subponderador Scw Puntaje ponderado Los significados para las
propiedades del suelo se pueden apreciar en la Tabla 2-7
2254 SQPCA
Todos los experimentos incluyeron el conjunto total de datos para hacer el anaacutelisis de componentes
principales (PCA) No obstante para estimar SQPCA en cada experimento se tuvo en cuenta un
nuacutemero variable de propiedades de suelo correspondiente a un diferente nuacutemero de componentes
principales (PC) (Tabla 2-11) ExTom incluyoacute tres PC que representan a las propiedades P CAD
y StockC (Tabla 2-12) las cuales obtuvieron un mayor factor de carga en su respectivo PC
ExPtSp incluyoacute cinco PC correspondientes a pH CE CICE Db y StockC mientras que ExPtRo
incluyoacute cuatro PC correspondientes a CE Db AGG y CAD (Tabla 2-12)
76 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat
CSN CAA CDR
sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP
ExTom ChC 076 051 c 066 068 015 a 020 100 011 a 014
OrC 089 059 a 069 071 016 a 018 100 011 a 013
Mx1 078 052 bc 066 071 016 a 020 100 011 a 014
Mx2 082 055 b 067 069 015 a 019 100 011 a 014
Mx3 082 055 b 068 067 015 a 019 100 011 a 014
W 067 022 011
ExPtSp Barbecho 098 049 a 064 045 0075 ab 010 062 021 a 027
Control 085 043 cd 061 040 0067 b 010 062 021 a 030
As 084 042 d 060 046 0076 ab 011 062 021 a 029
AsSp 086 043 c 060 048 0080 a 011 062 021 a 029
AsSp25 087 044 bc 060 049 0081 a 011 062 021 a 029
AsSp50 089 045 b 061 048 0079 a 011 063 021 a 028
W 050 017 033
ExPtRo PaArPa 084 039 b 057 017 003 a 004 069 027 a 039
PaAvAr 085 039 b 056 016 003 a 004 073 028 a 040
PaPaAv 090 041 a 059 019 003 a 004 069 026 a 037
W 046 015 038
CSN Propiedad funcional Capacidad de suministro de nutrientes CAA propiedad funcional Capacidad de
almacenamiento de agua CDR propiedad funcional Capacidad de Desarrollo de Raiacuteces sumSwc = SFP
Sumatoria de los Swc de cada propiedad funcional (Tabla 2-9) W ponderador
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los tres
experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) ExTom ExPtSp ExPtRo
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC1 PC2 PC3 PC4
Autovalores 193 145 128 180 157 150 125 102 210 191 150 114
Varianza 041 024 018 027 021 019 013 009 034 028 017 010
Varianza Acumulada 041 065 083 027 048 066 079 088 034 062 079 089
Wc 050 028 022 031 023 021 015 010 038 031 019 011
Propiedad Auto vectores o factores de carga (FC)
pH -065 -038 -031 -033 -034 045 -065 005 -065 -042 029 -053
CE 032 -063 -038 015 034 -071 033 003 038 -007 -036 084
P -053 -039 -068 000 025 -070 024 015 -015 070 -033 -009
CICE -071 -040 055 -033 -027 -041 -012 061 -067 -048 018 010
DMG --- --- --- 000 031 -026 -062 047 081 -053 -003 -014
DPM --- --- --- 095 018 009 -015 007 083 -042 -001 -026
AGG --- --- --- 095 014 014 -008 007 086 -041 -001 -021
PT --- --- --- --- --- --- --- --- -025 -080 -051 001
Db 027 -049 -045 095 019 009 -015 005 005 089 038 -007
CA -057 065 -046 -023 063 059 030 033 -059 028 -064 -017
CAD -059 071 -034 -023 060 061 035 029 -053 -022 -078 -012
CO -091 -019 023 -032 074 -011 -023 -044 057 022 -062 -025
StockC -090 -023 020 -027 078 -022 -050 -014 051 070 -030 -025
PC Componente Principal W = Ponderador Significados para propiedades del suelo en la Tabla 2-7
77 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Las propiedades CAD y CO de ExTom obtuvieron un puntaje (Sc) bajo y medio respectivamente
para todos los tratamientos Todos los tratamientos excepto barbecho de ExPtSp obtuvieron un
puntaje bajo para CE mientras que para ExPtRo CAD obtuvo un puntaje muy bajo y AGG y CE
medio (Tabla 2-12)
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de calidad
de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db AGG CAD CO StockC
Sc
ExTom
ChC --- --- 10 --- --- --- 04 05 ---
OrC --- --- 10 --- --- --- 05 07 ---
Mx1 --- --- 10 --- --- --- 05 06 ---
Mx2 --- --- 10 --- --- --- 05 05 ---
Mx3 --- --- 10 --- --- --- 04 07 ---
ExPtSp
Barbecho 10 10 --- 09 10 --- --- --- 10
Control 09 03 --- 10 10 --- --- --- 10
As 09 03 --- 09 10 --- --- --- 10
AsSp 09 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp25 10 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp50 10 05 --- 10 10 --- --- --- 10
ExPtRo
PaArPa --- 04 --- --- 09 05 01 --- ---
PaAvAr --- 04 --- --- 10 05 02 --- ---
PaPaAv --- 06 --- --- 10 04 02 --- ---
2255 SQPLSR
En general los ponderadores (Wc) no superaron el 30 (03) para ninguna propiedad en los tres
experimentos evaluados (Tabla 2-13) El anaacutelisis produjo diferentes Wc para cada tratamiento y
propiedad en los tres experimentos En promedio las propiedades CE CICE y CAD generaron el
mayor aporte a la calidad del suelo en ExTom mientras que P lo hizo para ExPtSp y StockC para
ExPtRo En ExpTom la Db no produjo un aporte al modelo (Wc = 000) Lo mismo ocurrioacute para
Db CO y StockC para ExPtSp y P PT y CO para ExPtRo (Tabla 2-13)
2256 Comparacioacuten de SQI
En general los indicadores de calidad SQPLSR(A) y SQPLSR(P) no mostraron diferencias
significativas entre los tratamientos de ninguacuten experimento SQSMAF generoacute el mayor valor
promedio de SQ en los tres experimentos mientras que SQSA mostroacute la tendencia contraria Se
aprecia una diferencia en las teacutecnicas de agregacioacuten aditiva (A) y geomeacutetrica (P) siendo la primera
78 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
la que produce los resultados maacutes altos de SQ para todos los experimentos y tratamientos
evaluados (Figura 2-1)
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los tratamientos de
los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo (abajo) SMAF
SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P) SQPCA(P)
PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto
a a a a a
b
a
b
abab
c
abc b b
c
abc b bc
c
a abcbc
ab
b
a
ab ab aba
a
a a aa
a
aa a
0
02
04
06
08
1
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
a
c
ab
a a
a
dc b b b
ad d c bc ba
d cd bc b b
a
c c c b ba
e e d c b
a aa
aa
aa a a
aa
a
0
02
04
06
08
1
Barbecho Control As AsSp AsSp25 AsSp50
SQ
-P
un
taje
a aa
b
a a
b ab a
b ab aa
a a
aa a
aa
a
aa
a
0
02
04
06
08
1
PaArPa PaPaAv PaAvAr
Tratamiento
SMAF SA W(A) W(P) PCA(A) PCA(P) PLSR(A) PLSR(P)
79 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DGM DPM CA CAD CO StockC
Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc
ExpTom ChC 000 000 025 018 000 000 027 021 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 030 018 032 019 016 011 018 013
OrC 000 000 029 017 000 000 017 007 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 067 027 075 031 027 009 029 009
Mx1 000 000 077 027 000 000 051 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 039 013 053 017 036 013 036 013
Mx2 000 000 033 012 000 000 073 027 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 016 005 029 009 064 024 065 024
Mx3 000 000 088 018 000 000 087 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 055 011 075 016 087 018 087 018
ExPtSp Barbecho 016 004 007 002 064 016 078 020 000 000 --- --- 055 013 040 009 048 012 053 012 054 012 000 000 000 000
Control 046 010 019 004 061 013 086 018 000 000 --- --- 057 010 051 009 053 010 066 013 066 013 000 000 000 000
As 047 009 028 006 084 017 074 014 000 000 --- --- 058 011 050 009 053 010 061 012 061 012 000 000 000 000
AsSp 023 005 019 004 082 017 079 017 000 000 --- --- 051 010 051 010 049 010 064 013 063 013 000 000 000 000
AsSp25 021 006 003 001 078 020 089 023 000 000 --- --- 061 014 051 011 057 012 029 007 029 007 000 000 000 000
AsSp50 098 021 098 020 099 021 010 002 000 000 --- --- 023 004 029 005 020 004 054 011 054 011 000 000 000 000
ExPtRo PaArPa 057 010 024 004 000 000 030 005 071 013 000 000 080 015 082 015 077 014 010 002 032 006 000 000 086 016
PaAvAr 036 009 025 006 000 000 013 003 025 006 000 000 064 015 058 014 059 014 028 006 021 005 000 000 098 023
PaPaAv 091 015 083 013 000 000 068 012 094 015 000 000 027 004 023 004 027 004 072 011 073 011 000 000 070 010
Cs Coeficiente estandarizado Wc Ponderador
SQSMAF solo mostroacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp25 y AsSp50 los
tratamientos que produjeron una menor degradacioacuten del suelo (excluyendo a Barbecho) con 096
Seguacuten los resultados de SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) en ExTom el tratamiento
OrC mostroacute una mayor calidad de suelo con 069 087 086 070 y 067 respectivamente En
ExPtSp la mayor calidad de suelo la generoacute el tratamiento AsSp50 (excluyendo a Barbecho) con
046 073 071 088 y 084 respectivamente En ExPtRo la mayor calidad de suelo la produjo el
tratamiento PaAvAr con 053 070 062 059 y 048 respectivamente
En cuanto a la correlacioacuten entre los indicadores SQSMAF se correlacionoacute significativamente con
todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPLSR(A) SQSA y SQW(A) se correlacionoacute
significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPCA(P) SQW(P) se
correlacionoacute significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) Este uacuteltimo solo
se correlacionoacute significativamente con SQPCA(P) que a su vez solo se correlacionoacute con SQSMAF y
SQW(P) SQPLSR(A) se correlacionoacute significativamente con SQSA SQW(A) SQW(P) y SQPLSR(P)
Este uacuteltimo no mostroacute una correlacioacuten significativa con SQPCA(A) y SQPCA(P) (Tabla 2-14)
80 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los tres
experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 Rendimiento 048 058 077 067 -062 -046 020 040
SQSMAF 044 069 075 016 031 029 052
SQSA 078 066 -017 -007 046 053
SQW(A) 096 -009 009 044 067
SQW(P) 011 029 038 066
SQPCA(A) 098 007 012
SQPCA(P) 012 023
SQPLSR(A) 092
SQPLSR(P)
Se aprecian diferencias entre el comportamiento de la correlacioacuten con las dos teacutecnicas de
agregacioacuten (A) y (P) Siendo esta uacuteltima la que maacutes correlaciones significativas presentoacute (Tabla
2-14)
En ExTom existe una correlacioacuten negativa significativa entre el rendimiento y los indicadores de
calidad del suelo SQSA SQW(A) y SQw(P) Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado existe una
correlacioacuten significativa con SQPLSR(A) y SQPLSR(P) altamente significativa con SQPCA(A) y
SQPCA(P) y muy altamente significativa con SQSA SQW(A) y SQW(P) En cuanto a la correlacioacuten
con la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica aplicado se presentaron las mismas
significancias mostradas con el abono orgaacutenico pero en sentido negativo (Tabla 2-15)
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes aplicados al
suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005 = P lt 001 =
P lt 0001 SQSMAF
SQSA SQW SQPCA SQPLSR
Fs Ch Bl SMAF NSC WSC RDC (A) (P) (A) (P) (A) (P) ExTom
Rendimiento -017 033 -018 025 -062 -066 -014 061 -064 -063 -036 -035 -033 -028
Abono
Orgaacutenico
019 -038 056 -024 080 088 014 -084 084 083 073 072 056 053
Fertilizante -019 038 -056 024 -080 -088 -014 084 -084 -083 -073 -072 -056 -053
ExPtSp
Rendimiento 007 -039 -002 -033 -010 -035 -018 038 -021 -016 -039 -038 -038 -038
Abono
Orgaacutenico
045 067 -013 072 061 023 051 -001 051 053 042 053 020 023
Fertilizante -046 -078 014 -081 -062 -048 -049 -004 -071 -067 -069 -078 -030 -034
ExPtRo
Rendimiento -019 041 -040 033 046 083 046 -015 071 074 034 024 064 042
81 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En ExPtSp no se presentaron correlaciones significativas entre ninguacuten indicador con el
rendimiento Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado se presentoacute una correlacioacuten significativa
con SQPCA(P) SQW(A) y SQw(P) altamente significativa con SQSA y muy altamente significativa
con SQSMAF Entre la cantidad de fertilizante aplicado se presentoacute una correlacioacuten negativa
altamente significativa con SQSA y SQw(P) y muy altamente significativa con SQSMAF SQW(A)
SQPCA(A) y SQPCA(P) En ExPtRo el rendimiento se correlacionoacute significativamente con SQW(A) y
SQPLSR(A) y muy significativamente con SQW(P) (Tabla 2-15)
226 Discusioacuten
2261 Ventajas y desventajas de los meacutetodos evaluados
SMAF realiza el anaacutelisis subdividiendo las propiedades del suelo en grupos propiedades quiacutemicas
fiacutesicas y bioloacutegicas con el objetivo de identificar sus contribuciones relativas al indicador general
(Cherubin et al 2016b) Este enfoque identifica los grupos con los puntajes de SQFs SQQm o
SQBl maacutes bajos para que los administradores del suelo puedan decidir apropiadamente sobre
coacutemo restaurar o mejorar de manera maacutes eficiente la calidad del suelo en un aacuterea especiacutefica
(Karlen et al 2014b) Aunque en el presente estudio se siguieron las reglas planteadas por
Andrews et al (2004) en ExTom y ExPtRo no se aprecian diferencias significativas entre
tratamientos para SQSMAF Esto sugiere que SQSMAF presenta una muy baja sensibilidad a los
cambios en el suelo como respuesta a los tratamientos evaluados Esto concuerda con lo reportado
por Peltre et al (2012) quienes mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto
de la aplicacioacuten de enmiendas orgaacutenicas solo son evidentes a largo plazo En ExTom y ExPtSp se
evaluoacute un uacutenico ciclo de produccioacuten En experimentos estacionales se deben evaluar propiedades
con alta y raacutepida sensibilidad a la perturbacioacuten quiacutemica fiacutesica yo bioloacutegica del suelo De los tres
grupos las propiedades bioloacutegicas son las maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al 2000) En los tres experimentos la
uacutenica propiedad incluida en el grupo de propiedades bioloacutegicas en SMAF fue el contenido total de
carbono orgaacutenico (CO) Como lo expone Peltre et al (2012) esta propiedad variacutea
significativamente a mediano y largo plazo y su efecto en las plantas se ve en el mismo lapso Esta
variacioacuten solo fue evidente en el corto plazo en ExTom debido a que se aportoacute una gran cantidad
de abono orgaacutenico al suelo No obstante esta variacioacuten no fue suficiente para que se expresara en
el resultado final de SQSMAF pues no se presentaron diferencias significativas Estas diferencias si
82 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
se presentaron en ExPtSp debido a la influencia del grupo de propiedades quiacutemicas del suelo En
este grupo el pH la CE y el P mostraron diferencias significativas (Tabla 2-4) lo que generoacute una
variacioacuten en el resultado de SQQm suficiente para producir diferencias significativas en el SQSMAF
de los tratamientos evaluados en este experimento Cabe aclarar que el carbono orgaacutenico
generalmente no se considera una propiedad bioloacutegica pues estas propiedades estaacuten relacionadas
con la presencia y actividad de microorganismos y fauna en el suelo Esto conlleva a discusiones
teacutecnicas sobre el uso de SMAF
En el indicador de calidad de suelo SQSA se asigna una puntuacioacuten a cada propiedad con base en
su ajuste a los umbrales oacuteptimo adecuado bajo o alto (Amacher et al2007) Estos umbrales son
definidos a partir de lo reportado en la literatura o la experiencia de los investigadores En este
estudio las puntuaciones individuales para aproximadamente la mitad de las propiedades
evaluadas en cada experimento se encontraban por fuera del rango oacuteptimo o adecuado Los
tratamientos que incluyeron el aporte de abono orgaacutenico (OrC de ExTom y AsSp25 y AsSp50 de
ExPtSp) obtuvieron un mayor puntaje de SQSA Esto concuerda con los resultados del anaacutelisis de
correlacioacuten en donde se aprecia una alta colinealidad entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado
y SQSA para ExPtSp y ExTom (Tabla 2-15) SQSA muestra una alta sensibilidad a los cambios
generados en el suelo como respuesta a los tratamientos aplicados Esto se demuestra porque en
todos los experimentos se presentan diferencias significativas entre los tratamientos evaluados
(Figura 2-1) Esta teacutecnica es relativamente maacutes faacutecil en comparacioacuten con los otros meacutetodos pues
la calificacioacuten requiere solamente de la revisioacuten de literatura y opiniones de expertos (Mukherjee y
Lal 2014) La desventaja de SQSA es que implica un alto nivel de subjetividad y se basa
principalmente en el punto de vista del investigador
El indicador SQW asigna una puntuacioacuten a cada propiedad del suelo como lo hace SQSA en funcioacuten
de umbrales La diferencia radica en que SQW solo tiene en cuenta el rango oacuteptimo de cada
propiedad (Tabla 2-4) SQW asigna los puntajes de acuerdo con la cercaniacutea o ubicacioacuten de la
propiedad dentro de ese umbral Algo valioso de este indicador es que agrupa las propiedades del
suelo en propiedades funcionales dentro de la relacioacuten suelo-planta Al tratarse de experimentos
agriacutecolas la capacidad del suelo para suministrar agua nutrientes y condiciones oacuteptimas para el
desarrollo de las raiacuteces de la planta cobra gran relevancia Sin embargo SQW asigna el peso (W) en
funcioacuten de la cantidad de variables incluidas en cada propiedad funcional del suelo Esto suma
cierto grado de subjetividad al anaacutelisis ya que no se puede relacionar W con el aporte real de la
propiedad funcional a la calidad del suelo sino con la cantidad de propiedades medidas Esta
83 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cantidad variacutea en respuesta a lo estipulado por los investigadores Para los tres experimentos la
propiedad funcional que mayor peso tuvo en el anaacutelisis fue la capacidad de suministro de
nutrientes (CSN) ya que evaluoacute la mayor cantidad de propiedades en los tres experimentos SQW
es el indicador que mostroacute una mayor sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los
tratamientos evaluados (Figura 2-1) en concordancia con lo encontrado por Cherubin et al
(2016a) y Lima et al (2013) La ventaja de SQW es que calcula el ponderador en funcioacuten del
disentildeo del experimento y del conjunto de datos asiacute compensa su nivel de subjetividad Sin
embargo la desventaja de SQw es que requiere un nuacutemero miacutenimo de paraacutemetros por cada
propiedad funcional del suelo que podriacutean ser costosos y dispendiosos en el caso praacutectico
(Mukherjee y Lal 2014)
El uso de PCA redujo el conjunto total de datos de nueve doce y trece a tres cinco y cuatro
componentes principales en ExTom ExPtSp y ExPtRo respectivamente que explicaban cerca del
90 de la variacioacuten total (Tabla 2-11) Dos ventajas se identifican en SQPCA Primero su
capacidad para predecir la calidad del suelo a partir de un conjunto miacutenimo de datos que
representan el conjunto total de paraacutemetros estudiados Segundo es un enfoque menos subjetivo
pues los ponderadores se asignan en funcioacuten de procesos estadiacutesticos (Andrews et al 2002
Mukherjee y Lal 2014) lo cual ayuda a evitar sesgos y redundancia de informacioacuten (Cherubin et
al 2026a) Y tercero este indicador puede utilizarse a largo plazo a traveacutes de la medicioacuten de las
propiedades maacutes representativas derivadas de anaacutelisis iniciales con PCA (Mukherjee y Lal 2014)
No obstante el meacutetodo de PCA requiere un gran conjunto de datos y es menos faacutecil de usar lo que
impone barreras a la adopcioacuten praacutectica para evaluaciones de la calidad del suelo (Cherubin et al
2016a) Ademaacutes los indicadores seleccionados pueden no ser significativos para los agricultores y
administradores del suelo (Andrews et al 2002) Al igual que SQW SQPCA mostroacute una gran
sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los tratamientos evaluados (Figura 2-1)
Similares resultados fueron reportados por Andrews et al 2002 y Cherubin et al (2016a)
A diferencia de SQPCA SQPLSR utiliza toda la informacioacuten cuantitativa (propiedades) y cualitativa
(tratamientos) del modelo para estimar la calidad del suelo (Obade y Lal 2016) Esto implica que
el PLSR asigne ponderadores (W) a cada unidad experimental y propiedad es decir asigna tantos
W como observaciones haya en la base de datos Esto conlleva a que en conjunto la variacioacuten
entre tratamientos no sea suficiente para producir diferencias significativas (Figura 2-1)
mostrando muy baja sensibilidad a la variacioacuten producida por los tratamientos en evaluacioacuten En
ninguno de los experimentos evaluados se presentoacute correlacioacuten con el rendimiento Resultados
84 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
similares obtuvieron Obade y Lal (2016) en su trabajo Otro aspecto importante es que al ser una
teacutecnica relativamente nueva y no tan faacutecil de procesar no se ha generado una amplia adopcioacuten
entre los investigadores del suelo
2262 Validacioacuten de los meacutetodos
Al hablar de calidad del suelo la discusioacuten entre objetividad y subjetividad sigue abierta Para unos
investigadores del suelo deberiacutea cobrar mayor importancia el conocimiento de los expertos Sin
embargo para muchos otros investigadores este puede derivar en diferentes enfoques volviendo
al problema de iquestQuieacuten tiene la razoacuten Al estudiar el efecto de diversos tratamientos sobre la
calidad del suelo en un experimento puntual la experiencia sobre el cultivo y su comportamiento
en unas condiciones edafoclimaacuteticas particulares podriacutea cobrar mayor validez No obstante con
este enfoque los resultados no podriacutean extrapolarse tan faacutecilmente a otras condiciones y el uso de
los mismos indicadores en otras condiciones despertariacutea dudas Para evitar sesgos podriacutea recurrirse
a ambos enfoques pues como se mostroacute en este trabajo en la literatura existen opciones
suficientes para evaluar la calidad del suelo con un grado de objetividad o subjetividad alto medio
o bajo
Para elegir entre los meacutetodos evaluados se debe tener en cuenta dos puntos i) la sensibilidad a la
variacioacuten entre tratamientos y ii) el valor de SQ obtenido En cuanto a la sensibilidad del indicador
se presentaron estos resultados SQW = SQPCA gt SQSA gt SQSMAF SQPLSR no mostroacute sensibilidad a
los cambios provocados en el suelo por los tratamientos aplicados Con respecto al segundo punto
es maacutes difiacutecil establecer cual es el indicador maacutes adecuado pues un mayor o menor puntaje entre
indicadores de calidad del suelo no implica necesariamente que el indicador refleje la realidad Es
necesario analizar ambos aspectos (i y ii) en conjunto Por ejemplo SQSMAF generoacute las mayores
puntuaciones en los tres experimentos mientras que SQSA generoacute los valores maacutes bajos pero
SQSMAF no produjo diferencias significativas entre los tratamientos de ExTom y ExPtRo mientras
que SQSA mostroacute una gran sensibilidad En teacuterminos generales la sensibilidad tendriacutea un mayor
grado de importancia por ende y en este caso particular se recomendariacutea el uso de SQSA
Algo que se evidencia en los tres experimentos es que los resultados de todos los indicadores son
consistentes Esto quiere decir que el mismo tratamiento obtuvo la mejor puntuacioacuten para todos
los indicadores de calidad del suelo que en ExTom fue OrC en ExPtSp ASSp50 (sin tener en
cuenta a Barbecho) y en ExPtRo PaAvAr (Figura 2-1)
85 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Un mecanismo utilizado ampliamente para verificar la viabilidad del indicador es su correlacioacuten
con la funcioacuten del suelo que se esteacute estudiando en este caso produccioacuten agriacutecola (rendimiento)
(Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) De los tres experimentos evaluados solo ExTom
mostroacute correlaciones significativas entre el rendimiento y algunos indicadores en este caso con
SQSA y SQW Dos aspectos importantes se derivan de este resultado El primero que la correlacioacuten
es negativa es decir entre mayor rendimiento menor calidad del suelo en concordancia con lo
encontrado por Lima et al (2013) El segundo que la correlacioacuten se presentoacute con los indicadores
con mayor grado de subjetividad y sensibilidad Con respecto al primer aspecto como ya se
mencionoacute el aporte de materia orgaacutenica exoacutegena generoacute un incremento de la calidad del suelo
pero este no se vio reflejado en un aumento del rendimiento Esto se debe a que el incremento del
aporte de este abono estaba acompantildeado de una reduccioacuten de la cantidad de fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuanto maacutes fertilizante se aplicoacute mayor rendimiento se obtuvo Con respecto al segundo
aspecto no se podriacutea afirmar que lo reportado en la literatura genera una mayor confianza en los
resultados finales pues la tendencia variacutea Por ejemplo en ExPtSp no se aprecian correlaciones
significativas entre ninguacuten indicador con el rendimiento
Para hacer la evaluacioacuten de los indicadores se siguieron las reglas planteadas por sus autores Sin
embargo la variacioacuten a corto plazo de las propiedades del suelo por efecto de los tratamientos no
estaacute representada adecuadamente en los indicadores SQSMAF y SQPLSR Es probable que sea
necesario evaluar otras propiedades bioloacutegicas incluiacutedas en el ExcelSMAF como carbono de la
biomasa microbiana actividad β-Glucosidasa o nitroacutegeno potencialmente mineralizable
Mukherjee y Lal (2014) con base en sus hallazgos tambieacuten sugieren la evaluacioacuten de diversas
propiedades bioloacutegicas Estas propiedades producen una mayor variacioacuten a corto plazo pues son
maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Doran y Zeiss 2000) y se adaptariacutean mejor a
experimentos estacionales con cultivos de ciclo corto
Los dos meacutetodos de agregacioacuten aditivo (A) y geomeacutetrico o producto multiplicativo (P) siempre
mostraron la misma tendencia para los SQ que lo utilizaron Aunque (P) generoacute siempre un menor
nivel de calidad del suelo para el indicador mostroacute maacutes correlaciones significativas con los demaacutes
indicadores La teacutecnica aditiva aplica el supuesto de independencia preferencial de las propiedades
86 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
del suelo lo cual implica que hay compensacioacuten3 total entre estas y que independiente de su
valor es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En este caso si una propiedad puntual o
funcional del suelo obtiene un valor normalizado de cero este seraacute enmascarado por otra propiedad
con mayor valor Esto implica por ejemplo que un contenido excesivo de sales se contrarresta con
una capacidad de intercambio catioacutenica dentro del rango oacuteptimo El meacutetodo multiplicativo tambieacuten
implica la compensacioacuten entre propiedades aunque en este caso la tasa de compensacioacuten no es
constante variacutea en funcioacuten del valor de las propiedades y de los ponderadores A medida que una
propiedad se acerca al rango oacuteptimo su capacidad de compensacioacuten aumenta y viceversa es decir
a medida que el valor de una propiedad toma valores extremos lo mismo ocurre con su capacidad
de compensacioacuten Esto implica que una propiedad que tiene un valor normalizado alto genera un
alto grado de compensacioacuten pero si alguna propiedad obtiene un valor normalizado muy bajo que
indicariacutea que estaacute por fuera del umbral permitido generariacutea una disminucioacuten notable en el valor
del indicador sugiriendo una muy baja calidad del suelo
De acuerdo con los resultados obtenidos es difiacutecil definir la mejor teacutecnica de evaluacioacuten de la
calidad del suelo La eleccioacuten dependeraacute en gran medida de factores como el disentildeo del
experimento la eleccioacuten de las propiedades del suelo incluidos en el modelo y la interaccioacuten entre
aspectos ambientales versus rendimiento del cultivo (Mukherjee y Lal 2014) Sin embargo es
evidente que en cuanto al uso de indicadores de calidad del suelo en experimentos estacionales
SQPLSR no tiene el grado de sensibilidad necesaria y es probable que deban evaluarse maacutes
propiedades bioloacutegicas incluidas en SQSMAF si se quiere utilizar este indicador Con base en los
resultados seriacutea conveniente y viable utilizar dos o maacutes indicadores para dar mayor validez a los
resultados En ese sentido SQSA SQW(P) y SQPCA(P) son muy buenas opciones
Un aspecto clave es la seleccioacuten de indicadores Se sabe que la precisioacuten de la evaluacioacuten de la
calidad del suelo aumenta al utilizar tantos indicadores como sea posible Esto debido a la
naturaleza muy compleja del suelo que involucra sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas y
las interacciones resultantes
3 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de una propiedad que estaacute por fuera
del rango oacuteptimo con el de otras que si estaacuten dentro del rango y que por ende generan un mayor nivel de
calidad del suelo
87 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
227 Conclusiones
Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) detectaron eficientemente los
cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al suelo Esto indica que en
experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar como SQSA fueron
tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos como SQPLSR Es recomendable el uso de
indicadores ponderados como SQW o SQPCA y de la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (P) Aunque esta teacutecnica genera valores de SQ maacutes bajos refleja mejor el estado
individual de las propiedades del suelo evitando enmascaramientos entre propiedades en nivel
oacuteptimo contra aquellas por fuera del rango adecuado No se presentoacute consistencia en cuanto a la
correlacioacuten entre los indicadores y el rendimiento del cultivo Esto podriacutea sugerir dos cosas
primero que asiacute como la eleccioacuten del meacutetodo de evaluacioacuten la seleccioacuten de los indicadores es
vital para que los resultados reflejen la real calidad del suelo Y segundo que no siempre los
tratamientos que promueven un mayor rendimiento generan una mayor calidad del suelo En dos
de los experimentos se aprecia que la aplicacioacuten de material orgaacutenico exoacutegeno genera una mayor
calidad del suelo a corto plazo aunque esto no se correlaciona con un mayor rendimiento el cual
esta jalonado por el aporte de fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Tambieacuten se evidencia con los
resultados mostrados que el rango de variacioacuten temporal de las propiedades del suelo despueacutes de
un disturbio es maacutes amplio ya que no pudo captarse en los experimentos
88 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la
magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores agricolas
231 Resumen
A escala finca los indicadores sociales de sostenibilidad agriacutecola maacutes comunes son las horas labor
y la estacionalidad de la mano de obra La magnitud del esfuerzo fiacutesico que los trabajadores
invierten en las actividades agriacutecolas no se utiliza como indicador En ese sentido se propone el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Para calcularlo 1) se establecieron cinco grados de
esfuerzo de labor (GE) 2) se realizoacute una clasificacioacuten de las labores de cultivo y 3) a cada una se
le asignoacute un GE Para probar el meacutetodo se estimoacute ELB en cuatro sistemas de produccioacuten de papa
en dos inclinaciones de terreno Los resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene una
influencia maacutes significativa sobre ELB que el nivel de tecnificacioacuten El sistema no tecnificado en
terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de
labor El sistema medianamente tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169)
correspondiente a poco esfuerzo de labor Se espera que este indicador pueda ser incluido en la
dimensioacuten social de los anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala finca yo parcela
Palabras clave bienestar humano indicadores sociales Solanum tuberosum sostenibilidad
agriacutecola
232 Abstract
At the farm level the most common social indicators are hours of work (wages) and the
seasonality of labor The magnitude of physical effort that workers invest in agricultural activities
is not used as an indicator In this sense the work effort indicator (WEF) is proposed To calculate
WEF 1) five degrees of work effort (GE) were established 2) a classification of the cultivation
tasks was carried out and 3) each one was assigned a GE To test the method the WEF of four
potato production systems at two land slopes was calculated The results suggest that the slope of
the land has a more significant influence than the level of technification on WEF The non-
technical system on sloping land (MuiNo) generates the highest WEF (467) corresponding to the
maximum work effort The moderately technified system on flat land (PlnMd) obtained the lowest
89 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
WEF (169) corresponding to little labor effort It is expected that this indicator can be included in
the social dimension of farm andor plot-scale agricultural sustainability analyzes
Keywords agricultural sustainability human welfare social indicators Solanum tuberosum
233 Introduccioacuten
En las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de finca (dentro de una misma regioacuten de
estudio) las dimensiones ambiental y econoacutemica disponen de un nuacutemero considerable de
indicadores que se derivan directamente de las actividades agriacutecolas del sistema de produccioacuten
Para esta escala sin embargo la disponibilidad de indicadores en la dimensioacuten social es limitada
siendo las horas labor y la estacionalidad de la mano de obra los maacutes comunes (Goacutemez y Riesgo
2009 Van Asselt et al 2014) A enfoques geograacuteficos mayores (pej nacional o global) se
pueden encontrar maacutes de 150 indicadores sociales (Finkbeiner et al 2010) la mayoriacutea asociados a
poliacuteticas gubernamentales Estos abarcan desde salud humana derechos de las mujeres y
educacioacuten hasta sindicatos responsabilidad social de las compantildeiacuteas y distribucioacuten de la poblacioacuten
(Finkbeiner et al 2010) Estos indicadores aplican al evaluar sistemas productivos en dos o maacutes
regiones con poliacuteticas de gobierno diferenciales Al disminuir el aacuterea geograacutefica las leyes se van
aplicando de la misma forma para todos los sistemas productivos en evaluacioacuten (comparacioacuten) y el
efecto diferencial de estas poliacuteticas se diluye reducieacutendose al mismo tiempo el nuacutemero de
indicadores sociales con posibilidad de medicioacuten
A pesar de que la dimensioacuten social de la sostenibilidad evaluacutea el bienestar de los trabajadores en
los marcos de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola no se utilizan indicadores que representen el
esfuerzo humano que exigen las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten que se estaacuten
comparando (pej Beacutelanger et al 2012 Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 De Olde
et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Marchand et al 2014 Paracchini et al 2015 Peano
et al 2014 Ryan et al 2016 Schader et al 2016 Schindler et al 2015 Van Passel y Meul
2012) Cada sistema productivo tiene labores de cultivo que implican un mayor o menor esfuerzo
fiacutesico incluso dentro de la misma especie cultivada Este esfuerzo que se deriva directamente de
las actividades de cultivo puede medirse empiacutericamente a traveacutes de la percepcioacuten de los
trabajadores (Borg 1982 1990) e incluirse como un indicador dentro de la dimensioacuten social de la
sostenibilidad
90 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Con el presente trabajo se propone el indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) como estimador
del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a cabo las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola a nivel de finca o parcela En este trabajo ELB se evaluacutea con un estudio de caso en papa
234 Metodologiacutea
2341 Construccioacuten del indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB)
ELB es un indicador que permite la comparacioacuten de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola a
escala de finca o parcela en teacuterminos de la magnitud del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a
cabo las labores de cultivo A cada sistema de cultivo evaluado se le asigna un valor de ELB a
partir del comportamiento tanto de ese sistema individualmente como el de todos los sistemas
evaluados en conjunto es decir ELB tiene en cuenta los resultados de todos los sistemas evaluados
para determinar cual es el comportamiento de cada sistema individualmente
El primer paso para la construccioacuten de ELB fue definir empiacutericamente los diferentes grados de
esfuerzo (GE) asociados a las labores de cultivo Se establecioacute como punto de partida el disentildeo de
la escala psicofiacutesica de Borg (1982 1990) En ese sentido los GE hacen referencia a la percepcioacuten
de la magnitud del esfuerzo fiacutesico que los operarios de cultivo deben invertir para realizar cada una
de esas labores Para establecer esta clasificacioacuten se hizo un recuento de las labores culturales
tiacutepicas de cultivos hortofrutiacutecolas (frutales hortalizas legumbres raiacuteces y tubeacuterculos) y con los
resultados de 36 encuestas realizadas a operarios de cultivo con maacutes de 20 antildeos de experiencia se
asocioacute un GE a cada una de las labores recopiladas
Para calcular el indicador de esfuerzo de labor (ELB) 1) se hizo la sumatoria de las horas dedicadas
a cada labor 2) se suman las horas de las actividades que tienen el mismo GEi (i = 1 2 3 4 o 5)
3) se calcula el GE total (GET) correspondiente a la sumatoria de los GEi para cada sistema (GET =
GE1 + GE2hellip + GE5) 4) se calcula el maacuteximo GET entre los sistemas evaluados (MaxGET) 5) se
calcula el factor de esfuerzo (FEi) para cada GEi de cada sistema (FEi = GEi MaxGET) 6) se
calcula el factor por grado de esfuerzo (FGE) para cada FEi (FGE = FEi x GEi) y 7) se calcula ELB
para cada sistema como la sumatoria de todos los FGEi (ELB = FGE1 + FGE2hellip + FGE5)
91 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2342 Estudio de caso
Con el fin de evaluar el indicador con datos reales de campo se hizo seguimiento a cuatro sistemas
de produccioacuten de papa en dos inclinaciones de terreno durante un ciclo de produccioacuten Los cultivos
se ubicaron en el municipio de Sibateacute (Cundinamarca Colombia) Sus caracteriacutesticas se exponen
en la Tabla 2-16
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados
Terreno Sistema Sigla Descripcioacuten
Plano
(Pendiente 0-7)
Vereda Chacua
Altamente tecnificado PlnAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado PlnMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado PlnEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado PlnNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual
aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
Muy inclinado
(Pendiente gt 50) Vereda San Miguel
Altamente tecnificado MuiAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado MuiMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado MuiEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado MuiNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
En cada sistema e inclinacioacuten evaluados se contabilizoacute el tiempo en horas dedicadas a cada labor
Esto se realizoacute con respecto a las labores que correspondieran al cultivo de papa con base en lo
expuesto en la Tabla 2-18 Se contabilizoacute el tiempo dedicado por cada operario a cada labor y se
sumaron las horas de todos los operarios en la misma actividad Se debe tener en cuenta que cada
labor en el cultivo de papa es realizada por mas de un operario al mismo tiempo
235 Resultados y discusioacuten
2351 Definicioacuten de grados de esfuerzo de labor (GE)
Se establecieron cinco grados de esfuerzo de labor donde GE1 representa el menor esfuerzo y GE5
el mayor Estos grados se definieron con respecto a la cantidad de esfuerzo fiacutesico que se requiere
para realizar una labor especiacutefica de cultivo Para establecer el nivel de intensidad el esfuerzo se
comparoacute con actividades cotidianas (Tabla 2-17)
92 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el indicador
Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) GE Rango Categoriacutea Descripcioacuten
GE1 0 a 15 Muy poco esfuerzo de labor La labor exige muy poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos
GE2 gt 15 a 25 Poco esfuerzo de labor La labor exige poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos con morral de 3-5 kg
GE3 gt 25 a 35 Mediano esfuerzo de labor La labor exige esfuerzo fiacutesico moderado Como caminar con afaacuten en terreno
moderadamente inclinado con morral de 3-5 kg
GE4 gt 35 a 45 Alto esfuerzo de labor La labor exige un alto esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se hace con la
teacutecnica adecuada Como hacer sentadillas
GE5 gt 45 a 5 Maacuteximo esfuerzo de labor La labor exige el mayor esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se tienen los
aditamentos necesarios y no se hace con la teacutecnica adecuada Como levantar pesas
2352 Clasificacioacuten de las labores de cultivo seguacuten su grado de esfuerzo
(GE)
Las labores de cultivo se clasificaron de acuerdo con la dificultad fiacutesica que requiere su
realizacioacuten Estas labores estaacuten directamente relacionadas con produccioacuten agriacutecola desde
preparacioacuten del suelo hasta postcosecha No incluyen labores previas a la preparacioacuten del terreno
ni instalacioacuten de infraestructuras como invernaderos sistemas de riego camas de hidroponiacutea
cuartos de postcosecha entre otras Las labores se dividieron en cinco grupos preparacioacuten del
terreno (PT) siembra y trasplante (ST) proteccioacuten de cultivos (PC) labores culturales (LC) y
cosecha y postcosecha (CP) A cada actividad de cada grupo se le asignaron tres grados de
esfuerzo de acuerdo con la inclinacioacuten del terreno donde se desarrolla el proceso productivo
terreno plano (0 ndash 7) (Pln) inclinado (7 ndash 50) (Inc) y muy inclinado (gt 50) (Min) seguacuten la
clasificacioacuten del IGAC (2014) (Tabla 2-18)
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten terreno ST
= Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP = Cosecha y postcosecha
Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
11 PT Adecuacioacuten terreno con
azadoacuten 4 4 5
Preparacioacuten del suelo para siembra con herramientas manuales como azadoacuten pala barreno etc Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg sumado al
esfuerzo de la labor
12 PT Adecuacioacuten terreno con motocultor
3 4 5 Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada manualmente
13 PT Adecuacioacuten terreno con
tractor 2 2 3
Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada
mecaacutenicamente
14 PT Levantar camas altas 4 5 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante ge 50 cm de altura
15 PT Levantar camas bajas 3 4 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante lt 50 cm de altura
16 PT Surcado superficial 3 3 4 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (2 - 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
17 PT Surcado profundo 4 5 5 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (gt 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
93 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
18 PT Apertura de huecos
superficial en suelo 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de plaacutentulas de
hortalizas
19 PT Apertura de huecos
profundo en suelo 4 5 5
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de frutales
arboacutereos y arbustivos
110 PT Apertura huecos en
acolchado plaacutestico 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de hortalizas en
acolchado plaacutestico
111 PT Montaje acolchado plaacutestico 2 2 3 Incluye estiramiento y ubicacioacuten del plaacutestico sobre las camas de siembra
21 ST Siembra semilla una a una
en cama baja 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo lt 90deg
22 ST Siembra semilla una a una
en cama alta 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
23 ST Siembra semilla chorrillo en
cama baja 3 3 4
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
24 ST Siembra semilla chorrillo en
cama alta 2 2 3
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
25 ST Siembra semilla al voleo 2 2 3 Siembra de semillas sobre el suelo sin demarcar una guiacutea especiacutefica
26 ST Trasplante en cama baja 4 4 5 Siembra de plaacutentulas en camas lt 50 cm de altura Implica inclinarse formando
un aacutengulo lt 90deg
27 ST Trasplante en cama alta 3 3 4 Siembra de plaacutentulas en camas ge a 50 cm de altura Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
28 ST Siembra o trasplante en
cama levantada 2 2 3
Siembra o trasplante en camas de sustrato o hidroponiacutea No hay necesidad de
inclinarse
31 PC Deshierba manual 4 5 5
Retirado de arvenses (de forma manual o con herramientas manuales) de las
camas de siembra y calles Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
ademaacutes del esfuerzo de la labor
32 PC Mezclado de fertilizantes 4 4 4 Unir dos o maacutes fertilizantes soacutelidos en una mezcla homogeacutenea
33 PC Mezclado de pesticidas 3 3 3 Unir dos o maacutes pesticidas liacutequidos en una mezcla homogeacutenea
34 PC Fertilizacioacuten edaacutefica manual
3 3 4 Aplicacioacuten de fertilizantes soacutelidos al suelo de forma manual o con herramientas manuales
35 PC Fertilizacioacuten por fertirriego 1 1 1 Aplicacioacuten de fertilizantes mediante el sistema de riego
36 PC Riego manual 2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante manguera
37 PC Riego por sistema de riego por goteo
1 1 1 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por goteo
38 PC Riego por sistema de riego por aspersioacuten
2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por aspersioacuten
39 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda
3 4 5 Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba de espalda
310 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos
bomba estacionaria 2 2 3
Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba
estacionaria
311 PC Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes
5 5 5 Cargue y descargue de bultos de maacutes de 25 kg al o del camioacuten u otro sitio en la unidad productiva
41 LC Amarre plantas a guiacutea o tutorado
3 3 4 Amarre de plantas enredaderas a las guiacuteas o tutorados
42 LC Poda formacioacuten 3 3 4 Poda de ramas para formar arbustos y frutales
43 LC Poda sanitaria 3 3 4 Poda de oacuterganos generalmente hojas afectadas por dantildeos bioacuteticos o abioacuteticos
44 LC Deschupone 2 2 3 Poda de yemas axilares
45 LC Agobio 4 4 5 Llevar un oacutergano de la planta generalmente rama hacia el suelo y sembrarlo alliacute
46 LC Canequeo 2 2 3 Voltear o tumbar las plantas (Follaje) al suelo manualmente o por medio de una caneca plaacutestica
47 LC Aporque 4 5 5 Atraer suelo haciacutea las plantas con el fin de cubrir la base de su tallo Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg ademaacutes del esfuerzo de la labor
48 LC Soqueo 3 3 4 Hacer una poda total en la planta generalmente 30 - 50 cm por encima de la
superficie del suelo
49 LC Raleo de frutos 3 3 4 Retirar frutos de la planta
410 LC Raleo de plantas 3 3 4 Retirar plantas completas del cultivo
411 LC Descuelgue 3 3 4 Desamarrar las plantas de la guiacutea o tutorado descolgaacutendolas unos cm hacia el
suelo
412 LC Compostaje 3 3 3 Ubicacioacuten de residuos de cultivo en contenedores o espacios para esperar su
descomposicioacuten Incluye los volteos y riegos a las pilas de compost
94 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
51 CP Cosecha hortalizas hoja
cama alta 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
52 CP Cosecha hortalizas hoja
cama baja 4 4 5
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
53 CP Cosecha hortalizas hoja
cama levantada 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
54 CP Cosecha hortalizas fruto 3 3 4 Recoleccioacuten manual de las hortalizas de fruto listas para cosechar
55 CP Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes
4 5 5 Recoleccioacuten manual de raiacuteces y tubeacuterculos listos para cosechar Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
56 CP Cosecha frutales arboacutereos 3 4 4
Recoleccioacuten manual de frutales en aacuterboles listos para cosechar Dependiendo de la altura del frutal implica estirarse hacia arriba o utilizar herramientas para
alcanzar los frutos Ademaacutes se debe tener la cabeza siempre mirando hacia
arriba
57 CP Cosecha frutales arbustivos 3 3 4 Recoleccioacuten manual de frutos en arbustos listos para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
58 CP Desgrane bulbos 3 3 3 Separacioacuten manual de dientes ejemplo ajo de los bulbos que los contienen
59 CP Lavado de tubeacuterculos y raiacuteces
3 3 3 Lavado manual o con maacutequina de tubeacuterculos y raiacuteces
510 CP Limpieza producto
cosechado 2 2 2 Limpieza manual o con herramientas de productos cosechados
511 CP Seleccioacuten y clasificacioacuten
producto cosechado 2 2 2 Seleccioacuten y clasificacioacuten manual o con herramientas de productos cosechados
512 CP Llevar producto cosechado
manualmente 4 5 5
Llevar manualmente bultos o canastillas con el producto cosechado desde el
terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
513 CP Llevar producto cosechado
con carretilla 4 4 5
Llevar con carretilla empujada manualmente bultos o canastillas con el
producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
514 CP Llevar producto cosechado con carro transportador
3 3 4
Llevar con carro transportador empujado manualmente bultos o canastillas con
el producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
515 CP Llevar producto cosechado
con cable viacutea 2 2 2
Llevar a traveacutes de cable viacutea bultos o canastillas con el producto cosechado
desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
2353 Resultados del estudio de caso
Para los cuatro sistemas evaluados se requiere una mayor cantidad de tiempo para desarrollar las
labores de cultivo cuando el terreno es muy inclinado (Mui) (Tabla 2-19) Esto es loacutegico si se
tiene en cuenta que en este tipo de terreno las labores exigen un mayor esfuerzo fiacutesico (Tabla
2-18) que redunda en desplazamientos maacutes lentos y mayores tiempos de descanso La
combinacioacuten terreno plano con alta tecnologiacutea resultoacute en un menor nuacutemero de horas destinadas a
las labores de cultivo Es asiacute como el sistema PlnAl necesitoacute 678 horas de trabajo por hectaacuterea para
llevar a cabo el ciclo completo de produccioacuten comparado con las 1320 horas requeridas en un
terreno muy inclinado sin tecnologiacutea (MuiNo) (Tabla 2-19)
Los sistemas que se ubicaron en terreno plano (Pln) agruparon sus actividades principalmente en el
grado de esfuerzo GE4 (Tabla 2-20) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-17)
mientras que los sistemas que se ubicaron en un terreno muy inclinado (Min) agruparon sus
actividades principalmente en el GE5 (Tabla 2-20) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de labor
95 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Tabla 2-17) Las labores que requieren un mayor esfuerzo fiacutesico (GE4 y GE5) estaacuten asociadas a la
remocioacuten y reubicacioacuten del suelo (adecuacioacuten del terreno armado de camas aporque y cosecha de
tubeacuterculos) (Tabla 2-19) que coincide con las actividades que mayor cantidad de mano de obra
requiere el cultivo de papa (Tabla 2-19 y DANE 2017) Cuando la adecuacioacuten del terreno y el
armado de camas se hace con herramienta manual (azadoacuten) como en los tratamientos PlnNo y
MuiNo tanto la cantidad de horas (Tabla 2-19) como el esfuerzo fiacutesico (Tabla 2-20) se
incrementan considerablemente
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado seguacuten su
grado de esfuerzo (GE)
Actividad Plano Muy inclinado
GE PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo
GE MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
h ha-1 h ha-1
Adecuacioacuten terreno con azadoacuten 4 0 0 0 160 5 0 0 0 240
Adecuacioacuten terreno con tractor 2 8 8 8 0 3 10 10 10 0
Levantar camas bajas 3 0 0 0 112 5 0 0 0 160
Siembra semilla una a una en cama baja 3 24 24 24 24 4 32 32 32 32
Mezclado de fertilizantes 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Mezclado de pesticidas 3 13 13 13 13 3 13 13 13 13
Fertilizacioacuten edaacutefica manual 2 0 96 96 96 4 0 120 120 120
Fertilizacioacuten por fertirriego 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego manual 2 0 0 0 108 4 0 0 0 135
Riego por sistema de riego por goteo 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego por sistema de riego por aspersioacuten 2 0 45 45 0 4 0 56 56 0
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda 3 0 0 50 50 5 0 0 60 60
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba estacionaria 2 40 40 0 0 3 48 48 0 0
Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes 5 4 4 4 4 5 4 4 4 4
Aporque 4 64 64 64 64 5 80 80 80 80
Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes 4 400 320 320 320 5 500 400 400 400
Seleccioacuten y clasificacioacuten producto cosechado 2 48 40 40 40 2 48 40 40 40
Llevar producto cosechado manualmente 4 28 24 24 24 5 36 32 32 32
Total horas 678 682 692 1019 820 839 851 1320
Al calcular el indicador Esfuerzo de Labor (ELB) para cada sistema de cultivo se encontroacute que el
sistema no tecnificado en terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente
al maacuteximo esfuerzo de labor (Tabla 2-20) En el otro extremo el sistema medianamente
tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169) correspondiente a poco esfuerzo
de labor (Tabla 2-20)
Estos resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene mayor influencia que el nivel de
tecnificacioacuten tanto en el esfuerzo requerido para llevar a cabo las labores de cultivo como en la
cantidad de horas necesarias para realizar dichas labores Esto uacuteltimo es de especial importancia si
se tienen en cuenta las actuales teoriacuteas de desplazamiento de mano de obra por tecnologiacutea que
sugieren que mayor tecnologiacutea se relaciona con menos mano de obra (Schmitz y Moss 2015)
96 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende GE =
Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET = Maacuteximo grado de
esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 1320 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 003 007 003 038 000 003 015 008 150 002 178 Poco esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 017 003 031 000 000 035 008 125 002 169 Poco esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 014 007 031 000 000 029 020 125 002 175 Poco esfuerzo de labor
PlnNo 0 244 199 572 4 1019 000 018 015 043 000 000 037 045 173 002 257 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 003 004 005 003 047 003 007 016 011 235 273 Mediano esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 003 005 016 039 000 006 016 064 195 282 Mediano esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 003 002 016 044 000 006 005 064 218 294 Mediano esfuerzo de labor
MuiNo 0 40 13 291 976 1320 000 003 001 022 074 000 006 003 088 370 467 Maacuteximo esfuerzo de labor
En este estudio de caso se evidencia que porcentualmente hay mayor desplazamiento o
disminucioacuten de mano de obra por la inclinacioacuten del terreno que por el nivel de tecnologiacutea (Tabla
2-21) Se aprecian dos extremos correspondientes a los sistemas PlnAl y MuiNo cuya diferencia
en cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de cultivo es del 9469 (Tabla
2-21) En este caso la combinacioacuten nivel tecnoloacutegico - inclinacioacuten del terreno genera que la
cantidad de mano de obra requerida por PlnAl sea considerablemente menor que MuiNo En el
otro extremo las diferencias entre los sistemas con mediana y escasa tecnologiacutea se reducen
notablemente dentro de la misma inclinacioacuten (147 y 143 en terreno plano e inclinado
respectivamente) e incluso entre inclinaciones de terreno (Tabla 2-21) Por otro lado una mayor
tecnologiacutea no redunda completamente en disminucioacuten de mano de obra Las labores de cosecha y
postcosecha requieren maacutes mano de obra en el sistema altamente tecnificado (Tabla 2-19) debido
a que este genera una mayor produccioacuten de tubeacuterculos que los demaacutes sistemas Se debe tener en
cuenta que de todo el sistema de cultivo de papa independiente del nivel de tecnologiacutea y la
inclinacioacuten del terreno las labores de cosecha son las maacutes demandantes de mano de obra (Tabla
2-19 y DANE 2017)
Labores de cultivo como la preparacioacuten del terreno y el armado de camas de forma mecanizada
influyen significativamente en la cantidad de mano de obra Es asiacute como los tratamientos PlnNo y
MuiNo que realizaron estas labores de forma manual necesitaron entre 9075 y 9469 maacutes horas
labor en terreno plano y entre 5507 y 6098 en terreno inclinado que los tratamientos donde
estas labores se realizaron de forma mecanizada Esto no solo tiene influencia en la cantidad de
horas laboradas sino en el bienestar de los trabajadores y en general en la sostenibilidad del
97 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sistema de cultivo pues la mano de obra es el segundo rubro maacutes importante en la sabana de
costos despueacutes de la fertilizacioacuten (DANE 2017)
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de
cultivo entre los sistemas evaluados PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
PlnAl 000
PlnMd 059 000
PlnEs 206 147 000
PlnNo 5029 4941 4725 000
MuiAl 2094 2023 1850 -1953 000
MuiMd 2378 2306 2128 -1764 235 000
MuiEs 2555 2482 2301 -1646 381 143 000
MuiNo 9469 9355 9075 2954 6098 5728 5507 000
Como se expuso en la metodologiacutea ELB se calcula a partir de los resultados tanto del sistema
individual como el de todos los sistemas en conjunto Es decir ELB no solo tiene en cuenta el
nuacutemero de horas requeridas en cada sistema y para cada GEi sino que ademaacutes considera el
consumo de tiempo de los demaacutes sistemas comparados Una muestra de esto es que a pesar de que
PlnMd requirioacute un mayor nuacutemero de horas labor (682) que PlnAl (678) (Tabla 2-19) PlnMd
obtuvo un ELB menor (PlnMd = 169 PlnAl = 178) (Tabla 2-20) Para ilustrar esto maacutes
claramente se exponen los resultados eliminando el sistema no tecnificado (PlnNo y MuiNo)
(Tabla 2-22) Al eliminar el sistema no tecnificado en ambas pendientes y comparando los
resultados mostrados en la Tabla 2-20 y Tabla 2-22 se puede apreciar el efecto del
comportamiento en conjunto de los sistemas evaluados Los sistemas PlnAl PlnMd y PlnEs pasan
de la categoriacutea ldquoPoco esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla
2-22) mientras que los sistemas MuiAl y MuiMd pasan de la categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de
laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22) y el sistema MuiEs pasa de la
categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMaacuteximo esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22)
Esto se debe al efecto combinado de todas las labores expresadas en el factor de esfuerzo (FEi) De
no incluirse este factor el efecto del nivel tecnoloacutegico se diluiriacutea como se comproboacute durante el
proceso de disentildeo del indicador (datos no mostrados) Para describir esta situacioacuten se utiliza como
ejemplo el sistema PlnAl Este sistema invierte la mayor cantidad de horas en el grado de esfuerzo
cuatro (GE4) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-19) Si se analizara
individualmente este sistema y se tuvieran en cuenta uacutenicamente las horas de labor su ELB
corresponderiacutea efectivamente a esta categoriacutea ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo En este caso hipoteacutetico no
se tendriacutean en cuenta la cantidad de esfuerzo y horas laboradas que se reducen como resultado del
98 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
uso de tecnologiacutea Al comparar y evaluar todos los sistemas en conjunto la aplicacioacuten de
tecnologiacutea queda evidente en la reduccioacuten del esfuerzo de labor El sistema PlnAl se clasifica por
consiguiente dentro del grupo de poco esfuerzo de labor (Tabla 2-20) Por lo tanto para este
estudio de caso entre maacutes diferencias tecnoloacutegicas haya entre los sistemas evaluados maacutes
evidentes seraacuten esas diferencias en el resultado de ELB para cada sistema individualmente
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y MuiNo
Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 851 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 005 011 004 058 000 005 023 013 233 002 276 Mediano esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 027 004 048 000 000 054 013 194 002 263 Mediano esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 022 010 048 000 000 044 031 194 002 271 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 005 006 008 004 073 005 011 025 017 364 423 Alto esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 005 008 025 061 000 009 025 100 303 437 Alto esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 005 003 025 068 000 009 008 100 338 456 Maacuteximo esfuerzo de labor
236 Conclusiones
El esfuerzo de labor (ELB) es un indicador que estima la magnitud del esfuerzo fiacutesico con respecto
a las particularidades de las labores de cultivo y del terreno donde se desarrollan un conjunto
comparable de sistemas de produccioacuten agriacutecola ELB agrupa estas caracteriacutesticas considerando
tanto el sistema productivo individual como todos los sistemas productivos en comparacioacuten Esto
permite cuantificar individualmente el esfuerzo fiacutesico del sistema productivo teniendo en cuenta
las caracteriacutesticas de todos los sistemas evaluados ELB estaacute dirigido a la toma de decisiones a nivel
de finca o parcela pudieacutendose incluir como indicador social en las evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a estas escalas de medicioacuten ELB se puede calcular a partir del registro de las labores de
cultivo lo que lo hace muy accesible Sin embargo se debe tener en cuenta que la asignacioacuten de
los grados de esfuerzo a cada actividad agriacutecola se realizoacute empiacutericamente a partir de la experiencia
y percepcioacuten de los operarios de cultivo Por tal motivo ELB debe tomarse como punto de
referencia no como un valor absoluto
99 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de
indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
241 Resumen
Es bien reconocido el potencial de los indicadores de sostenibilidad para evaluar y monitorear el
desarrollo sostenible de los sistemas agriacutecolas Algunos autores plantean preocupaciones con
respecto a la validez confianza y transparencia al momento de seleccionar los indicadores En ese
sentido se han planteado una serie de criterios de seleccioacuten orientados a evaluaciones de
sostenibilidad a diferentes escalas geograacuteficas No obstante las evaluaciones a escala de parcela o
unidad experimental requieren ademaacutes de la adaptacioacuten de esos criterios o la generacioacuten de unos
nuevos la construccioacuten de una metodologiacutea de seleccioacuten El objetivo de este estudio fue por lo
tanto construir un marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores que haraacuten parte de los
anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental Se establecioacute un
orden jeraacuterquico de indicadores compuesto por indicadores crudos base y centrales estos uacuteltimos
conforman el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) Posteriormente se establecieron los
procedimientos y criterios de seleccioacuten conformados por obligatorios no obligatorios principales
y alternos y de correlacioacuten Para evaluar el marco de seleccioacuten propuesto se utilizaron los
resultados de un estudio de fertilizacioacuten en tomate bajo invernadero De los 40 indicadores crudos
con que se inicioacute el anaacutelisis el CMI se conformoacute por ocho indicadores centrales tres ambientales
cuatro sociales y uno econoacutemico Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso
proceso con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos Al mismo tiempo
promueve una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos
matemaacuteticos
Palabras clave seleccioacuten de indicadores conjunto miacutenimo de indicadores unidad experimental
sostenibilidad agriacutecola
100 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
242 Abstract
The potential of sustainability indicators to assess and monitor the sustainable development of
agricultural systems is well recognized Some authors raise concerns about the validity reliability
and transparency of indicator selection Several selection criteria have been put forward for
sustainability assessments at the farm and higher levels However assessments at the plot or
experimental unit level require the adaptation of these criteria the generation of new ones and the
construction of a selection methodology Therefore this study aims to build a framework for
selecting the minimum indicators set that will be part of the agricultural sustainability analyses at
the plot or experimental unit scale A hierarchical order of indicators was established consisting of
raw base and core indicators the latter make up the minimum indicators set (MIS) Subsequently
selection procedures and criteria were established consisting of mandatory main and alternative
non-mandatory and correlation indicators The selection framework was evaluated with the results
of a greenhouse tomato fertilization study Of the 40 raw indicators with which the analysis began
the MIS was made up of eight core indicators three environmental four social and one economic
This indicator selection methodology uses a rigorous process with 22 selection criteria distributed
in four hierarchical groups At the same time it promotes less subjectivity by including statistical
analysis algorithms and mathematical processes
Keywords agricultural sustainability experimental unit greenhouse tomato indicator selection
minimum indicators set
243 Introduccioacuten
Para saber si un sistema productivo es sostenible se requieren niveles de referencia indicadores yo
meacutetodos de evaluacioacuten comparativa (de Olde et al 2016 Gerdessen y Pascucci 2013) Los
indicadores de sostenibilidad estaacuten compuestos por una o un conjunto de variables que informan
sobre el funcionamiento de un sistema maacutequina clima ser humano ecosistema o paiacutes (Rao y
Rogers 2006) Estos indicadores son factores cuantificables y medibles del sistema (Panell y
Schilizzi 1999) tienen atributos multidimensionales (econoacutemicos ambientales o sociales) y
pueden ser incluidos en un iacutendice de agregacioacuten De esta forma se realizan mediciones integradas
sobre la sostenibilidad del sistema (Rao y Rogers 2006) Aunque para las dimensiones econoacutemica
101 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
y social los indicadores pueden ser transversales a muchas liacuteneas de investigacioacuten agriacutecola los
indicadores de la dimensioacuten ambiental variaraacuten de acuerdo con la liacutenea en cuestioacuten
Cuando se llevan a cabo experimentos agriacutecolas en campo generalmente se miden muchas
variables Para estimar la sostenibilidad generada por los tratamientos evaluados en dichos
experimentos es necesario escoger cuales de esas variables son realmente indicadores y pueden
por ende hacer parte del conjunto miacutenimo de indicadores de los anaacutelisis de sostenibilidad
Seguacuten Waas et al (2014) un indicador es ldquola representacioacuten de un atributo de un sistema
mediante una variable o un conjunto de variables agregadas en una funcioacuten cuantitativa que
relacionan su valor con un valor de referenciardquo Desde la perspectiva de sistema un indicador es
una representacioacuten operacional de un atributo (calidad caracteriacutestica propiedad) de un
sistema A su vez un sistema es ldquoun conjunto interconectado de elementos que estaacuten organizados
coherentemente de tal manera que logran un objetivo (Waas et al 2014) Un sistema tiene tres
caracteriacutesticas esenciales (1) elementos (2) interconectividad y (3) propoacutesito (Meadows 2009)
Aunque existe un consenso sobre el uso de indicadores para evaluar la sostenibilidad de los
sistemas de produccioacuten agriacutecola aun no se llega a un acuerdo sobre la forma de seleccioacuten de esos
indicadores existiendo una amplia diversidad de enfoques (de Olde et al 2016a Bockstaller et
al 2009 Bell y Morse 2008 Parris y Kates 2003) Esto implica la posibilidad de que los
indicadores evaluados no esteacuten realmente enfocados en el objetivo del estudio aumentando los
costos de medicioacuten y suscitando inquietudes sobre la validez del enfoque y la utilidad y confianza
de la evaluacioacuten (de Olde et al 2016a Schader et al 2014 Bockstaller et al 2009) Como
respuesta a esto muchos autores han resaltado la importancia de establecer procedimientos de
seleccioacuten de indicadores con criterios transparentes y bien definidos que lleven a evaluaciones
relevantes confiables comprensivas significativas y que representen de manera integral el sistema
de produccioacuten agriacutecola estudiado (Marchand et al 2014 Lebacq et al 2013 Binder et al 2010
Hunnemeyer et al 1997)
Los criterios de seleccioacuten de indicadores maacutes relevantes han sido el indicador debe ser medible
(Roy y Chan 2012 Dantsis et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernaacutendez 2010) sensible a las
variaciones (Beacutelanger et al 2012) relevante para el estudio de caso (Beacutelanger et al 2012 Dantsis
et al 2010) y estar relacionado directamente con el tema de estudio (van Asselt et al 2014) La
definicioacuten y priorizacioacuten de los criterios utilizados para hacer la seleccioacuten de los indicadores variacutean
102 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ampliamente entre las herramientas de evaluacioacuten de sostenibilidad (de Olde et al 2016b Bell y
Morse 2008 Reed et al 2006) por lo tanto es necesario hacer la descripcioacuten de tales criterios
antildeadiendo a las evaluaciones de sostenibilidad transparencia y confiabilidad En la Tabla 2-23 de
Olde et al (2016b) sintetizan los criterios de seleccioacuten utilizados en diversas evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola pueden realizarse a diferentes escalas Dependiendo de
la proyeccioacuten geograacutefica a la que se quieran escalar los resultados de estas evaluaciones se pueden
generar opiniones que reflejan diferencias en las visiones del mundo por ejemplo enfoques
reduccionistas versus enfoques maacutes holiacutesticos para comprender una actividad compleja como la
agricultura (de Olde et al 2016b) Cuando las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan
para comparar diferentes tratamientos en experimentacioacuten cientiacutefica es decir cuando el alcance de
la evaluacioacuten es a nivel de parcela o de unidad experimental los indicadores deben reflejar los
cambios de los sistemas de produccioacuten como respuesta a los tratamientos evaluados En ese
sentido los criterios de seleccioacuten sintetizados por de Olde et al (2016b) se deben adaptar yo
establecer nuevos criterios de seleccioacuten
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola (Fuente de
Olde et al 2016b)
Criterio Descripcioacuten
Relevancia en la
evaluacioacuten
Los indicadores miden las propiedades clave del entorno la economiacutea la sociedad o la gobernanza que afectan la
sostenibilidad (por ejemplo estado presioacuten respuesta uso o capacidad)
Claridad y
estandarizacioacuten
Los indicadores se basan en datos claramente definidos verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante
meacutetodos estandarizados de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute
Comunicacioacuten y
entendimiento Los indicadores transmiten la informacioacuten de una manera clara y comprensible
Amplia aceptacioacuten La solidez de un indicador depende de su amplia aceptacioacuten por parte de los principales interesados o tomadores de
decisioacuten (pe productores gobernantes cientiacuteficos etc)
Medicioacuten asequible Una medicioacuten asequible aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo o ampliacutea el alcance de lo que se puede
medir para la evaluacioacuten general de la sostenibilidad
Rendimiento en lugar
de praacutectica
Es mejor medir el desempentildeo y los resultados reales que las praacutecticas que se espera promuevan la sostenibilidad y la
resiliencia
Sensibilidad
Los indicadores deben ser sensibles (cambiar substancial e inmediatamente si el estado de los sistemas agriacutecolas cambia)
Esto ayuda a detectar tendencias o incumplimientos de umbrales dentro de los marcos de tiempo y en las escalas que son
relevantes para las decisiones de gestioacuten y antes de que sea demasiado tarde para corregir cualquier problema
Cuantificacioacuten Los indicadores deben cuantificarse completamente siempre que sea posible Los recuentos y las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es
preferible a una evaluacioacuten totalmente cualitativa
Especificidad para la
interpretacioacuten
Los indicadores solo deben verse afectados por algunos factores clave (riesgos oportunidades causas) de la sostenibilidad y no por muchos factores (contexto local muacuteltiples factores de estreacutes etc) para que cualquier cambio en el indicador sea
interpretable por la sostenibilidad
Alta precisioacuten y poder estadiacutestico
Los indicadores deben tener suficiente precisioacuten y una varianza natural suficientemente baja a fin de detectar tendencias y la probabilidad de que se haya infringido alguacuten liacutemite o umbral
103 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterio Descripcioacuten
Capacidad para mejorar
Los indicadores deben disentildearse y medirse de forma tal que permitan su agregacioacuten en muacuteltiples escalas espaciales y temporales para diferentes propoacutesitos
Desarrollo participativo
Los conjuntos de indicadores y los marcos que estaacuten disentildeados por las partes interesadas tienen maacutes probabilidades de ser relevantes confiables praacutecticos escuchados y utilizados
Amplio alcance e integracioacuten
El marco y los conjuntos de indicadores deben cubrir y vincular las muacuteltiples dimensiones de la sostenibilidad y los valores que abarcan las dimensiones del medio ambiente la economiacutea la sociedad y la gobernanza
Vinculado a objetivosumbrales
Los indicadores deben estar vinculados a objetivos realizables orientados a la accioacuten o a umbrales criacuteticos de riesgo desempentildeo o praacutectica profesional
Transparencia y
accesibilidad
Los conjuntos de datos que son accesibles para todas las partes interesadas (incluido el puacuteblico) y explican los supuestos la
incertidumbre y las fuentes tienen maacutes probabilidades de ser confiables y utilizados
Poliacutetica relevante y
significativa
Los indicadores deben proporcionar informacioacuten a un nivel apropiado para la toma de decisiones de gobernanza y gestioacuten
al evaluar los cambios en el estado y los riesgos para la sostenibilidad agriacutecola
Usos solo de los indicadores necesarios
Entre menos indicadores mejor siempre que se hayan cubierto los determinantes criacuteticos de la sostenibilidad Tener el
nuacutemero de indicadores idoacuteneo daraacute como resultado una mayor participacioacuten una precisioacuten mejorada en los informes y una
comunicacioacuten maacutes clara de la imagen general a los agricultores los responsables poliacuteticos y el puacuteblico en general
Mezcla generalizada y
especiacutefica
Los conjuntos de indicadores deben incluir suficientes indicadores generales para permitir la comparacioacuten cruzada entre
sectores agriacutecolas regiones paiacuteses y diversos sistemas socio-ecoloacutegicos Sin embargo se deben incluir algunos indicadores
altamente especiacuteficos y localmente fundamentados para guiar los ajustes de gestioacuten detallados que son especialmente relevantes para un sector regioacuten o paiacutes
Balance de corriente y
futuro
El monitoreo es parte de la gestioacuten de riesgos por lo que debe informar las opciones y los controladores actuales mientras
prepara a los actores para futuras turbulencias (golpes y conductores) Al menos algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas amenazas y oportunidades justo en el horizonte
Informacioacuten
explicativa y
contextual
La orientacioacuten del manejo es maacutes enfocada efectiva y confiable y la evaluacioacuten comparativa es maacutes justa si se recopila
informacioacuten adicional para identificar las covariables y la informacioacuten adicional para determinar por queacute los indicadores
cambian
Con base en lo anterior el objetivo de este estudio fue proponer un marco de seleccioacuten del
conjunto miacutenimo de indicadores adaptado a escala de parcela o unidad experimental que combine
criterios cualitativos y cuantitativos
244 Metodologiacutea
2441 Orden jeraacuterquico de los indicadores
Las variables que sean consideradas como indicadores son asignadas seguacuten su jerarquiacutea en
indicadores crudos base o centrales
Indicadores crudos Son todas las variables medidas y estimadas en el experimento en cuestioacuten
de las que se esperan diferencias significativas por la aplicacioacuten de los tratamientos evaluados
Variables asociadas con investigacioacuten baacutesica que aportan informacioacuten valiosa pero no influyen de
forma directa sobre el anaacutelisis de sostenibilidad no deberiacutean tenerse en cuenta como indicadores
104 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(p ej tasas de crecimiento del cultivo anaacutelisis bioquiacutemicos o moleculares en plantas etc) Estas
variables pueden servir como informacioacuten complementaria
Indicadores base Son aquellos indicadores crudos que hayan cumplido con los criterios de
seleccioacuten obligatorios expuestos maacutes adelante En este grupo se encuentran todos los indicadores
que obtuvieron un puntaje mayor a cero despueacutes de correr la lista de chequeo de criterios
obligatorios
Indicadores centrales Son aquellos indicadores base que obtuvieron la mayor puntuacioacuten
despueacutes de correr toda la lista de chequeo de los criterios de seleccioacuten expuesta maacutes adelante
Conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) El CMI estaacute compuesto por los indicadores centrales
que hayan obtenido la mayor puntuacioacuten Se espera que cada atributo y dimensioacuten de la
sostenibilidad esteacute representado con al menos un indicador Con los indicadores que constituyen el
CMI se realiza el anaacutelisis de sostenibilidad
2442 Criterios de seleccioacuten
Como punto de referencia se utilizoacute la lista de criterios de seleccioacuten de indicadores sintetizada por
de Olde et al (2016b) y expuesta en la Tabla 2-23 Esta lista se modificoacute y adaptoacute a la escala
geograacutefica y el objetivo de este estudio
Para que el proceso de seleccioacuten de indicadores se realizara de una forma cuantitativa se
establecioacute un sistema de puntuacioacuten basada en el cumplimiento total o parcial de los diferentes
criterios de seleccioacuten Esta es una lista de chequeo tipo ldquoNo cumple = 0 oacute Siacute cumple = 1rdquo y de
calificacioacuten (p ej de 0 a 3) seguacuten las reglas correspondientes al criterio de seleccioacuten que le
adjudica al indicador una puntuacioacuten de acuerdo con el cumplimiento parcial o total del criterio
Los criterios de seleccioacuten se agruparon en cuatro categoriacuteas criterios obligatorios directos
criterios no obligatorios principales criterios no obligatorios alternos y criterios de correlacioacuten La
evaluacioacuten de cada criterio para cada indicador se realiza de manera secuencial obedeciendo el
siguiente orden
105 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterios obligatorios Son criterios de estricto cumplimiento es decir si el indicador no cumple
con alguno de los criterios de este grupo obtendraacute una puntuacioacuten total de cero seraacute descartado y
no continuaraacute en el proceso de anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola Son los primeros criterios para
tener en cuenta Todos los indicadores crudos deben cumplir estos criterios para avanzar al
siguiente paso convertirse en indicadores base Los criterios de seleccioacuten obligatorios son
a) Estar relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola El indicador tiene una relacioacuten
altamente significativa (2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo de sostenibilidad
agriacutecola Se debe tener en cuenta que el objetivo de sostenibilidad puede ser diferente al objetivo
del estudio Por ejemplo el efecto de los tratamientos sobre el stock de carbono del suelo (StockC)
se relaciona tanto con el objetivo del estudio como con los objetivos de sostenibilidad agriacutecola La
concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal (Ntr-Veg) no tendriacutea relacioacuten significativa directa con
los objetivos de sostenibilidad
b) Ser cuantificable Las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas
ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es preferible a una
evaluacioacuten totalmente cualitativa (de Olde et al 2016b) Es cuantificable (1) no es cuantificable
(0)
c) Ser especiacuteficamente interpretable El cambio del indicador puede ser interpretado por la
modificacioacuten que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos Es especiacuteficamente interpretable (1)
no es especiacuteficamente interpretable (0)
d) Ser transparente y estandarizado El indicador se basa en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que pueda repetirse de manera confiable y compararse entre siacute Es
transparente y estandarizado (1) no es transparente y estandarizado (0)
e) No ser redundante El indicador no se obtiene a partir de otra variable que hace parte del
anaacutelisis o no es una variable dentro de una funcioacuten de agregacioacuten (FAg) Una FAg es un indicador
que agrega dos o maacutes variables dentro de siacute y que mediante una ecuacioacuten obtiene el resultado de la
interaccioacuten de las variables que conforman la funcioacuten De presentarse el primer caso se da
prioridad a la variable independiente De presentarse el segundo caso se escoge la FAg pues por si
misma genera una mayor cantidad de informacioacuten Es redundante (0) no es redundante (1) es una
106 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
FAg (1) o es una variable dentro de una FAg incluida en el estudio (0) Si el indicador no
redundante resulta ser no significativo (f) se puede elegir el indicador redundante
f) Ser significativamente diferente El indicador es sensible cambia substancial y dentro del
umbral de evaluacioacuten con los tratamientos aplicados Estadiacutesticamente el indicador presenta
diferencias significativas entre los tratamientos evaluados Se realiza un anaacutelisis de varianza
(Anova) y una prueba de comparacioacuten Si existen diferencias significativas (P lt 005) entre al
menos el 20 de los tratamientos para el indicador evaluado se le asigna un puntaje de uno (1)
entre el 20 y 40 un puntaje de dos (2) entre el 40 y el 60 un puntaje de tres (3) entre el 60 y
el 80 un puntaje de cuatro (4) y entre el 80 y el 100 de los tratamientos un puntaje de cinco
(5) Si resulta que no son significativos se le asigna un puntaje de cero (0) y el indicador no
continuacutea en el proceso
Criterios no obligatorios principales Son criterios cuyo cumplimiento es altamente
recomendable pues aportan mayor validez transparencia y confianza al anaacutelisis pero no son de
estricto cumplimiento Los criterios de seleccioacuten no obligatorios principales son
a) Medicioacuten asequible La medicioacuten directa (campo o laboratorio) o estimacioacuten del indicador a
traveacutes de funciones o modelos es faacutecil y poco costosa (3) faacutecil y muy costosa (2) difiacutecil y poco
costosa (1) o difiacutecil y muy costosa (0) para la mayoriacutea de los interesados Una medicioacuten asequible
aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo (de Olde et al 2016b)
b) Parametrizado El indicador tiene rangos o umbrales preestablecidos (3 puntos) Es altamente
recomendable que los indicadores esteacuten parametrizados pues maacutes que la comparacioacuten entre
tratamientos los umbrales definen claramente si la aplicacioacuten del tratamiento genera un aumento o
una disminucioacuten en la sostenibilidad del sistema
c) Medido o estimado El indicador es medido directamente en campo o estimado a partir de
variables medidas directamente en campo (2) es medido en laboratorio o estimado a partir de
variables medidas en laboratorio (1) o es estimado mediante funciones (p ej de
pedotransferencia) o modelacioacuten (0) Siempre seraacuten preferibles los valores reales (observados) a
los estimados
107 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
d) Relacionado con el objetivo del estudio El indicador tiene una relacioacuten altamente significativa
(2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo del estudio Se debe tener en cuenta que
el objetivo del estudio puede ser diferente al objetivo del anaacutelisis de sostenibilidad
e) Variable entre repeticiones El indicador muestra diferencias entre las repeticiones de un
mismo tratamiento (1) Algunos indicadores obtenidos mediante estimaciones generan
exactamente el mismo valor para todas las repeticiones del tratamiento esto podriacutea restar validez al
anaacutelisis estadiacutestico
Criterios no obligatorios alternos Son criterios cuyo cumplimiento es recomendable pero se
utilizan maacutes como medio de desempate en caso de que dos o maacutes indicadores que cumplen con los
demaacutes criterios obtienen el mismo puntaje Los criterios de seleccioacuten no obligatorios alternos son
a) Aceptacioacuten El indicador es aceptado (1) ampliamente aceptado (2) o no aceptado (0) por parte
de los principales interesados o tomadores de decisioacuten (pej productores gobernantes cientiacuteficos
etc)
b) Desarrollo participativo El indicador se escogioacute participativamente (1) o no (0) Indicadores
escogidos por las partes interesadas tienen maacutes probabilidad de ser relevantes confiables
praacutecticos considerados y utilizados (de Olde et al 2016b)
c) Balance de presente y futuro El indicador puede utilizarse para evaluar la sostenibilidad
actual y futura Algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas
amenazas y oportunidades futuras (de Olde et al 2016b)
d) Agregado El indicador es un FAg que representa un conjunto de variables (1) o no (0) Los
indicadores que corresponden una funcioacuten de agregacioacuten son preferibles pues con un solo valor se
explica el comportamiento de dos o maacutes variables o componentes del sistema de produccioacuten
Criterio de correlacioacuten Este criterio permite elegir entre indicadores que presentan una
correlacioacuten significativa Para asignar la puntuacioacuten se debe seguir el siguiente procedimiento
1 Se realiza una matriz de correlacioacuten entre los indicadores que se deseen comparar
108 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Se estima el factor de seleccioacuten uno (FS1) para cada indicador aplicando la Ecuacioacuten 19
FS1 = 1 ndash [ (Ck1-n)] Ecuacioacuten 19
Donde = Promedio Ck1-n = valor del coeficiente de correlacioacuten en valores absolutos (0 a 1)
entre el indicador evaluado y los demaacutes indicadores de la matriz de correlacioacuten FS1 determina el
grado de correlacioacuten global del indicador es decir su grado de correlacioacuten con los demaacutes
indicadores dentro de la matriacutez de correlacioacuten Entre mayor sea FS1 menor es la correlacioacuten global
del indicador
3 Se estima el factor de seleccioacuten dos (FS2) para cada indicador a partir de la Ecuacioacuten 20
FS2 = [sum k minus ( sum FL
FL=n
FL=1
)
k=n
k=1
] minus 1 Ecuacioacuten 20
Donde k = indicador FL = Funcioacuten loacutegica que va de 1 hasta n
FL = Si FS1 gt 07 entonces 0 de lo contrario 1
FS2 relaciona la magnitud del coeficiente de correlacioacuten con la significancia de cada indicador De
esta forma se eliminan indicadores muy correlacionados a los cuales se les asigna un valor de
cero
4 Se estima el factor de seleccioacuten tres (FS3) para cada indicador a partir de las siguientes
funciones loacutegicas
Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2 (kn)] gt 0 entonces FS3 = FS2 Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2
(kn)] = 0 entonces Si FS1 lt Valor maacuteximo [(FS1(k1) hellip FS1 (kn)] entonces FS3 = 0 de lo
contrario FS3 = FS1]
FS3 permite escoger un indicador cuando todos los indicadores de la matriz estaacuten correlacionados
de una forma altamente significativa
109 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5 Se normaliza FS3 por medio de la siguiente Ecuacioacuten 21
FSN = FS3
Valor maacuteximo [FS3(k1minusn)] Ecuacioacuten 21
Donde FSN = Valor normalizado de FS3 FS3(k1-n) = Valor maacuteximo de FS3 desde el indicador uno
hasta n
Si FSN = 0 entonces se elimina el indicador
6 Puede ocurrir que dos indicadores se correlacionen significativamente con los demaacutes indicadores
de la matriz de correlacioacuten y que a su vez esos dos indicadores tengan una correlacioacuten entre siacute
altamente significativa En ese caso se debe eliminar uno de los indicadores Para definir cual
indicador se elimina primero se deben identificar los indicadores correlacionados mediante la
siguiente funcioacuten loacutegica
Si [FS1(k1) = FS1(k2) y FS1(k1) = FS1(k3) y hellip FS1(k1) = FS1(kn)] entonces se identifican los
indicadores (k) correlacionados con este siacutembolo ldquoϯrdquo Esta comparacioacuten se debe realizar con todos
los indicadores [FS1(k1) hasta FS1(kn)]
7 Para cada indicador que se le haya adjudicado un valor FSN se hace la sumatoria de los puntajes
obtenidos en los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS = ObDr + NbPr + NbAt) Si se identificaron
dos indicadores correlacionados en el paso sexto (ϯ) se escoge el que haya obtenido el mayor valor
para la suma de los puntajes de los criterios de seleccioacuten (sumCS)
8 Se calcula CrLc para cada indicador seleccionado multiplicando sumCS WCS Donde WCS es el
ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten
Al final del proceso se realiza una sumatoria de los puntajes obtenidos en cada categoriacutea (ObGt +
NbPr + NbAt + CrLc) Los indicadores que obtengan un puntaje mayor a cero haraacuten parte del CMI
110 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2443 Estudio de caso
La metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores expuesta se utilizoacute con los tres experimentos
evaluados en este trabajo de tesis (Numeral 21) En esta seccioacuten se presentan los resultados y el
procedimiento detallado de seleccioacuten de indicadores para el experimento en tomate (ExTom)
expuesto en el Numeral 211 En la Tabla 2-24 se muestran las variables evaluadas en el
experimento Los meacutetodos utilizados para medir cada variable se pueden ver en la Tabla 4-3 y
Tabla 4-5
Los anaacutelisis estadiacutesticos se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019) Para
todas las variables estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por
medio de graacuteficos boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y
realizando pruebas de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de
la libreriacutea normtest (Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste
para encontrar la transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la
libreriacutea MASS (Ripley et al 2017) Se realizoacute el anaacutelisis de correlacioacuten de Pearson con las ayudas
de origen de R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae
(Mendiburu 2017) se realizoacute el Anova y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey (HSD)
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de caso
Ambiental Social
Indicador crudo Sigla Indicador crudo Sigla
Stock de carbono StockC Rendimiento Yd
pH pH Porcentaje de producto de primera categoriacutea PCat
Conductividad eleacutectrica CE Jornales por ciclo por hectaacuterea JC
Capaciadad de intercambio catioacutenica efectiva CICE Jornales por antildeo por hectaacuterea JA
Foacutesforo disponible en el suelo Pd Indicador de esfuerzo de labor ELB
Densidad aparente Db Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de labor ELB(45)
Capacidad de agua disponible CAD Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos PO
Concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal Ntr-Veg Toxicidad humana HT
Marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo SQSMAF
Indicador de calidad del suelo aditivo simple SQSA Econoacutemica
Indicador de calidad del suelo aditivo ponderado SQWP Costos variables VC
Indicador de calidad del suelo con PCA SQPCA Costos fijos FC
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr Inversioacuten IV
Cantidad de agua por kilogramo producido W-kg Ingresos brutos GI
Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo producido N-kg Ingresos netos NI
Toxicidad de agua dulce FWT Valor presente neto NPV
Toxicidad marina MWT Relacioacuten beneficio costo BC
Eutrofizacioacuten potencial EP Tasa de oportunidad obtenida ORO
Acidificacioacuten potencial AP Tasa interna de retorno IRR
Potencial de calentamiento global potencial GWP Punto de equilibrio por cantidad BPQ
Agotamiento de la capa de ozono OLD Punto de equilibrio por precio BPP
111 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
245 Resultados
Despueacutes de correr la lista de criterios obligatorios a cada indicador crudo (Tabla 2-24) se
definieron como indicadores base de la dimensioacuten ambiental SQPCA S-Pr W-kg N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD (Tabla 2-25) Los indicadores crudos StockC pH CE CICE P Db
CAD y Txt estaacuten agregados en las funciones de calidad del suelo SQSMAF y SQPCA Por tal motivo
se les asignoacute un puntaje de cero para el criterio de redundancia (NoRd) Ntr-Veg no tiene relacioacuten
directa significativa con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) y se le asignoacute un puntaje de cero para
ese criterio (Tabla 2-25) El indicador SQSMAF no presentoacute diferencias significativas
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten obligatorios
(ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt Cuantificable EpIn
Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No redundante y SgDf
Significativamente diferente
Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt
0 - 2 0 oacutea 1 0 - 5 WCS = 05 0 - 2 0 oacutea 1 WCS = 05
Dimensioacuten ambiental Dimensioacuten social StockC 2 1 1 1 0 3 000 Yd 2 1 1 1 1 1 100 050
pH 1 1 1 1 0 0 000 PCat 1 1 1 1 1 0 000
CE 1 1 1 1 0 3 000 JC 2 1 1 1 1 1 100 050
CICE 1 1 1 1 0 2 000 JA 2 1 1 1 0 1 000
P 2 1 1 1 0 0 000 ELB 1 1 1 1 0 1 000
Db 1 1 0 1 0 0 000 ELB(45) 1 1 1 1 1 1 086 043
CAD 2 1 1 1 0 0 000 PO 1 1 1 1 1 1 086 043
Txt 0 0 0 1 0 0 000 HT 2 1 1 1 1 1 100 050
Ntr-
Veg 0 1 1 1 1 2 000 Dimensioacuten econoacutemica
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 000 VC 2 1 1 1 0 1 000
SQPCA 2 1 1 1 1 2 073 036 FC 2 1 1 1 0 0 000
LU 2 1 1 1 1 1 064 032 IV 2 1 1 1 0 0 000
W-kg 2 1 1 1 1 1 064 032 GI 1 1 1 1 0 1 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 064 032 NI 2 1 1 1 1 1 100 050
FWT 2 1 1 1 1 5 100 050 BC 2 1 1 1 1 1 100 050
MWT 2 1 1 1 1 5 100 050 NPV 1 1 1 1 1 1 086 043
EP 2 1 1 1 1 5 100 050 ORO 1 1 1 1 1 1 086 043
AP 1 1 1 1 1 5 091 045 IRR 1 1 1 1 1 1 086 043
GWP 2 1 1 1 1 5 100 050 BPQ 2 1 1 1 1 1 100 050
OLD 1 1 1 1 1 5 091 045 BPP 2 1 1 1 1 0 000
Las convenciones de las variables se pueden apreciar en la Tabla 2-24
En cuanto a la dimensioacuten social los indicadores crudos JA y ELB obtuvieron un puntaje de cero
por ser redundantes con JC y ELB(45) respectivamente De igual forma PCat que no presentoacute
diferencias significativas tambieacuten fue eliminado En esta dimensioacuten continuaron como indicadores
base Yd JC ELB(45) PO y HT En la dimensioacuten econoacutemica los indicadores crudos VC FC IV y
GI estaacuten agregados en las funciones de los indicadores de rentabilidad BC NPV ORO e IRR
112 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
mientras que BPP no presentoacute diferencias significativas por lo que obtuvieron un puntaje de cero
Continuaron como indicadores base NI BC NPV ORO IRR y BPQ (Tabla 2-25)
Una vez se definieron los indicadores base para cada dimensioacuten el siguiente paso fue seleccionar
los indicadores centrales Para esto primero se corrioacute la lista de chequeo de criterios no
obligatorios a todos los indicadores base Se encontroacute que la medicioacuten de estos indicadores es
asequible aunque ninguno estaacute parametrizado por lo que a todos los indicadores se les asignoacute un
puntaje de cero para este criterio En la dimensioacuten ambiental solo los indicadores S-Pr y W-kg son
medidos directamente en campo mientras que N-kg es medido en laboratorio Los demaacutes
indicadores base de esta dimensioacuten se estiman mediante funciones o modelacioacuten En la dimensioacuten
social es necesario hacer mediciones directamente en campo para calcular Yd y JC mientras que
ELB(45) PO y HT se estiman mediante funciones o modelacioacuten Todos los indicadores base se
obtienen a partir de mediciones en campo Dentro de la dimensioacuten ambiental los indicadores base
FWT MWT AP GWP y OLD no tienen una relacioacuten significativa con el objetivo del estudio Lo
mismo sucede para JC ELB(45) PO y HT en la dimensioacuten social El uacutenico indicador crudo que no
es variable entre repeticiones es JC pues todas las unidades experimentales dentro del mismo
tratamiento obtuvieron exactamente el mismo valor para este indicador
El uacutenico indicador considerado que auacuten no se ha utilizado en otros estudios es ELB(45) Al mismo
tiempo el uacutenico indicador elegido de forma participativa es Yd Dentro de los indicadores base se
considera que SQPCA S-Pr W-kg N-kg Yd JC y todos los indicadores econoacutemicos pueden ser
uacutetiles para estimaciones de la sostenibilidad futura SQPCA de la dimensioacuten ambiental y todos los
indicadores de la dimensioacuten econoacutemica excepto NI son funciones de agregacioacuten (Tabla 2-26)
Despueacutes de construir la matriz de correlacioacuten se evidencia que existen correlaciones significativas
y altamente significativas entre un gran nuacutemero de indicadores base en cada dimensioacuten De
acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 2-27 los indicadores ambientales N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD estaacuten correlacionados de una forma significativa y altamente
significativa entre siacute y con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental Estos indicadores
fueron eliminados del proceso dejando en representacioacuten a N-kg pues obtuvo el mayor FS1
Los indicadores S-Pr y W-kg tambieacuten presentaron una correlacioacuten altamente significativa ademaacutes
de correlacionarse de forma equivalente con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental En
este sentido seguacuten la puntuacioacuten obtenida con los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS) siguioacute en el
113 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
proceso S-Pr Con base en esto de los indicadores base de la dimensioacuten ambiental se escogieron
como indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg (Tabla 2-27)
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no obligatorios
principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ Parametrizado MdEd Medido o
estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt Variable entre repeticiones AcTn
Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr Agregado
Indicador
base
Principales NbPr
Alternos NbAt
MdAs PrTz MdEd ObEs VrRt AcTn DsPt PrFu AgVr
0-3 0-2 0 oacute 1 WCS = 02 0-2 0 oacute 1 WCS = 02
Dimensioacuten ambiental SQPCA 3 0 0 2 1 055 011 2 0 1 1 080 016
LU 3 0 2 1 1 064 013 2 0 1 0 060 012
W-kg 3 0 2 1 1 064 013 1 0 1 0 040 008
N-kg 3 0 1 2 1 064 013 1 0 1 0 040 008
FWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
MWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
EP 2 0 0 1 1 036 007 2 0 0 0 040 008
AP 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
GWP 2 0 0 0 1 027 005 2 0 0 0 040 008
OLD 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten social Yd 3 0 2 2 1 073 015 2 1 1 0 080 016
JC 2 0 2 0 0 036 007 2 0 1 0 060 012
ELB(45) 3 0 0 0 1 036 007 0 0 0 0 000 000
PO 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
HT 2 0 0 0 1 036 007 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten econoacutemica NI 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 0 060 012
BC 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
NPV 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
ORO 1 0 2 1 1 045 009 1 0 1 1 060 012
IRR 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
BPQ 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
En la dimensioacuten social los indicadores PO y HT presentaron la misma correlacioacuten entre siacute y con
los demaacutes indicadores de su dimensioacuten HT alcanzoacute un mayor puntaje para sumCS Con base en esto
se seleccionaron como indicadores centrales de la dimensioacuten social Yd JC ELB(45) y HT (Tabla
2-27)
En la dimensioacuten econoacutemica todos los indicadores base presentaron correlaciones altamente
significativas entre ellos El indicador BPQ obtuvo el mayor FS3 por lo que se escogioacute como
indicador central en representacioacuten de toda la dimensioacuten econoacutemica (Tabla 2-27)
Con base en los resultados mostrados en la Tabla 2-27 el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI)
estaacute conformado por los indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg en la dimensioacuten ambiental Yd
114 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
JC ELB(45) y HT en la dimensioacuten social y BPQ en la dimensioacuten econoacutemica Los indicadores
SQPCA Yd S-Pr y BPQ obtuvieron el mayor puntaje (087 086 085 y 085 respectivamente)
mientras que ELB(45) mostroacute la menor puntuacioacuten (06) (Figura 2-2)
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc) NoCv = No
covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de correlacioacuten obtenido
en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis de covarianza en el componente
principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de
covarianza del PCA
Indicador
base Matriz de correlacioacutensect Factores de Seleccioacuten CrLc
Dimensioacuten ambiental
SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD FS1 FS2 FS3 FSN sumCS WCS = 01
SQPCA 039 039 076 072 072 072 072 072 072
035 100 100 100 207 100 010
LU 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 187 100 010
W-kg 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 166
N-kg 076 054 054 095 095 095 095 095 095
016 100 100 100 167 100 010
FWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
MWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
EP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
AP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
GWP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
OLD 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
Dimensioacuten social
Yd JC ELB(45) PO HT
Yd 019 041 077 077
047 100 100 050 253 050 005
JC 019 071 024 024
066 200 200 100 196 100 010
ELB(45) 041 071 070 070
037 200 200 100 122 100 010
PO 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 133
HT 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 147 050 005
Dimensioacuten econoacutemica
NI BC NPV ORO IRR BPQ
NI 100 100 100 100 096
001 000 000
BC 100 100 100 100 096
001 000 000
NPV 100 100 100 100 096
001 000 000
ORO 100 100 100 100 097
001 000 000
IRR 100 100 100 100 097
001 000 000
BPQ 096 096 096 097 097
004 000 004 100 225 100 010
115 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto miacutenimo de
indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten
246 Discusioacuten
Tomando como referencia lo expuesto por Smith y Dumanski (1994) un indicador es una
caracteriacutestica que mide o refleja el estado o condicioacuten de cambio de un sistema Asiacute mismo un
indicador de sostenibilidad agriacutecola es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un conjunto
de variables asociadas a la dimensioacuten ambiental social o econoacutemica de un sistema de produccioacuten
agriacutecola que se establece(n) como referente para informar sobre el funcionamiento de ese
sistemardquo (de Olde et al 2016c) Un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de
distancia al objetivo es decir mide la distancia entre los valores reales o predichos y el valor de
referencia (que en este caso representa el valor con que se logra la mayor sostenibilidad)
La seleccioacuten de indicadores es un proceso que involucra anaacutelisis tanto cualitativos como
cuantitativos No obstante como lo sugiere Waas et al (2014) aunque los indicadores pueden ser
cuantitativos (nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos
sean transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida Con el procedimiento
expuesto en este trabajo se tratoacute de reducir al maacuteximo el nivel de subjetividad asociada a la
seleccioacuten de indicadores cualitativos No obstante es muy difiacutecil eliminar totalmente la
subjetividad del proceso de seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola pues se deben
tomar decisiones muy relacionadas con la experiencia de los investigadores La primera eleccioacuten
subjetiva que se realiza es el peso o ponderador que se le asigna a cada grupo de criterios de
00
02
04
06
08
10
HT JC Yd ELB(45) N-kg SQPCA S-Pr BPQ
Social Ambiental Econoacutemica
Pu
nta
je
Dimensioacuten - Indicador
ObGt NbPr NbAt CrLc
116 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
seleccioacuten En este trabajo se considera que los criterios obligatorios tienen un mayor peso por lo
que se les asignoacute un WCS de 05 (escala 0 a 1) (Tabla 2-25) mientras que a los criterios no
obligatorios principales y alternos se les asignoacute un WCS de 02 a cada uno y al criterio de
correlacioacuten un WCS de 01 Podriacutea haber un consenso en el que se afirme que los criterios
obligatorios son maacutes importantes que los no obligatorios la pregunta es iquestcuaacutel valor de WCS se debe
asignar a cada criterio de seleccioacuten Es evidente que los criterios obligatorios tienen una mayor
importancia pues si no se cumple alguno de ellos el indicador queda eliminado del proceso
inmediatamente por lo que deben ser revisados con mayor detalle
La segunda eleccioacuten subjetiva es el puntaje asignado a algunos criterios de seleccioacuten Por ejemplo
definir si un indicador tiene una relacioacuten significativa o altamente significativa con el objetivo de
sostenibilidad podriacutea tener varios puntos de vista Determinar si un indicador tiene o no relacioacuten
con el objetivo de sostenibilidad tambieacuten puede generar una gran discusioacuten A este respecto Bell y
Morse (2008) Bockstaller et al (2009) y Parris y Kates (2003) establecen que falta consenso sobre
cuaacuteles indicadores incluir en los anaacutelisis de sostenibilidad existiendo una amplia diversidad de
enfoques
Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores estaacute disentildeada para que el proceso de seleccioacuten
subjetiva se vaya diluyendo a medida que se va avanzando de indicadores crudos a indicadores
base e indicadores centrales Al incluir anaacutelisis estadiacutesticos y criterios de seleccioacuten absolutos
(sino) se disminuye el grado de subjetividad
Como se evidencioacute en este trabajo generalmente se miden muchos indicadores pero muchos son
redundantes y correlacionados La eleccioacuten de indicadores mediante una matriz y un algoritmo de
correlacioacuten permite seleccionar los indicadores con el mayor peso estadiacutestico evitando la
redundancia en el anaacutelisis Asiacute mismo el procedimiento de seleccioacuten da mayor importancia a
aquellos indicadores que sean funciones de agregacioacuten pues un solo indicador explica el
comportamiento de todas las variables que conforman la funcioacuten
Desde una perspectiva teacutecnica un indicador es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un
nuacutemero de variables relacionado con un valor de referencia que da sentido a los valores que
toman las variablesrdquo (Pinteacuter et al 2012 Singh et al 2012 Rigby et al 2000) En ese sentido un
indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Ninguno de los indicadores base
117 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estaba parametrizado es decir ninguno teniacutea ese punto de referencia Al no estar parametrizados
el nivel de sostenibilidad de los indicadores se debe realizar en teacuterminos de la comparacioacuten entre
los tratamientos evaluados El nivel de sostenibilidad se define con base en un referente dentro del
mismo experimento no con base en referentes externos En ese sentido se debe definir si el mayor
nivel de sostenibilidad se asocia con un mayor o menor nivel del indicador
Escoger solo los indicadores que muestran diferencias significativas entre los tratamientos
evaluados elimina ruido al anaacutelisis Trabajar con indicadores que tienen la misma importancia para
todos los tratamientos de un experimento solo incrementa el trabajo pero no aporta informacioacuten
sobre las diferencias que se quieren identificar entre los tratamientos Esto es maacutes evidente en aacutereas
pequentildeas como parcela o unidad experimental A esta escala indicadores asociados a poliacuteticas
gubernamentales o macroeconoacutemicas no ejerceriacutean un efecto diferencial entre los tratamientos en
evaluacioacuten por lo que no deberiacutean ser consideradas
Aunque la metodologiacutea propuesta en este estudio promueve una menor subjetividad en el proceso
de seleccioacuten de indicadores se debe seguir reconociendo que las definiciones de sostenibilidad asiacute
como la seleccioacuten de indicadores variacutean con los enfoques contextos y expectativas de los
investigadores (Bell y Morse 2008 Gasparatos 2010)
247 Conclusiones
El proceso de seleccioacuten de indicadores inicioacute con la evaluacioacuten de 40 indicadores crudos 21
ambientales ocho sociales y once econoacutemicos Al finalizar el proceso se redujeron a ocho
indicadores centrales tres ambientales (N-kg SQPCA S-Pr) cuatro sociales (HT JC Yd y ELB(45))
y uno econoacutemico (BPQ) Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso proceso
con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos al mismo tiempo promueve
una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos matemaacuteticos Al
utilizar esta metodologiacutea se incrementa la probabilidad de que todas las variables ambientales
sociales y econoacutemicas medidas en el experimento esteacuten representadas en el conjunto miacutenimo de
indicadores Ademaacutes se aumenta la posibilidad de que los indicadores centrales seleccionados
evaluacuteen con mayor confiabilidad la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Se espera que esta
metodologiacutea sea viable y ampliamente utilizada en instrumentos de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola
118 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten
de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos
Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
31 Resumen
Existe un considerable nuacutemero de herramientas orientadas a la evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola adaptadas a diferentes escalas geograacuteficas de medicioacuten (global nacional regional yo
finca) En la literatura revisada no se encontroacute ninguna evaluacioacuten enfocada a evaluaciones a una
menor aacuterea geograacutefica es decir hacia la comparacioacuten de parcelas o unidades experimentales a las
cuales se les aplican tratamientos de investigacioacuten Como aporte se propone la Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo
(MSEAS) En este estudio se construye MSEAS haciendo una revisioacuten de los indicadores
ambientales sociales y econoacutemicos con posibilidad de uso y se define un uacutenico iacutendice de
sostenibilidad (IS) Se recopilaron 47 indicadores para la dimensioacuten ambiental distribuidos en
cuatro atributos calidad del suelo (12) relacioacuten suelo-planta (17) relacioacuten suelo-agua (9) y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera (9) Para la dimensioacuten social ocho indicadores seguridad alimentaria (2)
generacioacuten de empleo (2) y salud humana (4) Para la dimensioacuten econoacutemica 11 indicadores
egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) y rentabilidad (6) De los tres iacutendices (meacutetodos de
agregacioacuten) evaluados suma ponderada de indicadores (ISS) producto de indicadores ponderados
(ISP) y funcioacuten multicriterio (ISλ) ISP se define como el maacutes idoacuteneo pues limita el poder de
compensacioacuten entre indicadores e iacutendices cuando estos son iguales a cero y mantiene el rango de
IS entre 0 y 1 cuando estos son mayores a 0 MSEAS es una herramienta de apoyo a la toma de
decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan sostenibles son los
diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos de campo
Palabras clave calidad del suelo relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-
atmoacutesfera indicadores de sostenibilidad iacutendice de sostenibilidad
119 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
32 Abstract
There are many established agricultural sustainability assessment tools in use at global regional
and farm geographical scales To date however there is no known assessment of their ability to
define the most sustainable cropping system at the plot-level or experimental unit geographical
scale Furthermore despite the environmental and social importance of soil in the agricultural
systems many of the sustainability assessments use very few or no indicators related to soil
properties or processes In that sense we propose the tool MSEAS (Sustainability Assessment
Methodology to Soil-Associated Agricultural Experiments) In this work MSEAS is constructed
making a review of the environmental social and economic indicators that could be utilized and
defining a single sustainability index (IS) The environmental dimension included 47 indicators
distributed in four subdimensions soil quality (12) soil-plant (17) soil-water (9) and soil-
atmosphere (9) Social dimension included eight indicators food security (2) employment
generation (2) and human health (4) For the economic dimension 13 indicators were collected
costs (2) investment (1) incomes (2) profitability (6) and crop management (2) for a total of 118
indicators From the three indices (aggregation methods) evaluated weighted sum of indicators
(ISS) product of weighted indicators (ISP) and multi-criterion function (ISλ) ISP is defined as the
most appropriate because it limits the compensation power between indicators and indices when
they are equal to zero and maintains the range of IS between 0 and 1 as long as they are higher than
0 This study provides an adaptable and quantifiable methodology for the evaluation of agricultural
sustainability on a plot or EU scale which will serve as a starting point for use with real
experiments
Key words soil quality soil-plant soil-water soil-atmosphere sustainability indicators
sustainability index
33 Introduccioacuten
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
antropogeacutenicas entre otros que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Este recurso es la base
de diversos servicios esenciales de provisioacuten regulacioacuten cultura y apoyo (Adhikari y Hartemink
120 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2016) ademaacutes de condicionar la produccioacuten agriacutecola A pesar de esto muchas de las evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados con sus propiedades o
procesos (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) Incluso en
algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten de un nuacutemero muy reducido de indicadores (p ej
Van Asselt et al 2014) existiendo la posibilidad de no incluir ninguno relacionado con el suelo en
el proceso de seleccioacuten
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan a traveacutes de herramientas que mediante el
uso de indicadores comparan diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de
produccioacuten agriacutecola (de Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015
Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et al 2014) Generalmente estaacuten orientadas a evaluar la
sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten que ya estaacuten en marcha (pej Goacutemez-Limon y
Riesgo 2009 Van Asselt et al 2014) En la literatura no se encuentran instrumentos de anaacutelisis de
sostenibilidad orientados hacia nuevas alternativas de produccioacuten es decir hacia la definicioacuten de
cuaacutel de los meacutetodos o teacutecnicas agriacutecolas evaluados mediante experimentacioacuten cientiacutefica es la maacutes
sostenible A este respecto Deytieux et al (2016) mencionan que deberiacutea evaluarse la
sostenibilidad agriacutecola tanto para sistemas de produccioacuten en curso como para nuevas alternativas
desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
Algo que tienen en comuacuten las herramientas actuales de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es
la medicioacuten y estimacioacuten de variables el anaacutelisis a traveacutes de indicadores y la manera como los
resultados son interpretados a traveacutes de iacutendices Este esquema permite el monitoreo del sistema
identificando de forma temprana aquellos procesos que pueden salirse de los liacutemites o umbrales
permitidos (de Olde et al 2016a) A manera de contextualizacioacuten y como se abordaraacute en este
estudio un iacutendice es un valor cuantitativo construido a partir de un conjunto combinado de
indicadores que permite hacer comparaciones entre diferentes sistemas mientras que un indicador
es la representacioacuten de un atributo de un sistema mediante una variable o un conjunto de variables
agregadas en una funcioacuten cuantitativa que relacionan su valor con un valor de referencia (Waas et
al 2014) Es decir un iacutendice se construye a partir de indicadores y un indicador se construye a
partir de variables Esto aplica para todas las herramientas independiente de la escala geograacutefica a
la cual estaacute dirigida
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue construir la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
121 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
34 Materiales y Meacutetodos
La construccioacuten de MSEAS incluye las siguientes actividades 1) hacer una revisioacuten y recopilar la
mayor cantidad de indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a
escala de parcela o unidad experimental La dimensioacuten ambiental se enfatiza en las caracteriacutesticas
del suelo 2) proponer un meacutetodo de seleccioacuten de indicadores a partir del cumplimiento secuencial
de criterios (Numeral 23) 3) evaluar diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y
agregacioacuten por medio de simulaciones y 4) escoger un uacutenico iacutendice de evaluacioacuten de la
sostenibilidad de los tratamientos evaluados en los experimentos
341 Revisioacuten y tipos de indicadores
Inicialmente se hace una revisioacuten de los indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de
sostenibilidad a escala de parcela o unidad experimental partiendo de lo expuesto en el Numeral
167 y se sugieren nuevos indicadores acorde con esta propuesta metodoloacutegica
El objetivo de esta revisioacuten es tener una base de referencia para elegir los indicadores que seguacuten
los criterios de seleccioacuten (Numeral 23) y las condiciones propias de los experimentos son los maacutes
idoacuteneos para ser incluidos dentro del anaacutelisis de sostenibilidad
Para facilitar la medicioacuten y estimacioacuten de indicadores especialmente sociales y econoacutemicos se
debe construir un inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada
tratamiento Este inventario es vital para utilizar MSEAS y se realiza a partir de la recoleccioacuten de
los datos de la explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra)
342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores
En MSEAS la seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores se hace a partir de lo expuesto en el
Numeral 23
La parametrizacioacuten es la definicioacuten de los valores paraacutemetros umbrales o rangos ideales para un
indicador en particular es decir cual valor o dentro de cual rango se obtiene la mayor
sostenibilidad posible para el indicador considerado Estos paraacutemetros se establecen para definir
122 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuan alejado estaacute el valor real (obtenido mediante medicioacuten u observacioacuten directa o estimacioacuten) del
umbral que genera la mayor sostenibilidad
343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
Existen diversos meacutetodos para medir iacutendices En este trabajo se buscoacute definir un meacutetodo que
condujera a un uacutenico iacutendice que permitiera definir cuantitativamente (0 a 1) cuaacutel de los
tratamientos evaluados presenta el mayor nivel de sostenibilidad Es asiacute como se analizaron
diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten que mediante comparaciones y
simulaciones permitieron seleccionar los maacutes idoacuteneos
3431 Teacutecnicas de normalizacioacuten evaluadas
Debido a que los indicadores son usualmente medidos en diferentes unidades la normalizacioacuten o
transformacioacuten de los datos en variables adimensionales es un requisito previo para el proceso de
agregacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) En ese
sentido se evaluaron las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten o estandarizacioacuten expuestas por
Freudenberg (2003)
Desviacioacuten estaacutendar desde la media asume una distribucioacuten normal (media de 0 y desviacioacuten
estaacutendar 1) Los valores normalizados pueden ser positivos o negativos (Ecuacioacuten 22)
Vacute =v minus vx
Ds Ecuacioacuten 22
Doacutende Vacute = Valor normalizado v = valor observado a normalizar vx = promedio de todos los
valores observados y Ds = Desviacioacuten estaacutendar
Distancia desde el maacuteximo los valores de todos los indicadores normalizados variacutean entre un
rango adimensional de 0 a 1 donde 0 representa el peor valor del indicador (el menos sostenible) y
1 el mejor (el maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 23)
Vacute =v
MA Ecuacioacuten 23
123 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Donde MA = valor maacutes sostenible del conjunto de datos (puede ser el mayor o el menor valor
seguacuten la naturaleza del indicador)
Distancia desde la media donde el valor observado medio se le asigna un valor normalizado de 1
y a los demaacutes valores observados se les asignan valores dependiendo de su distancia a la media
Los valores superiores a 1 sugieren que el indicador supera el promedio (Ecuacioacuten 24)
Vacute =v
vx Ecuacioacuten 24
Distancia desde el mejor y peor valor donde el valor normalizado estaacute en relacioacuten con el valor
observado maacuteximo y miacutenimo Los valores normalizados toman valores entre 0 (menos sostenible)
y 1 (maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 25)
Vacute =v minus vmin
vmax minus vmin Ecuacioacuten 25
Donde vmin = valor observado miacutenimo y vmax = valor observado maacuteximo
Escala categoacuterica donde a cada valor observado se le asigna un puntaje ya sea cuantitativo (p
ej entre [1hellip n] ngt 1) o cualitativo (alto medio bajo) dependiendo de si su valor estaacute por encima
o por debajo de un umbral dado
3432 Asignacioacuten de ponderadores a los indicadores centrales
La ponderacioacuten despueacutes de la seleccioacuten de los indicadores es el paso que maacutes influye en el
resultado final de la evaluacioacuten de sostenibilidad ya que dependiendo de la teacutecnica utilizada los
resultados pueden diferir Las teacutecnicas de asignacioacuten de ponderadores a los indicadores se pueden
dividir en positivas y normativas (OECD-JRC 2008) Las teacutecnicas positivas o endoacutegenas son
aquellas que utilizan procedimientos estadiacutesticos sin incluir opiniones de expertos o juicios de
valor Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas intentan asignar diferentes pesos a los indicadores como
una funcioacuten de la opinioacuten de expertos asumiendo la sostenibilidad como una construccioacuten social
(Baush et al 2014 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
124 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3433 Teacutecnicas de agregacioacuten evaluadas
Para evaluar cuantitativamente el nexo entre las diferentes dimensiones de la sostenibilidad es
necesario tener en cuenta que estas dimensiones no son independientes sino que estaacuten
interconectadas entre siacute (Giampietro et al 2014) Se han establecido paraacutemetros cuantificables de
comparacioacuten entre la sostenibilidad de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola y estos
generalmente se agregan en iacutendices o indicadores compuestos (Schader et al 2014 Singh et al
2012 Bockstaller et al 2009)
En general un valor de agregacioacuten o valor agregado es un uacutenico valor representativo de un amplio
conjunto de valores arbitrarios relacionados (Pollesch y Dale 2015) Una funcioacuten de agregacioacuten es
la operacioacuten matemaacutetica que asigna los valores de entrada al valor de salida representativo o
ldquoagregadordquo (Pollesch y Dale 2015) Existen diferentes teacutecnicas de agregacioacuten cuya diferencia
radica en el tipo de funcioacuten y en el grado de compensacioacuten que utiliza (total parcial o nula)4
Para determinar cuaacutel es el IS que mejor representa la realidad a traveacutes de simulaciones de un rango
de posibles respuestas que se presentariacutean en la realidad se evaluaron las tres teacutecnicas de
agregacioacuten expuestas por Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez (2010)
Suma ponderada de indicadores es una regla de agregacioacuten ponderada lineal la cual representa
la compensacioacuten total entre indicadores La Ecuacioacuten 26 muestra la expresioacuten de agregacioacuten
ISS = sum Wk times Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 26
Doacutende ISS = Iacutendice de sostenibilidad para suma ponderada Wk = Peso asociado (ponderador) al
indicador k e Ik = Valor normalizado del indicador k Al utilizar este meacutetodo (aditivo) se aplica el
supuesto de independencia preferencial de los indicadores lo cual implica que hay compensacioacuten
total entre ellos y que independiente de su valor esta es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza
2011)
4 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de un indicador poco sostenible con
el de otro maacutes sostenible
125 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Producto de indicadores ponderados Este representa la compensacioacuten parcial entre indicadores
Su expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27
ISP = prod IkWk
k=n
k=1
Ecuacioacuten 27
Este meacutetodo (multiplicativo) tambieacuten implica la compensacioacuten entre indicadores aunque en este
caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten del valor de los
indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa lo
mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011)
Funcioacuten multi-criterio Se basa en la distancia al punto ideal Se define por la Ecuacioacuten 28
donde el paraacutemetro de compensacioacuten (120582) fluctuacutea de 0 a 1 afectando el grado de compensacioacuten
entre indicadores Se consideran cinco valores del paraacutemetro de compensacioacuten (120582 = 000 025
050 075 y 100) equivalentes a cinco IS los cuales resultan en los tres grados de compensacioacuten
mencionados a) compensacioacuten total (120582 = 1) b) varios grados de compensacioacuten parcial (0 lt 120582 gt 1)
y c) compensacioacuten nula (120582 = 0)
ISλ = (1 minus λ) lowast [Mink(Wk lowast Ik)] + λ lowast sum Wk lowast Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 28
Donde Mink(Wk Ik) = valor miacutenimo ponderado y normalizado para el conjunto de indicadores
Se evaluaron todos los meacutetodos mediante simulaciones y con base en los resultados se sugirioacute el
maacutes idoacuteneo para ser utilizado en MSEAS con valores reales de campo Para realizar las
simulaciones se asumieron las tres dimensiones de la sostenibilidad (Ik) cada una con tres
diferentes posibles valores asiacute I1 = 000 033 y 100 I2 e I3 = 010 03 y 100 Cada posible
combinacioacuten de Ik se contrastoacute con un vector de ponderacioacuten (Wk) con cuatro combinaciones de
factores (W1 W2 y W3) = (033 033 033) (01 01 08) (01 08 01) (08 01 01) A cada
valor de Wk se le asignoacute un valor de Ik construyendo finalmente cuatro escenarios cada uno con
27 combinaciones IkWk (Tabla 3-1)
126 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten Simulacioacuten 1 Simulacioacuten 2 Simulacioacuten 3 Simulacioacuten 4
Wk
W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 033 033 033 01 01 08 01 08 01 08 01 01
Ik
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1
00 - 03 03 - 03 10 - 03 00 - 01 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 00 - 03 03 - 01 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 01
10 - 03 00 - 03 03 - 03 10 - 01 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 01
I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3
I2
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3
I3
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
35 Resultados y discusioacuten
351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial
en MSEAS
3511 Indicadores de la dimensioacuten ambiental
En esta propuesta los indicadores ambientales giran en torno al recurso suelo y su relacioacuten con los
demaacutes sistemas del medio ambiente dando como resultado cuatro atributos calidad del suelo
relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada
atributo se obtienen a partir de las variables medidas en campo o laboratorio del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141) yo de la estimacioacuten mediante funciones o modelacioacuten En
cuanto a esto uacuteltimo se utiliza la metodologiacutea de anaacutelisis de ciclo de vida (LCA por sus siglas en
ingleacutes Life Cicle Assessment) (Guineacutee et al 2004) (Numeral 4143)
Atributo Calidad del suelo
En la literatura se evidencian dificultades para hacer la seleccioacuten de indicadores que realmente
representen la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola pues es faacutecil caer en el error
de emplear cualquier propiedad fiacutesica quiacutemica o bioloacutegica del suelo como indicador para este
propoacutesito Tambieacuten pueden evaluarse indicadores asociados con otro tipo de sistemas que no
127 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
aportan informacioacuten directa a la evaluacioacuten de la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola
cuyo objetivo como ya se ha mencionado es hacer comparaciones cuantitativas entre diferentes
sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola es decir entre formas de
cultivar Por otro lado aunque las estrategias evaluadas impacten directamente sobre el suelo
muchas de las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados
con sus propiedades (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) En
esta revisioacuten se encontroacute que se miden muy pocos indicadores relacionados con las propiedades
fiacutesicas del suelo aun cuando se evaluacutean por ejemplo sistemas diferenciales de manejo del agua
(pej Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) e incluso en algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten
de un nuacutemero muy reducido de indicadores existiendo la posibilidad de que en esta seleccioacuten no se
tenga en cuenta ninguacuten indicador relacionado con el suelo (pej van Asselt et al 2014)
La calidad de los suelos determina la sostenibilidad agriacutecola (Acton y Gregorich 1995) y como
consecuencia la salud de las plantas de los animales y de los humanos (Haberern 1992) Larson y
Pierce (1991) argumentan que la medicioacuten de la calidad del suelo en agricultura no deberiacutea
limitarse a los objetivos de productividad pues esto contribuye a aumentar su degradacioacuten Cuando
el manejo del suelo se centra en la sostenibilidad en lugar de simplemente en el rendimiento del
cultivo un iacutendice de calidad del suelo puede considerarse como un indicador primario de su
manejo sostenible (Zornoza et al 2015 Andrews 2002 Doran 2002) En muchas publicaciones
relacionadas con sostenibilidad agriacutecola se hace referencia a la calidad del suelo Sin embargo es
comuacuten que no se utilice un iacutendice o funcioacuten de agregacioacuten de propiedades que la determine sino
que se hace referencia a soacutelo una o unas pocas propiedades que se incluyen dentro del conjunto de
caracteriacutesticas de su calidad (pej Nambiar et al 2001) La calidad del suelo no se puede medir de
manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de un conjunto miacutenimo de
caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica del suelo y su relacioacuten
con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) Pero la definicioacuten de
indicadores de calidad del suelo se complica por la necesidad de considerar las muacuteltiples funciones
del suelo y la integracioacuten de sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas las cuales definen esas
funciones y generan una imagen holiacutestica de su calidad (Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992 de Paul Obade y Lal 2016)
En la Tabla 3-2 se muestran 11 indicadores de calidad del suelo que podriacutean utilizarse dentro de
los anaacutelisis de sostenibilidad y que por medio de un solo indicador dariacutean una visioacuten global de las
caracteriacutesticas del suelo y su relacioacuten con los sistemas de produccioacuten agriacutecola
128 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Indicador de calidad del suelo
de Doran y Parkin SQDP
El objetivo de este indicador es hacer la evaluacioacuten de la calidad del suelo en
teacuterminos de produccioacuten sostenible (produccioacuten de alimentos y resistencia a la
erosioacuten) calidad ambiental (calidad del agua y del aire) y salud humana y animal (calidad de alimentos) (Doran y Parkin 1994)
Indicador general de calidad
del suelo GISQ
Permite la evaluacioacuten de la calidad del suelo y facilita la identificacioacuten de
problemas a traveacutes de los valores individuales de cada subindicador y sus 54 variables Ademaacutes permite monitorear del cambio a traveacutes del tiempo y puede
guiar la implementacioacuten de tecnologiacuteas de restauracioacuten de suelos (Velasquez et
al 2007)
Indicador de calidad del suelo - SMAF
SQSMAF
Este marco de referencia mide el impacto del manejo del suelo sobre sus
funciones a traveacutes de tres pasos seleccioacuten de indicadores interpretacioacuten de
indicadores e integracioacuten en un iacutendice (Andrews et al 2004)
Indicador de calidad del suelo
de Karlen Karlen-SQI
Es un marco de referencia para evaluar la calidad del suelo basado en el
concepto de sistema como apoyo a la toma de decisiones Se utiliza para cuantificar los cambios en la calidad del suelo o comparar factores como
rendimiento a corto plazo vs sostenibilidad a largo plazo o la erosioacuten hiacutedrica
frente a la percolacioacuten profunda de sustancias quiacutemicas (Karlen y Scott 1994)
Indicador de calidad del suelo aditivo simple
SQSA Mukherjee y Lal (2014) compararon tres meacutetodos matemaacuteticos para determinar
la calidad del suelo encontrando que los tres son uacutetiles para calcular SQI Se
utilizan tres paraacutemetros clave de la relacioacuten suelo - planta capacidad de desarrollo de la raiacutez capacidad de almacenamiento de agua y capacidad de
suministro de nutrientes y estos son comparados con el rendimiento del cultivo
(Mukherjee y Lal 2014)
Indicador de calidad del suelo
aditivo ponderado SQW
Indicador de calidad del suelo
modelado estadiacutestico SQPCA
Rangos de respuesta RR
Los rangos de respuesta se utilizan para comparar sistemas de produccioacuten de
forma pareada Bai et al (2018) lo utilizaron para evaluar diferentes meacutetodos y sistemas de produccioacuten en Europa y China
Herramienta de evaluacioacuten del funcionamiento bioloacutegico del
suelo
Biofunctool
Es una manera de evaluar la calidad del suelo basaacutendose en un conjunto de indicadores funcionales de baja tecnologiacutea (efectivos en costo y tiempo asiacute
como faacuteciles de usar) que se pueden medir directamente en el campo
(Thoumazeu et al 2019) Se basa en las funciones del suelo propuestas por Kiblewhitte (2008) Mantenimiento de la estructura ciclo de nutrientes y
transformacioacuten del carbono
Mapa Biogeoquiacutemico BioMap Esta aproximacioacuten considera al suelo como un sistema vivo en el cual la calidad del suelo se puede evaluar a partir de la biodiversidad de la biomasa en tiempo
real (Higueras et al 2019)
Indicador de calidad del suelo
a partir de PLSR SQPLSR
Es un meacutetodo de anaacutelisis de datos estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal muacuteltiple el anaacutelisis de
correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de modelado de regresioacuten que estudia muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con variables dependientes individuales o muacuteltiples (p
ej manejo uso profundidad etc) (Xing et al 2020)
Atributo Relacioacuten suelondashplanta
En cuanto al atributo relacioacuten suelondashplanta se recopilaron 17 indicadores agrupados en
propiedades fiacutesicas de la relacioacuten suelondashplanta con dos indicadores propiedades y composicioacuten
quiacutemica de la relacioacuten suelondashplanta con diez indicadores y relacioacuten suelondashmanejo del cultivo con
siete indicadores (Tabla 3-3) Este atributo es el maacutes grande lo cual tiene sentido si se tiene en
cuenta que en el contexto agriacutecola todas las propiedades y caracteriacutesticas del suelo afectan el
129 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
crecimiento y desarrollo de la planta ya sea directamente (como en este atributo) o indirectamente
(como en los demaacutes atributos)
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Propiedades fiacutesicas del suelo - planta
Absorcioacuten de agua por la raiacutez RWU Las plantas utilizan las raiacuteces para anclaje respiracioacuten y absorcioacuten de agua y
nutrientes La libre expansioacuten de las raiacuteces en el suelo es vital para el
desarrollo de toda la planta La PE que estaacute ligada a otras propiedades fiacutesicas
del suelo puede modificar la arquitectura de la raiacutez en funcioacuten de aspectos
limitantes a dicha profundidad como la pedregosidad niveles freaacuteticos
superficiales capas endurecidas etc
Profundidad efectiva Pe
Propiedades y composicioacuten quiacutemicas del suelo - planta Reaccioacuten del suelo pH La disponibilidad de nutrientes para la planta estaacute ligada directamente al pH
del suelo elementos como el foacutesforo por ejemplo tienden a inmovilizarse
en pHs aacutecidos o alcalinos limitando su disponibilidad para la planta
(Marschner y Rengel 2012) El pH estaacute relacionado tambieacuten con la inhibicioacuten de la elongacioacuten de las raiacuteces y con toxicidad por exceso de Al
(Lynch et al 2012)
Acidez intercambiable Al+H
Conductividad eleacutectrica CE
La CE es una medida de la concentracioacuten de sales en la solucioacuten del suelo
en donde ciertos niveles pueden inhibir la absorcioacuten de agua por las raiacuteces de
las plantas (Neumann y Roumlmheld 2012)
Nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+) N Dentro de los factores que intervienen directamente en el desarrollo de las
plantas estaacute el suministro de nutrientes esenciales El suministro de estos nutrientes estaacute directamente relacionado con su concentracioacuten y
disponibilidad en el suelo con el equilibrio dinaacutemico entre ellos y con la
relacioacuten con otros factores de crecimiento como agua y clima (Engels et al 2012)
Foacutesforo disponible en el suelo Pd
Potasio K
Calcio Ca
Magnesio Mg
Elementos menores ElMn
Sodio Na
El exceso de sodio puede afectar la capacidad de retencioacuten de agua
disponible para la planta la penetracioacuten de raiacuteces (Qadir y Oster 2004) y
generar desbalances nutricionales (Qadir y Schubert 2002)
Suelo - Manejo del cultivo
Relacioacuten elemento - produccioacuten Elto-kg Es la cantidad requerida del elemento (p ej N P o K) para producir un kg
del producto cosechado
Cobertura del suelo CS Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Balance de N P o K NPKBal
Es la diferencia entre la cantidad de N P o K aplicada y la acumulada en el
cultivo (plantas) por unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad de N P o K
que se libera al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Relacioacuten suelo - productividad S-Pr Determina la cantidad de aacuterea requerida para producir un kilogramo del producto cosechado
Consumo de agua por kilogramo
producido W-kg
Determina la cantidad de agua requerida para producir un kg del producto
cosechado
Atributo Relacioacuten suelo-agua
El manejo del agua es vital en las actividades agriacutecolas y es un detonante de impacto ambiental
positivo o negativo Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es
el agua (Marschner 2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de
130 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
nutrientes si el agua es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es
fundamental para producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha
convertido en una gran preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015) Por
otro lado en condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes como nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente comparado con la emitida en condiciones
naturales (Yao et al 2012)
Se recopilaron nueve indicadores distribuidos en dos grupos movimiento del agua en el suelo con
cinco indicadores y contaminacioacuten de aguas superficiales y profundas desde el suelo con cuatro
indicadores (Tabla 3-4)
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Movimiento del agua en el suelo Saturacioacuten de agua SA
Dado que solo una pequentildea cantidad de agua se almacena en las plantas
cultivadas es el suelo el que se encarga de almacenarla en sus poros y asiacute
mantener la transpiracioacuten de la planta Pero esa capacidad de almacenamiento no es igual para todos los suelos por ende es necesario conocer sus caracteriacutesticas
con miras a un correcto plan de manejo (Ritchie 1981)
Capacidad de campo CC
Punto de marchitez
permanente PMP
Infiltracioacuten In
Escorrentiacutea Esc
La escorrentiacutea tiene relacioacuten directa con la erosioacuten en zonas de ladera por
cuanto el flujo superficial de agua generalmente lleva consigo partiacuteculas de suelo
Contaminacioacuten aguas superficiales y profundas desde el suelo
Lixiviacioacuten de nitratos L-NO3 Las emisiones de nitratos y fosfatos a las aguas superficiales y profundas
ademaacutes de generar peacuterdidas a los agricultores puede generar problemas ambientales como eutrofizacioacuten Lixiviacioacuten de fosfatos L-PO4
Eutrofizacioacuten potencial EP Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos produciendo un aumento de ciertas especies como algas que reduciraacute la concentracioacuten de
oxiacutegeno del medio siendo una amenaza para la biodiversidad (Audsley 2003)
Ecotoxicidad acuaacutetica EtA Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas (plaguicidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los ecosistemas acuaacuteticos (Audsley 2003)
Atributo Relacioacuten suelondashatmoacutesfera
Desde el suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) monoacutexido de
dinitroacutegeno (N2O) y amoniaco (NH3) que son importantes gases de efecto invernadero (Oertel et
al 2016) sin embargo los sistemas agriacutecolas intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo
aumentando la cantidad de estas emisiones En la Tabla 3-5 se muestran nueve indicadores
asociados al impacto que el manejo del suelo tiene sobre la atmoacutesfera y a su vez sobre el clima
131 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Potencial de calentamiento global PCG
El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea de radiacioacuten
teacutermica y en consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento global) (Audsley 2003)
Emisiones de amoniaco (NH3) NH3 La agricultura genera el 84 de las emisiones mundiales N2O (Smith et al 2008) y al mismo tiempo este gas tiene 298 veces maacutes potencial
de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013) Seguacuten Audsley
(2003) el 3 del total de N aplicado al suelo se libera en forma de NH3
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno (N2O) N2O
Emisiones de oacutexidos de nitroacutegeno NOx
Acidificacioacuten potencial AP Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera donde puede combinarse con otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de
lluvia aacutecida (Audsley 2003)
Agotamiento de la capa de ozono OLD La capa de ozono actuacutea como filtro de la radiacioacuten ultravioleta UV-B
3512 Indicadores de la dimensioacuten social
Esta dimensioacuten se enfatiza en tres atributos sociales seguridad alimentaria generacioacuten de empleo
y salud humana Los indicadores de la dimensioacuten social no abordan poliacuteticas gubernamentales o
caracteriacutesticas sociales que variacuteen dependiendo de la regioacuten o estado En el contexto del aacuterea
geograacutefica de MSEAS (parcela o unidad experimental) estas poliacuteticas o caracteriacutesticas tendriacutean la
misma influencia sobre todos los sistemas (tratamientos) a comparar y no habriacutea un impacto
diferencial sobre los mismos Estas poliacuteticas no generariacutean efecto en el anaacutelisis de sostenibilidad
Se asume que en los datos plasmados en el inventario del sistema productivo estaacuten impliacutecitas las
caracteriacutesticas sociales del lugar donde se desarrolla el experimento y que los resultados estaraacuten
dirigidos principalmente a productores de ese lugar de estudio Se recopilaron ocho indicadores
correspondientes a tres atributos seguridad alimentaria con dos indicadores generacioacuten de empleo
con dos indicadores y salud humana con cuatro indicadores (Tabla 3-6) Todos los indicadores se
pueden estimar a partir del inventario del sistema productivo (Numeral 4141)
3513 Indicadores de la dimensioacuten econoacutemica
Para estimar los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica es vital el inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) pues este permite calcular todos los ingresos y egresos de la
operacioacuten productiva No es posible realizar el anaacutelisis financiero del sistema productivo sin estos
datos A partir de los datos de costos (egresos) y ventas (ingresos) y por medio de un anaacutelisis
financiero de proyectos se obtienen todos los indicadores que para este caso fueron 11 divididos
en cuatro atributos egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) rentabilidad (6) (Tabla 3-7)
132 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd El rendimiento es la cantidad total producida por unidad de aacuterea por ciclo de
produccioacuten Este indicador es uno de los pilares de la seguridad alimentaria
(Rosegrant y Cline 2003 Godfray et al 2010) y la sostenibilidad intensiva (GRabowski et al 2018) la cual exige maacutes y mejores alimentos con menor uso de
espacio (Rockstroumlm et al 2017) Una mayor produccioacuten del producto cosechado
dentro de las categoriacuteas mas altas de calidad fomenta un mayor flujo de dinero al sistema de produccioacuten por ende mayor sostenibilidad
Calidad categoacuterica del producto QCat
Calidad nutricional del producto QNtr Una mayor produccioacuten del producto cosechado con alto valor nutricional promueve
un mayor bienestar entre los consumidores
Generacioacuten de empleo
Jornales por ciclo por hectaacuterea JC Cantidad de personas en horario laboral completo (8 horas diarias de trabajo) que se
requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado
Jornales por antildeo por hectaacuterea JA Cantidad de personas que se requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado en un antildeo calendario
Salud humana
Indicador de esfuerzo de labor ELB
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador
Indicador de alto y maacuteximo
esfuerzo de labor ELB(45)
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos PO
Los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) reaccionan con compuestos orgaacutenicos volaacutetiles estos
pueden ser perjudiciales para la salud humana
Toxicidad humana HT Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas que se encuentran en el ambiente
sobre los humanos
3514 Parametrizacioacuten de indicadores Definicioacuten de umbrales o valores de
referencia
Un indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Como se mencionoacute anteriormente
un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de distancia al objetivo es decir mide la
distancia entre los valores reales o predichos de la variable y el valor de referencia (que representa
el valor con que se logra la sostenibilidad) Aunque los indicadores pueden ser cuantitativos
(nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos sean
transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida (Waas et al 2014)
A diferencia de la calidad del aire y del agua la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo
estaacuten escasamente definidas Esta deficiencia puede atribuirse a la definicioacuten difusa de la calidad
del suelo acentuada por la dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad
espacial (de Paul Obade y Lal 2016) Esta situacioacuten dificulta la parametrizacioacuten pues no es claro
133 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuaacutel es el rango oacuteptimo para muchos de los indicadores Con base en esto los valores de referencia
de los indicadores utilizados en MSEAS se definen de dos formas primero a partir de lo
establecido para la zona y especie cultivada por ejemplo pH = 58 - 65 y segundo mediante la
comparacioacuten de los sistemas (tratamientos) evaluados definiendo previamente si es mejor cuanto
mayor o menor sea Posteriormente se comparan los valores obtenidos para todos los tratamientos
infiriendo que el de mejor comportamiento (mayor o menor) ha alcanzado el mayor valor de
sostenibilidad para ese indicador en particular
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Egresos Costos variables VC Son los gastos que cambian con la actividad de la empresa o proyecto
Costos fijos FC Son costos que no variacutean con el volumen de ventas o los ingresos
Inversioacuten
Inversioacuten IV Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos Ingresos brutos GI Son los ingresos de la actividad financiera sin descontar los costos
Ingresos netos NI Son los ingresos de la actividad financiera descontando los costos
Rentabilidad
Valor presente neto NPV Permite determinar si una inversioacuten se maximiza cuando es positivo o se reduce cuando es negativo
Relacioacuten beneficio costo BC
Determina cuantos pesos se recuperan por cada peso invertido Si es gt
1 habraacute ganancias si es lt 1 habraacute perdidas y si es = 1 solo se recupera la inversioacuten
Tasa de intereacutes de oportunidad OIR Es la rentabilidad miacutenima que se le debe exigir al proyecto para renunciar a un uso alternativo
Tasa interna de retorno IRR Es la tasa de intereacutes que ofrece una inversioacuten Debe ser mayor a la
ofrecida por la banca
Punto de equilibrio por cantidad BPQ Cantidad del producto vendido donde las ventas igualan exactamente
los costos
Punto de equilibrio por precio BPP Precio del producto vendido donde las ventas igualan exactamente los costos
352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten
seleccionados para definir un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
3521 Eleccioacuten del meacutetodo de normalizacioacuten
Despueacutes de comparar los resultados de la evaluacioacuten de las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten
(Figura 3-1) para MSEAS se utilizaraacute la teacutecnica de distancia desde el maacuteximo (N2) Esto debido a
134 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las teacutecnicas de desviacioacuten estaacutendar desde la media (N1) y distancia desde la media (N3)
generan valores por fuera del rango establecido (0 a 1) El meacutetodo de distancia desde el mejor y
peor valor (N4) le asigna un valor de 0 al menor valor observado Esto puede generar
inconvenientes con el meacutetodo de agregacioacuten pues el cero implica insostenibilidad absoluta lo que
en la realidad puede no darse con los valores observados mas bajos En cuanto a la teacutecnica de
escala categoacuterica que no se muestra en la Figura 3-1 se descartoacute porque su uso requiere
establecer umbrales para las variables a normalizar y esto no es posible en todos los casos ademaacutes
se busca un meacutetodo estaacutendar que se pueda utilizar con todas las variables y valores observados
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten estaacutendar
desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94
3522 Eleccioacuten del meacutetodo de asignacioacuten de ponderadores
Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas requieren la realizacioacuten de encuestas para conocer la opinioacuten
de expertos Para esto es necesario 1) definir el nuacutemero miacutenimo viable y confiable
(estadiacutesticamente hablando) de expertos a contactar 2) disentildear la encuesta 3) contar con el tiempo
de los expertos que responderiacutean y los investigadores que la realizariacutean y 4) analizar los resultados
Esta teacutecnica se aplica bien a estudios a gran escala cuyos resultados impacten una poblacioacuten
considerable A escala de parcela o unidad experimental puede resultar muy dispendioso e incluso
inviable llevar a cabo este procedimiento
-200
-150
-100
-050
000
050
100
150
200
250
94 96 100 100 103 105 105 107 109 110 112 112 113 115 118 122 127 128 129 140
N
v
N1 N2 N3 N4
135 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Teniendo en cuenta que uno de los objetivos de MSEAS es su facilidad de aplicacioacuten de las dos
teacutecnicas de ponderacioacuten maacutes utilizadas normativas o positivas se escogioacute la teacutecnica positiva o
endoacutegena por su confiabilidad y facilidad de operacioacuten
Para definir los ponderadores se escogioacute el Anaacutelisis de Componentes Principales acorde a lo
expuesto por Rossi et al (2009) quienes sugieren que la suma de las coordenadas cuadradas de un
indicador k en cada vector propio (λj) multiplicada por los porcentajes de variabilidad total (fj)
explicados por cada componente principal (PC) se usa como factor de ponderacioacuten o
ponderador (Wk) para calificar los indicadores (Ecuacioacuten 29)
Wk = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 29
A cada atributo le corresponde un Wk que seraacute el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo Cuanto maacutes alto es Wk maacutes importante es la contribucioacuten del
atributo
3523 Eleccioacuten del meacutetodo de agregacioacuten
El comportamiento de ISP e ISλ000 con las cuatro posibles formas de ponderacioacuten evidencia que
siempre que al menos uno de los Ik es 0 independiente del valor de Wk el resultado es cero
(Figura 3-2 Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) Si se fija I1 = 0 para cualquier valor de I2 e I3
los iacutendices ISP e IS120582000 son iguales a 0 sin importar el valor de Wk (Figura 3-2)
Si I1 = I2 = I3 = 1 y la ponderacioacuten es dividida en partes iguales (W1 W2 y W3 = 033) entonces
ISS = ISP = ISλ100 = 1 mientras que ISλ000 que aplica una compensacioacuten nula da como resultado
033 (Figura 3-2) Con respecto a las teacutecnicas multicriterio no compensatorias (ISλ000) Munda
(2005) sugiere su empleo para la elaboracioacuten de iacutendices de sostenibilidad a traveacutes de los cuales no
se permite que indicadores con valores bajos se compensen con aquellos que presentan valores maacutes
altos asiacute se dariacutea validez al concepto de sostenibilidad ldquofuerterdquo que implica la imposibilidad de
sustituir el efecto de un indicador por otro (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) No obstante
asumiendo que cuantitativamente 0 corresponde a insostenible y 1 corresponde al mayor grado de
136 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibilidad los resultados de las simulaciones sugieren que ni en condiciones ideales es decir
cuando se alcanza la mayor sostenibilidad del sistema que se esteacute evaluando ISλ000 seraacute igual a 1
Maacutes aun los resultados tienden a aproximarse maacutes a cero que a uno (033 en este caso) sugiriendo
que el o los sistemas tienden a ser insostenibles lo cual no es un reflejo de los valores de entrada
en este escenario
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los iacutendices de
sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
A diferencia de lo mostrado por ISP e IS120582000 los iacutendices ISS e IS120582100 que generan exactamente el
mismo resultado tienden a compensar (enmascarar) el efecto de indicadores con valores cercanos
o iguales a cero pues al ser I1 = 0 ISP = IS120582000 = 0 mientras que ISS = IS120582100 = 066 09 09 y 02
para W1-2-3 = (033 033 033) (Figura 3-2) W1-2-3 = (01 01 08) (Figura 3-3) W1-2-3 = (01
08 01) (Figura 3-4) y W1-2-3 = (08 01 01) (Figura 3-5) respectivamente En este caso se
observa el efecto de la compensacioacuten ldquototalrdquo entre indicadores pues con ninguna de las
combinaciones de ponderacioacuten ISS e ISλ100 dan como resultado cero Este hecho evidencia el
poder de compensacioacuten que tienen estos dos iacutendices en donde si un atributo o dimensioacuten obtiene
un valor de cero esta seraacute enmascarada por otra con mayor valor Esto implica por ejemplo que
cualquier conflicto ambiental se puede solucionar con una compensacioacuten econoacutemica
Evidentemente esto es lo opuesto al concepto multidimensional e integrado de sostenibilidad ya
que valores altos de una determinada dimensioacuten podriacutean enmascarar valores bajos o nulos de otra
00
02
04
06
08
10
01
0
03
3
10
0
01
0
03
3
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0
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3
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0
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3
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0
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01
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3
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0
01
0
03
3
10
0
01
0
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3
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0
01
0
03
3
10
0
010 033 100 010 033 100 010 033 100
000 033 100
IS
Ik
ISS ISP ISλ000 ISλ025 ISλ050 ISλ075 ISλ100
I3
I2
I1
137 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sin que el IS refleje tales diferencias (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En ese sentido Goacutemez-
Limoacuten y Arriaza (2011) indican que asumir una compensacioacuten total entre indicadores se asocia al
concepto de sostenibilidad ldquodeacutebilrdquo la cual implica la posibilidad de sustituir el efecto de un
indicador por otro
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Siempre que I1 = I2 = I3 = 1 independiente de cualquier combinacioacuten de Wk ISP = 1 (Figura 3-2
Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) ISP tambieacuten aplica la compensacioacuten entre indicadores
aunque en este caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten
del valor de los indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se
incrementa lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y
Arriaza 2011)
A excepcioacuten de ISP e ISλ000 se aprecia que IS aumenta proporcionalmente con el incremento de Ik
y Wk Este incremento se acentuacutea cuando a I1 = 0 le corresponde Wk = 01 (Figura 3-3 y Figura
3-4) En la Figura 3-5 se puede evidenciar que cuando a I1 = 0 le corresponde el mayor Wk (08)
todos los IS son muy bajos incrementaacutendose a medida que I1 aumenta a 033 y finalmente a 1
00
02
04
06
08
10
01
0
03
3
10
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138 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Al analizar los niveles intermedios de compensacioacuten (ISλ025 ISλ050 e ISλ075) se aprecia que ISλ
toma valores maacutes altos a medida que el grado de compensacioacuten se incrementa En ese sentido
utilizar valores intermedios de compensacioacuten antildeade subjetividad al estudio pues es necesario
definir el valor y argumentar muy bien esa decisioacuten Teniendo en cuenta que el objetivo de este
anaacutelisis es disminuir el grado de subjetividad inherente a los anaacutelisis de sostenibilidad y en este
caso especiacutefico al meacutetodo de agregacioacuten de indicadores atributos o dimensiones en un uacutenico
iacutendice de sostenibilidad no se recomienda ninguacuten valor de compensacioacuten parcial intermedio dentro
de la funcioacuten multicriterio como iacutendice uacutenico de sostenibilidad Cabe aclarar que el proceso de
agregacioacuten hace referencia a atributos o dimensiones pues el meacutetodo aplica para ambos casos
Con base en estos resultados se considera que la teacutecnica de producto de indicadores ponderados
(ISP) es la que mejor representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la
que mejor se ajusta a los requerimientos de MSEAS debido a que la misma ecuacioacuten representa la
compensacioacuten total parcial y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores A medida que el valor de un atributo o dimensioacuten toma valores extremos
aproximaacutendose a 0 o 1 lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y
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139 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Arriaza 2011) Esto implica que un Ik que tiene un gran peso es decir un W alto genera un alto
grado de compensacioacuten pero si alguacuten Ik obtiene un valor de cero que indicariacutea que estaacute por fuera
del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute insostenible
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
36 Conclusiones
Este estudio proporciona una metodologiacutea 1) adaptable a experimentos asociados a actividades de
manejo del suelo con diversas caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten y 2)
cuantificable ya que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un
iacutendice cuantitativo MSEAS evaluacutea la sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad
experimental mediante el anaacutelisis de un conjunto de indicadores ambientales sociales y
econoacutemicos seleccionados a partir de una lista de criterios claros y estructurados MSEAS permite
identificar cuaacutel de los tratamientos evaluados en experimentos orientados a actividades agriacutecolas
con impacto en el suelo son los maacutes sostenibles Las salidas de MSEAS son interpretadas a traveacutes
del valor cuantitativo de un iacutendice de sostenibilidad Por lo tanto MSEAS es una herramienta de
apoyo a la toma de decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan
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140 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibles son los diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos De esta forma se podraacute
aumentar la confiabilidad y viabilidad de aplicacioacuten de los resultados que seraacuten compartidos con
los agricultores
141 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales
41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de
un cultivo de tomate frente a la aplicacioacuten de cinco
mezclas de fertilizantes
411 Resumen
En investigacioacuten orientada a actividades agriacutecolas asociadas al suelo generalmente los mejores
tratamientos son definidos a traveacutes de las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis
estadiacutestico de variables como rendimiento Especiacuteficamente en tomate se han llevado a cabo una
considerable cantidad de experimentos que buscan aumentar el rendimiento del cultivo y cuyos
resultados se abordan desde el enfoque teacutecnico ambiental econoacutemico o mediante la combinacioacuten
de un par de estos factores pero no desde el equilibrio entre las dimensiones ambiental econoacutemica
y social es decir desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Con base en esto se utilizoacute la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) con un experimento en donde se midioacute la respuesta del tomate ante la aplicacioacuten
de cinco tratamientos de fertilizacioacuten en presiembra control quiacutemico (ChC) control orgaacutenico
(OrC) mezcla 1 ldquoorgano-mineralrdquo (Mx1 - 2575) mezcla 2 (Mx2 ndash 5050) y mezcla 3 (Mx3 ndash
7525) Se encontroacute que a excepcioacuten de OrC que obtuvo el mas bajo rendimiento no se
presentaron diferencias significativas entre los tratamientos para esta variable Sin embargo
aplicando la metodologiacutea MSEAS se evidencia que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos
sigue esta secuencia ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC que es inversamente proporcional a la
cantidad de abono orgaacutenico aplicado Con este trabajo se evidencia que no siempre los tratamientos
que generan un mayor rendimiento o utilizan abonos orgaacutenicos promueven una mayor
sostenibilidad
Palabras clave anaacutelisis de ciclo de vida fertilizacioacuten organo-mineral sostenibilidad agriacutecola
tomate bajo invernadero
142 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
412 Abstract
In research-oriented to soil-associated agricultural activities generally the best treatments are
defined through the significant differences that result from the statistical analysis of variables such
as yield Specifically in tomato an important amount of experiments have been carried out to
improve the fertilization process and whose results are approached from the technical
environmental economic or by mixing a couple of these factors but not from the balance between
the environmental economic and social dimensions ie from the production system
sustainability Based on this the sustainability assessment methodology oriented to soil-associated
agricultural experiments (MSEAS) was used with an experiment where the tomato response to the
application of five fertilization treatments was measured chemical control (ChC) organic control
(OrC) mix 1 organic-mineral (Mx1 - 2575) mix 2 (Mx2 - 5050) and mix 3 (Mx3 - 7525) It
was found that except for OrC there were no significant differences between the treatments for
yield indicator However applying the MSEAS methodology it is evident that the sustainability
level of the treatments follows this sequence ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC wich is inversely
proportional to the amount of organic fertilizer applied With this work it is evident that the
treatments that generate higher yield do not always promote at the same time higher sustainability
at the production system
Key words agriculture sustainability greenhouse tomato life cycle assessment organic-mineral
fertilization
413 Introduccioacuten
El tomate (Solanum lycopersicum L) es la principal hortaliza cultivada bajo el sistema de
agricultura protegida en Colombia (Monsalve et al 2011) con 2870 ha para el antildeo 2017
(Agronet 2017) Aunque el desarrollo de este sistema productivo ha permitido incrementar los
rendimientos y proteger los cultivos de las inclemencias del clima (Bojacaacute et al 2009 Jaramillo
2009) la produccioacuten de esta hortaliza afronta permanentemente otra serie de riesgos Factores
como la constante variacioacuten de los rendimientos debida a la heterogeneidad en las praacutecticas de
manejo generan incertidumbre sobre la rentabilidad real del cultivo (Monsalve et al 2011)
143 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La nutricioacuten es un complejo proceso que involucra 16 elementos esenciales asiacute como otros
elementos que pueden ser tanto beneacuteficos como toacutexicos para el metabolismo de la planta (Passam
et al 2007) De estos elementos entre 12 y 14 se suministran a traveacutes del proceso de fertilizacioacuten
En Colombia la aplicacioacuten de fertilizantes en tomate bajo condiciones protegidas se realiza
mediante mezclas soacutelidas y fertirriego cuyas foacutermulas de fertilizacioacuten se adaptan para tal fin Los
productores generalmente realizan una correccioacuten de nutrientes con fertilizantes soacutelidos al inicio
del ciclo de produccioacuten (fertilizacioacuten presiembra) junto con la preparacioacuten del suelo (Bojacaacute et
al 2014) Algunas veces la fertilizacioacuten presiembra se complementa con enmiendas orgaacutenicas
principalmente gallinaza (compost de estieacutercol de gallina) y aproximadamente un mes despueacutes
inicia la fertilizacioacuten de mantenimiento a traveacutes del sistema de riego (fertirriego) Los fertilizantes
mezclas y dosis utilizadas por los productores tanto en la fertilizacioacuten de fondo como en la de
mantenimiento son muy variados y su eleccioacuten depende de su propio criterio y algunas veces de la
asesoriacutea de personas externas (Bojacaacute et al 2014)
Una considerable cantidad de trabajos de investigacioacuten se han desarrollado para mejorar el proceso
de fertilizacioacuten del cultivo de tomate en Colombia cuyo objetivo es recomendar el mejor
tratamiento para su aplicacioacuten en campo (pej Pentildea et al 2013 Cano-Betancur et al 2011
Balaguera-Loacutepez et al 2009) Es comuacuten que esta recomendacioacuten se base en los resultados de unas
cuantas variables generalmente asociadas a la dimensioacuten ambiental y algunas veces a la dimensioacuten
econoacutemica pero no se hacen sobre la base de la interaccioacuten y el equilibrio entre las dimensiones
ambiental social y econoacutemica es decir a partir de la sostenibilidad del sistema (p ej Gu et al
2018 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018 Wang et al 2018 Hosiny et al
2017)
Dado que el objetivo de la investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten la calificacioacuten de
un tratamiento como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola las cuales se han ido adoptando en el mundo pues incorporan e integran la perspectiva de
las tres dimensiones o enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1998) que incluye
la viabilidad econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017)
Se han desarrollado una serie de aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos
de evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones
cuantitativas entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola
(De Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar
144 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2014 Peano et al 2014) En este trabajo de tesis se desarrolloacute una metodologiacutea enfocada en una
menor escala de parcela o de unidad experimental denominada MSEAS (Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo)
(Numeral 3) que permite a traveacutes de un iacutendice cuantitativo conocer el nivel de sostenibilidad de
los diferentes tratamientos evaluados en experimentos relacionados con actividades agriacutecolas de
impacto en el suelo es decir labranza riego y fertilizacioacuten principalmente
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue comparar cinco tratamientos de fertilizacioacuten
combinada oacuterganica y mineral presiembra en un cultivo de tomate y mediante el uso de MSEAS
(Numeral 3) encontrar el tratamiento que genera la mayor sostenibilidad del sistema
414 Materiales y Meacutetodos
4141 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo a escala de parcela o unidad experimental
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 211
En anaacutelisis ambientales como el de ciclo de vida (LCA) es vital la construccioacuten del inventario del
sistema productivo que es una recopilacioacuten y cuantificacioacuten de las entradas y salidas del sistema
Con este inventario se determinan las cantidades de cada insumo o recurso utilizado en el sistema y
su relacioacuten con las salidas (cosechas) Esto se obtiene a partir de la recoleccioacuten de los datos de la
explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra) Con esta informacioacuten y
mediante una serie de funciones y factores de transformacioacuten se estima el impacto que genera
sobre el ambiente producir un kg o tonelada de producto cosechado
Al incluir el costo de los insumos de la mano de obra e informacioacuten sobre los precios de venta del
producto cosechado el inventario del sistema productivo tambieacuten genera informacioacuten sobre
ingresos y egresos Con esta informacioacuten se pueden calcular indicadores financieros como costos
variables y fijos relaciones beneficio costo puntos de equilibrio entre otros Asiacute mismo con los
datos de cantidad de mano de obra requerida en cada componente del sistema productivo el
inventario del sistema productivo permite calcular indicadores sociales como jornales por hectaacuterea
y antildeo esfuerzo de labor toxicidad humana entre otros
145 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Uno de los requisitos de MSEAS es la construccioacuten del inventario del sistema productivo
mediante el cual se obtiene la informacioacuten para estimar algunos indicadores ambientales y sociales
y todos los indicadores econoacutemicos
El inventario del sistema productivo estaacute constituido por la base de datos de insumos (Tabla 4-1) y
de datos de campo (Tabla 4-2) A partir de estas dos bases de datos se realizan los caacutelculos de uso
de recursos en el sistema productivo
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Variable Fertilizantes Pesticidas Materiales Combustibles
Nombre Geneacuterico
Comercial
Tipo Mineral orgaacutenico o
enmienda
Insecticida fungicida
bactericida acaricida
herbicida adyuvante o
bioloacutegico
Madera acero plaacutestico
caucho entre otros Gasolina gas
electricidad carboacuten
Composicioacuten ()
Molecular (pej NO3- o
P2O5) y elemental (p ej
N o P)
Ingrediente activo (IA) P ej PVC polietileno
poliestireno NA
Presentacioacuten kg L bulto 50kg bulto25
kg etc L kg 250cc 500g etc Rollo caja kg lb etc Unidad seguacuten tipo
Costo
Seguacuten presentacioacuten
g o cc ($gFr) g o cc ($gPst) kg ($kgMtr) Seguacuten unidad
($UMCmb)
Los combustibles hacen referencia a las fuentes de energiacutea
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema productivo La
informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento individualmente
Variable SGL Descripcioacuten
Aacuterea experimental Localizacioacuten Loc Coordenadas geograacuteficas de la ubicacioacuten del experimento Altitud Alt Metros sobre el nivel delm mar
Tratamientos Trats Cantidad de tratamientos evaluados
Repeticiones Reps Cantidad de repeticiones por tratamiento
Unid Experimentales UE Cantidad de unidades experimentales UE = Trats Reps
Salario miacutenimo SMMV Valor del salario miacutenimo mensual vigente para el antildeo en el cual se realizoacute el estudio Valor de hora laborada $HLb Valor de la hora laborada $HLb = SMMV HLbM
Horas laboradas por diacutea HLbD Cantidad de horas establecidas legalmente de labor diaacuteria
Horas laboradas por mes HLbM Cantidad de horas establecidas legalmente de labor mensual Precio venta categoriacutea 1 $1Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad primera
Precio venta categoriacutea 2 $2Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad segunda
Precio venta categoriacutea 3 $3Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad tercera Precio venta categoriacutea 4 $4Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad cuarta
Tratamientos
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica para cada parcela o UE
146 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten
Tratamiento Trat Nombre o abreviacioacuten del tratamiento
Repeticioacuten Rep Nombre o abreviacioacuten de la repeticioacuten del tratamiento evaluado
Descripcioacuten Dscr Descripcioacuten del tratamiento significado de la abreviacioacuten
Aacuterea UE ArUE Aacuterea de cada UE en m2
Densidad Dsd plantas m-2
Siembra FcSbr Diacutea de la siembra o trasplante
Fin de ciclo FnCcl Fecha del final del ciclo de cultivo Es igual al diacutea de la uacuteltima cosecha
Tiempo de ciclo TmCcl Duracioacuten del ciclo de cultivo en diacuteas Fin de ciclo menos siembra
Inclinacioacuten terreno IncTrr Inclinacioacuten del terreno 1 - Plano (Pln) 2 - Inclinado (Inc) 3 - Muy inclinado (Min)
Tipo de produccioacuten TpPr 1 - Convencional 2 - Limpio (BPA) 3 - Orgaacutenico
Tipo de ensamble TpEs 1 - Suelo 2 - Sustrato 3 - Hidroponiacutea 4 - Aeroponiacutea
Tipo de riego TpRg 1 - Aspersioacuten 2 - Goteo 3 - Fertirrigacioacuten 4 - No utiliza
Tipo de cubierta TpCb 1 - Campo abierto 2 - Invernadero 3 - Techo plaacutestico
Tutorado Ttrd Usa tutorado Si - S No - N
Acolchado plaacutestico PCAl Usa acolchado plaacutestico Si - S No - N
Agua
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcAga Fecha en que se realizoacute la aplicacioacuten de agua ya sea para riego fertirrigacioacuten o MIP
Tipo TpAga Tipo de riego realizado 1 - Irrigacioacuten (solo agua) 2 - Fertirrigacioacuten (agua maacutes solucioacuten nutritiva) 3 - Foliar (aplicacioacuten de pesticidas o fertilizantes foliares)
Caudal Cdl Cantidad de agua (L) requerida para hacer un minuto de riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar (L min-1)
Tiempo TmAga Tiempo (h) utilizado en riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar
Cantidad CtAga Cantidad (L) de agua utilizada para el riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar en la UE CtAga (L m-2) = [(Cdl 60) TmAga] Aacuterea (m2) de la UE
Fertilizantes
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcFr Fecha de la fertilizacioacuten Si se mezcloacute maacutes de un fertilizante en la misma aplicacioacuten se debe registrar cada
producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtFr Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Soacutelida 2 - Fertirrigacioacuten 3 - Foliar
Tipo TpFr Tipo de fertilizante 1 - Mineral 2 - Orgaacutenico 3 - Enmienda
Producto PrFr Nombre geneacuterico o comercial del producto aplicado
Grado Grd Porcentaje () de los nutrientes incluidos en el fertilizante (como se reporta en el producto comercial)
Grado elemental GdElm
Porcentaje () del nutriente en forma elemental Cuando se presenta en forma molecular en el producto
comercial Por ejemplo un fertilizante reporta 15 de NO3 iquestcuaacutento N realmente contiene
GdElm (N) = [Grd(N) PM (N)] PM (NO3) = (15 14g) 60g = 35 de N PM = Peso molecular
Dosis fertilizante DsFr Dosis del fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
Dosis del elemento ElmFr Dosis del elemento en el fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
ElmFr = DsFr GdElm
Costo fertilizante $Fr Costo ($) de los g o cc del fertilizante aplicado por m2 $Fr = $gFr DsFr (a)
Costo elemento $Elm Costo ($) de la cantidad del elemento del fertilizante aplicado (ElmFr) por m2
$Elm = $Fr GrdElm
Pesticidas
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcPst Fecha de la aplicacioacuten del producto Si se mezcloacute maacutes de un producto en la misma aplicacioacuten se debe registrar
cada producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtPst Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Foliar 2 - Inyeccioacuten
Tipo TpPst Tipo de producto aplicado 1 - Insecticida 2 - Fungicida 3 - Bactericida 4 - acaricida 5 - Herbicida 6 -
Adyuvante 7 - Bioloacutegico
Ingrediente activo IA Nombre del ingrediente activo del producto aplicado
Producto PrPst Nombre comercial del producto aplicado
Porcentaje de IA IA Porcentaje () de IA presente en el producto aplicado
Grupo quiacutemico GqIA Grupo quiacutemico al que el IA del producto pertenece
Dosis producto DsPst Dosis del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
Dosis del IA IAPst Dosis del IA del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
IAPst = DsPst IA
Costo $Pst Costo ($) de la cantidad del producto aplicado (DsPst) por m2 $Pst = $gPst DsPst (a)
Costo $IA Costo ($) de la cantidad de IA del producto aplicado (IAPst) por m2
147 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten $IA = $Pst IA
Combustibles
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpCmb Tipo de combustible 1 - Gasolina 2 - Gas 3 - Electricidad 4 ndash Carboacuten
Producto PrCmb Nombre geneacuterico o comercial del combustible utilizado
Cantidad CtCmb Cantidad del combustible seguacuten unidad de medida por m-2
Costo $Cmb Costo ($) de la cantidad (seguacuten unidad) del combustible utilizado por m2 $Mtr = $UMCmb CtCmb (a)
Materiales
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpMtr Tipo de material 1 - Madera 2 - Acero 3 - Poliviniol cloruro 4 - Polietileno 5 - Poliestireno 6 - Caucho entre
otros
Producto PrMtr Nombre geneacuterico o comercial del material utilizado
Cantidad CtMtr Cantidad del material en kg m-2
Costo $Mtr Costo ($) de la cantidad (kg) del material utilizado por m2 $Mtr = $kgMtr CtMtr (a)
Fuerza laboral
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcLb Fecha de realizacioacuten de la labor
Actividad IDActLb Identificacioacuten de la actividad llevada a cabo con base en lo expuesto en (b)
Grado de esfuerzo de
labor GE Grado de esfuerzo de labor seguacuten la escala de esfuerzo de labor expuesta en (b)
Tiempo TmLb Horas dedicadas a la actividad por UE No son las horas utilizadas por persona sino el total de horas empleadas por el nuacutemero total de trabajadores que realizaron la actividad
Costo $Lb Costo ($) de la labor $Lb = $HLb TmLb
Cosecha
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcCos Fecha de la cosecha
Cosecha total TtCos Cantidad total cosechada (kg UE-1) en cada FcCos
Categoriacuteas total CatCos Cantidad de primera (1Cat) segunda (2Cat) etc recolectada (kg UE-1) en cada FcCos
Cosecha m2 m2Cos Cantidad total cosechada en kg m-2 m2Cos = TtCos ArUE
Categorias m2 m2Cat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg m-2 P ej m21Cat = 1CatCos ArUE
Cosecha hectaacuterea haCos Cantidad total cosechada en kg ha-1 haCos = m2Cos 10000
Categorias hectaacuterea haCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg ha-1 P ej ha1Cat = m21Cat 10000
Cosecha planta PltCos Cantidad cosechada en kg planta-1 PltCos = m2Cos Dsd
Categorias planta PltCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg planta-1 P ej Plt1Cat = m21Cat Dsd
Porcentaje categorias Cat Porcentaje cosechado de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat P ej 1Cat = (m21Cat m2Cos) 100
Venta $Cos Ingresos obtenidos por la venta del producto cosechado por hectaacuterea $Cos = ($1Cat ha1Cat) hellip + ($4Cat
ha4Cat)
SGL Sigla (a) Tabla 4-1 (b) Numeral 23 Tabla 2-18
Se construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada uno de
los tres experimentos expuestos en el Numeral 21 ExTom (Numeral 211) ExPtSp (Numeral
212) y ExPtRo (Numeral 213) A manera de ejemplo ilustrativo y debido a que la informacioacuten
es muy extensa en este apartado se muestran algunos datos de insumos y de campo para el
experimento ExTom (Numeral 211) Este ejemplo permite definir la forma de recoleccioacuten y
diligenciamiento de toda la informacioacuten recolectada en campo para cada experimento
Dependiendo del objetivo del estudio que se lleve a cabo se puede abordar el inventario de uno o
varios componentes del sistema con un mayor o menor grado de detalle En este trabajo el
objetivo de los experimentos ExTom y ExPtSp es hacer comparaciones entre tratamientos de
148 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fertilizacioacuten Los pesticidas materiales y combustibles utilizados fueron los mismos para todos los
tratamientos La informacioacuten de estos componentes se abordoacute de forma global principalmente para
hacer evaluaciones financieras
4142 Seleccioacuten de indicadores centrales
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS El cual divide los
indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemico) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
4143 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten ambiental
Dentro de la dimensioacuten ambiental se seleccionan indicadores que muestran el impacto del manejo
del suelo y del sistema de cultivo sobre el ecosistema como un todo es decir sobre la biota el
agua la atmoacutesfera los humanos y se hace eacutenfasis en el recurso suelo Con base en esto y de
acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos calidad del suelo relacioacuten
suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada atributo se
obtuvieron de las variables medidas en campo del inventario del sistema productivo (Numeral
4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment - LCA) que
permite cuantificar el impacto ambiental de los productos desde su origen como materia prima
hasta su final como residuo (Kucukvar et al 2014 Antoacuten 2004) Para el LCA se siguieron las
directrices de ISO 14040 (ISO 2006a b) a traveacutes de tres fases fase 1) inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) fase 2) medicioacuten del impacto ambiental (ISO 2006a) en esta fase
se evaluaron las diferentes entradas y salidas dentro de los efectos ambientales tambieacuten llamadas
ldquoCategoriacuteas de Impactordquo (en este estudio corresponden a indicadores) y fase 3) interpretacioacuten de
los resultados (ISO 2006b) Se utilizaron los meacutetodos de caracterizacioacuten basal de la CML (Guineacutee
et al 2004) Todos los consumos de recursos y las emisiones se refirieron a una unidad funcional
de masa de un kg de tomates comerciales frescos El liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue
desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de la granja es decir un LCA de cuna a
puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten Los procesos de fondo incluyeron la
149 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent
V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
Dentro de la dimensioacuten ambiental se evaluaron 10 indicadores crudos distribuidos en los atributos
calidad del suelo (SQSMAF SQSA SQWP y SQPCA) relacioacuten suelo-planta (S-Pr W-kg y N-kg)
relacioacuten suelo-agua (FWT MWT y EP) y relacioacuten suelo-Atmoacutesfera (AP GWD OLD) de los
cuales seis se estimaron mediante LCA (FWT MWT EP AP GWP y OLD) Los demaacutes
indicadores se midieron en laboratorio o fueron estimados mediante ecuaciones de acuerdo con lo
expuesto en la Tabla 4-3
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Calidad del suelo
Marco de referencia de
evaluacioacuten del manejo
del suelo
SQSMAF --- 0 - 1
Acorde a lo planeteado por Andrews (2004) Se evaluaron las propiedades pH CE P
CAD Da y CO Se asignoacute un puntaje a cada propiedad y unidad experimental usando los
algoriacutetmos de SMAF en una hoja de excel
Indicador de calidad del
suelo aditivo simple SQSA --- 0 - 1
Siguiendo el meacutetodo planteado por Amacher et al 2007 y evaluado por Mukherjee y Lal
(2014) SQSA se midioacute a partir de las propiedades pH CE CICE P AD CAD Da CO y
StockC
Indicador de calidad del
suelo aditivo ponderado SQWP --- 0 - 1
Acorde a lo planteado por Mukherjee y Lal (2014) Se evaluaron las mismas propiedades
de SQSA
Indicador de calidad del
suelo con PCA SQPCA --- 0 - 1
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se usa para crear un conjunto miacutenimo de
datos y evitar la redundancia de los datos Se llevoacute a cabo de acuerdo con lo expuesto por
Mukherjee y Lal (2014) con las mismas variables de SQSA
Relacioacuten suelo-planta
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr m2 kg-1 MNM
Ecuacioacuten 30
Consumo de agua por
kilogramo W-kg L kg-1 MNM
Ecuacioacuten 31
Consumo de nitroacutegeno por
kilogramo N-kg g kg-1 MNM
Ecuacioacuten 32
Relacioacuten suelo-agua
Toxicidad de agua dulce FWT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 33
Toxicidad marina MWT kg 14-DB eq MNM Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas acuaacuteticos fi n = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental
n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley 2003) Se estimoacute mediante LCA
Eutrofizacioacuten potencial EP kg PO43- eq MNM
Ecuacioacuten 34
S minus Pr = 1 m2
kg Producto
w minus kg =L agua aplicados mminus2
kg producidos mminus2
N minus kg = g N mminus2
kg Producto mminus2
F(M)WT = sum TAPin x fi n x mi
i n
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
150 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Doacutende vi = cantidad de moles de N o P en una moleacutecula del compuesto i M = masa
molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la degradacioacuten
de las algas Ae = cantidad de moles de N o P contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004) Se puede estimoacute mediante LCA
Relacioacuten suelo-Atmoacutesfera
Acidificacioacuten potencial AP kg SO2 eq MNM
Ecuacioacuten 35
Doacutende ηSO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que pueden ser potencialmente
producidos por un kg de substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2 (kg mol-
1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) (Heijungs et
al 2012) Se estimoacute mediante LCA
Potencial de calentamiento
global potencial GWP kg CO2 eq MNM
Ecuacioacuten 36
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la
concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3) y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen
en el denominador (Heijungs y Guineacutee 2012) Se estimoacute mediante LCA
Agotamiento de la capa de
ozono OLD kg CFC-11 eq MNM
Ecuacioacuten 37
Se expresa en unidades relativas al efecto que produce 1 kg de CFC-11 Expresa la
relacioacuten entre la descomposicioacuten del ozono (O3) en el estado de equilibrio debido a las emisiones anuales (δ[O3]) (flujo en kg antildeo-1) de una cantidad de una substancia (i) emitida
a la atmoacutesfera y la descomposicioacuten del ozono en estado de equilibrio debido a una cantidad
igual de CFC-11 (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
4144 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten social
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA De acuerdo con MSEAS se dio eacutenfasis a tres
aspectos sociales (atributos) seguridad alimentaria (Yd y PCat) generacioacuten de empleo (JA y JC) y
salud humana (ELB ELB(45) PO y HT) (Tabla 4-4) A excepcioacuten de PO y HT que se estimaron
mediante LCA los demaacutes indicadores se estimaron a partir de la informacioacuten del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141)
4145 Atributos e indicadores crudos de la dimensioacuten econoacutemica
De acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos egresos (VC y FC)
inversioacuten (IV) ingresos (GI y NI) y rentabilidad (NPV BC OIR IRR BPQ y BPP) (Tabla 4-5)
Los indicadores de cada atributo se estimaron a partir del inventario del sistema productivo
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi
OLD = sum (δ[O3]i
δ[O3]CFCminus11
) mi
i
151 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Numeral 4141) mediante un modelo empresarial en donde todos los procesos teacutecnicos
administrativos y de gestioacuten se caracterizaron por estar dentro de los paraacutemetros legales para el
gobierno colombiano (CCB 2019 DIAN 2019) Cada unidad experimental se evaluoacute como un
proyecto productivo independiente
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd Mg ha-1 MYM -----------------
Porcentaje de
primera
categoriacutea
PCat MYM
Ecuacioacuten 38
Doacutende PCat = Produccioacuten de primera categoriacutea (kg) del producto cosechado PTot = Produccioacuten total (kg)
Generacioacuten de empleo
Jornales por
ciclo por
hectaacuterea
JC jornal ciclo-1
ha-1 MNM -----------------
Jornales por
antildeo por
hectaacuterea
JA jornal antildeo-1
ha-1 MNM
Ecuacioacuten 39
Salud Humana Indicador de
esfuerzo de labor
ELB --- MNM
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador Alto y maacuteximo
esfuerzo de labor
ELB(45) MNM
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos
PO kg C2H4 eq MNM
Ecuacioacuten 40
Doacutende a = cambio en la concentracioacuten de ozono debido a un cambio en la emisioacuten de un
compuesto orgaacutenico volaacutetil (VOC) i b = emisioacuten del VOC i integrada en el tiempo considerado El denominador contiene estas mismas variables para el etileno (C2H4)
substancia de referencia (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Toxicidad
humana HT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 41
Doacutende HT = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad humana fi n = fraccioacuten de la
sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa
emitida de cada contaminante i (Antoacuten 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores culturales cosecha
entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de datos de entrada del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) De igual manera todos los costos variables
(material vegetal fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios
puacuteblicos salarios administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e
PCat = PCat
PTottimes 100
JA = JC X Ciclos por antildeo
PO = sum (
aibi
frasl
cC2H4
bC2H6frasl
) mi
i
HT = sum HTPin
in
times fin times mi
152 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
incluyeron en el anaacutelisis para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten
(Tabla 4-2)
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Egresos
Costos
variables VC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos variables
Costos fijos FC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos fijos
Inversioacuten
Inversioacuten IV $ ha-1 MNM Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos
Ingresos brutos GI $ ha-1 MYM ------------------
Ingresos netos NI $ ha-1 MYM
Ecuacioacuten 42
Rentabilidad
Valor presente
neto NPV $ MYM
Ecuacioacuten 43
Relacioacuten
beneficio costo BC $ MYM Ecuacioacuten 44
Tasa de intereacutes
de oportunidad OIR MYM
Ecuacioacuten 45
Tasa interna de retorno
IRR MYM Calculada a partir de la foacutermula para el NPV donde se asume que el NPV es igual a cero y que la variable a despejar es la tasa de intereacutes i
Punto de
equilibrio por cantidad
BPQ kg ha-1 MNM
Ecuacioacuten 46
Punto de
equilibrio por
precio
BPP $ kg-1 MNM Ecuacioacuten 47
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
El anaacutelisis se realizoacute a partir de la teacutecnica de evaluacioacuten de proyectos de inversioacuten (Acuntildea 2009)
asumiendo que la produccioacuten es constante para un aacuterea de cultivo de una hectaacuterea en cada unidad
experimental (proyecto) transformando los valores de cada variable del aacuterea de la unidad
experimental a una ha La evaluacioacuten consideroacute una tasa de impuestos del 33 (DIAN 2019) una
vida uacutetil de activos depreciables de 5 antildeos una tasa para los depoacutesitos a teacutermino fijo (DTF) del
4 una tasa de intereacutes del 12 para un preacutestamo solicitado a 2 antildeos y una tasa de inflacioacuten anual
del 3 para todos los tratamientos
La evaluacioacuten financiera se realizoacute de tal forma que el productor obtenga una rentabilidad deseada
del 21 Se definioacute a partir de experiencias praacutecticas en campo que indican que esta oscila entre
21 y 23 para proyectos agriacutecolas rentables
NI = GI minus (VC + FC)
NPV =FC1
(1 + i)1+
FC2
(1 + i)2+
FCn
(1 + i)nminus IV
BCfrasl =
GI
VC + FC
OIR = sum(
FC + VCGI
) i
n
n
i=1
BPQ = FC
PVU minus VCU
119861119875119875 = 119865119862
1 minus119881119862
119881119890119899119905119886119904 119879119900119905119886119897119890119904
153 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para cada dimensioacuten y atributo individualmente se hace el proceso de seleccioacuten de indicadores
buscando que cada atributo esteacute representado por un indicador
4146 Anaacutelisis estadiacutestico
Dos de los criterios de seleccioacuten dentro del meacutetodo de seleccioacuten de indicadores que se incluye en
MSEAS (Numeral 23) estaacuten asociados a anaacutelisis estadiacutesticos (correlacioacuten varianza y pruebas de
comparacioacuten) Los anaacutelisis se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019)
acorde con lo expuesto en el Numeral 2443
4147 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
De acuerdo con MSEAS se utilizoacute la teacutecnica de normalizacioacuten ldquodistancia desde el maacuteximordquo con
los valores de todos los indicadores normalizados en un rango adimensional (0-1) doacutende 0
representa el valor menos sostenible y 1 el maacutes sostenible (Ecuacioacuten 24 Numeral 3431)
El valor de los ponderadores se definioacute mediante anaacutelisis de componentes principales (PCA) con
la Ecuacioacuten 48 doacutende Wk = valor del ponderador λj = vector propio fj = porcentaje de
variabilidad total explicada por cada componente principal (PC) Se tuvo en cuenta hasta el PC
donde se alcanzoacute una variacioacuten acumulada mayor o igual al 90
119882119896 = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 48
A cada atributo le corresponde un Wk que es el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo
Para medir el iacutendice de sostenibilidad (IS) se utilizoacute el meacutetodo de producto de indicadores
ponderados cuya expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27 (Numeral 3433)
Con el fin de que el proceso de compensacioacuten solo se asumiera entre atributos no entre
dimensiones el proceso de agregacioacuten se realizoacute para cada dimensioacuten por separado Asiacute para
154 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estimar el IS que reuniera las tres dimensiones se asignoacute un ponderador de 033 a cada dimensioacuten
asumiendo que estas tienen el mismo grado de importancia (Van Asselt et al 2014)
Para corroborar lo encontrado en el proceso de simulacioacuten de los meacutetodos de agregacioacuten de
indicadores realizado en la construccioacuten de MSEAS (Numeral 3523) se estimaron los iacutendices
de sostenibilidad con los tres meacutetodos evaluados suma ponderada de indicadores producto de
indicadores ponderados y funcioacuten multicriterio
415 Resultados y discusioacuten
4151 Indicadores centrales seleccionados y definicioacuten del Conjunto
Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Como se muestra en la Tabla 4-7 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) trasparentes y estandarizados (TrEs) y especiacuteficamente interpretables (EsIn)
El cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten que sufrioacute el sistema al
aplicar los tratamientos Ademaacutes se basan en datos claramente definidos verificables y
cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y asequibles de modo
que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo salud humana de la
dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio de redundancia
(NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores estaacuten directa y
proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la dimensioacuten
econoacutemica (Tabla 4-7) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron un puntaje
de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y PCat
(Tabla 4-7 y Tabla 4-9)
En cuanto a los criterios no obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) se destaca que
ninguacuten indicador estaacute parametrizado (PrTz) Esto indica que la comparacioacuten entre tratamientos se
realiza dependiendo de si mayor o menor es mejor para cada indicador (Tabla 4-3 Tabla 4-4 y
Tabla 4-5)
155 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 034 067 078 04 30 30 10
SQSA 034 077 064 04 30 30 10 071
SQW 067 077 093 02 20 20 07 071
SQPCA 078 064 093 02 20 20 07 071
Slo-Plt
LU 100 054 02 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 054 02 20 20 07 ϯ 053
N-kg 054 054 05 30 30 10 054
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 018 08 20 20 10 ϯ 067
PCat 018 08 20 20 10 ϯ
G Epl JC --- --- --- 10 067
S Hm
ELB 090 031 031 05 30 30 10 057
ELB(45) 090 071 071 02 10 10 03
PO 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 087 01 10 10 10 ϯ 071
FC 087 01 10 10 10 ϯ 063
Invr IV --- --- --- 10 058
Ingr GI 100 00 10 10 10 ϯ
NI 100 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 072
NPV 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 064
ORO 100 100 100 097 098 00 10 10 10
IRR 100 100 100 097 097 00 10 10 10 064
BPQ 096 096 097 097 100 00 10 10 10 056
BPP 097 097 098 097 100 00 10 10 10 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) se encontroacute que en la dimensioacuten ambiental existen
correlaciones muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten
suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten suelo-planta ocurre lo mismo para
todos los indicadores a excepcioacuten de N-kg que no presenta una correlacioacuten significativa con los
demaacutes indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-6) Esto tiene sentido
156 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluados lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde la base para la obtencioacuten de los
indicadores son los ingresos y los egresos (Tabla 4-5)
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
SQPCA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 068
W-kg 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 06 032 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 064
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 5 09 045 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 077
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 0 0 03 005 2 0 1 0 06 012 10 010 077
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 5 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 5 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 03 003 000
PO 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 07 007 068
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 4 09 045 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 068
Ingr GI 2 1 1 1 0 3 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 10 010 082
NPV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 3 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 000
IRR 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 10 010 074
BPQ 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
BPP 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
157 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 4-7 el conjunto miacutenimo de indicadores
(CMI) de la dimensioacuten ambiental estaacute compuesto por los indicadores centrales SQSA (del atributo
calidad de suelo) S-Pr (del atributo relacioacuten suelo-planta) EP (del atributo relacioacuten suelo-agua) y
GWP (del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073 puntos respectivamente
El CMI de la dimensioacuten social lo componen los indicadores centrales Yd (del atributo seguridad
alimentaria) JC (del atributo generacioacuten de empleo) y HT (del atributo salud humana) con 091
077 y 068 puntos respectivamente En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el CMI se compone de
los indicadores centrales VC (del atributo egresos) INV (del atributo inversioacuten) NI (del atributo
ingresos) y BC (del atributo rentabilidad) con 081 077 091 y 091 puntos respectivamente
(Tabla 4-7)
4152 Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad (IS)
Ponderacioacuten
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente para las dimensiones ambiental y social
(Tabla 4-8) lo que indica que todos los atributos de estas dos dimensiones generaron el mismo
peso sobre la sostenibilidad del sistema En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el atributo egresos
ejerce un menor peso en la dimensioacuten y por ende en la sostenibilidad (Tabla 4-8)
PCA es un meacutetodo que asigna los ponderadores a los atributos de manera objetiva (Rossi et al
2009) lo cual es una ventaja a la escala de evaluacioacuten geograacutefica que maneja MSEAS (parcela o
unidad experimental) A esta escala las tres dimensiones de la sostenibilidad estaacuten regidas por las
actividades agriacutecolas maacutes que por las poliacuteticas gubernamentales Con otras teacutecnicas de asignacioacuten
de ponderadores tales como toma de decisioacuten multicriterio (MCDM) o proceso jeraacuterquico
analiacutetico (AJP) en donde los ponderadores son asignados a partir de la opinioacuten de expertos el
componente social cobra mayor relevancia al tiempo que se incrementa la subjetividad del anaacutelisis
(Goacutemez y Riesgo 2009)
158 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1643 0548 0003 1330 1051 0355 1455 0940 0002
Variabilidad () 0900 0100 0000 0590 0368 0042 0706 0294 0000
Var Acumulada () 0900 1000 1000 0590 0958 1000 0706 1000 1000
pcj () 100 62 38 100
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0479 -0597 0644 0229 023
Suelo-Planta 0453 0796 0401 0205 021
Suelo-Agua 0532 -0071 -0461 0283 028
Suelo-Atmosfera 0532 -0070 -0460 0283 028
Social
Seg Alimentaria -0698 0272 0662 0488 0074 0300 0028 033
Generacioacuten empleo 0054 0942 -0330 0003 0888 0002 0341 034
Salud humana 0714 0195 0673 0509 0038 0313 0015 034
Econoacutemica
Egresos 0254 -0956 0144 0065 006
Inversioacuten 0540 0017 -0841 0292 029
Ingresos 0568 0202 0367 0322 032
Rentabilidad 0567 0211 0369 0321 032
Comparacioacuten entre tratamientos
Como se aprecia en la Tabla 4-9 el tratamiento ChC presenta los mejores resultados para los
indicadores centrales de todas las dimensiones a excepcioacuten de los indicadores del atributo calidad
del suelo En el otro extremo a excepcioacuten de los indicadores de calidad de suelo y generacioacuten de
empleo (jornales por ciclo - JC) el tratamiento OrC presenta los valores maacutes bajos Esto se debe a
que OrC tiene los menores ingresos (NI) en concordancia con su menor rendimiento (Yd) que
ademaacutes influye directamente en el impacto ambiental LCA utiliza como unidad funcional un kg de
tomate fresco es decir cuanto maacutes insumo se utilice para producir un kg de tomate mayor
impacto ambiental se va a generar Esto mismo ocurre con la cantidad de agua necesaria para
producir un kg de tomate (W-kg) pues a pesar de que se aplicoacute la misma cantidad de agua a todas
las unidades experimentales OrC presenta el mayor consumo por kg debido a su menor
produccioacuten (Tabla 4-9) Para establecer la programacioacuten de riegos se tuvo en cuenta el
requerimiento hiacutedrico del cultivo Con base en las propiedades fiacutesicas del suelo y las caracteriacutesticas
fisioloacutegicas de la planta este fue el mismo para todas las unidades experimentales Por otro lado
OrC tambieacuten necesita mayor aacuterea (S-Pr) que ChC para producir la misma cantidad de tomate
159 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 086 a 089 a 088 a 087 a 089 a
SQSA 050 b 069 a 046 b 054 ab 058 ab
SQWP 081 b 087 a 082 b 083 ab 084 ab
SQPCA 058 b 067 a 061 ab 059 ab 064 ab
Rel suelo-planta
LU 0047 a 0053 b 0046 a 0048 a 0048 a
W-kg 3857 a 4350 b 3750 a 3936 a 3919 a
N-kg 174 c 108 a 150 b 138 b 117 a
Rel suelo-agua
FWT 32E-02 a 27E-01 e 80E-02 b 14E-01 c 19E-01 d
MWT 12E+01 a 10E+02 e 31E+01 b 53E+01 c 73E+01 d
EP 26E-04 a 22E-03 e 67E-04 b 11E-03 c 16E-03 d
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 17E-02 a 14E-01 e 42E-02 b 71E-02 c 98E-02 d
GWP 57E-02 a 47E-01 e 14E-01 b 24E-01 c 33E-01 d
OLD 42E-07 a 35E-06 e 11E-06 b 18E-06 c 25E-06 d
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 2116 a 1878 b 2178 a 2073 a 2083 a
PCat 0377 a 0386 a 0390 a 0383 a 0380 a
Generacioacuten Empleo JC 16103 a 16273 b 16442 e 16391 d 16357 c
Salud Humana
ELB 28438 a 28457 d 28462 a 28456 c 28444 b
ELB(45) 01880 e 01838 a 01846 b 01849 c 01859 d
PO 583E-06 a 487E-05 e 147E-05 b 250E-05 c 344E-05 d
HT 023 a 191 e 058 b 098 c 135 d
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 1394 a 1401 b 1411 c 1406 b 1398 b
FC 607 a 607 a 608 c 608 bc 607 ab
Inversioacuten IV 16809 a 16794 b 16824 a 16806 a 16815 a
Ingresos GI 25519 a 22856 b 26543 a 24855 ab 25231 ab
NI 5511 a 2774 b 6351 a 4719 ab 5176 ab
Rentabilidad
BC 118 a 105 b 122 a 114 ab 116 ab
NPV 10836 a 4665 b 12729 a 9050 ab 10081 ab
ORO 022 a 012 b 024 a 019 ab 020 a
IRR 087 a 049 b 099 a 076 ab 083 ab
BPQ 240745 a 276947 b 237501 a 248318 a 244828 a
BPP 64471 a 72796 b 63157 a 66227 a 65456 a
A pesar de mostrar los resultados de sostenibilidad mas bajos para el atributo calidad de suelo y de
ser el uacutenico tratamiento al que no le aplicaron abonos orgaacutenicos ChC sobresale en la dimensioacuten
ambiental En cuanto a esto se observa una tendencia a aumentar el impacto ambiental (EP y
GWP) a medida que se incrementa la cantidad de abono orgaacutenico aplicado (gallinaza) en este
orden OrC gt Mx3 gt Mx2 gt Mx1 gt ChC Estos resultados concuerdan con lo reportado por Bojacaacute
et al (2014) quienes hallaron que la fertilizacioacuten es la actividad agriacutecola que genera el mayor
impacto ambiental negativo (sin tener en cuenta la infraestructura) La gallinaza es el precursor de
este resultado para la mayoriacutea de las categoriacuteas de impacto evaluadas en su estudio sobre el
impacto ambiental del cultivo de tomate bajo invernadero en Colombia Esto se debe a que la
160 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
gallinaza por su alto contenido de N se asocia con altos niveles de lixiviacioacuten y emisiones de N
(Bergstroumlm y Kirchmann 2010 Hayakawa et al 2009)
Con respecto al rendimiento (Yd) OrC fue el uacutenico tratamiento que mostroacute diferencias
significativas pues obtuvo la menor produccioacuten Los demaacutes tratamientos no presentaron
diferencias significativas entre ellos (Tabla 4-9) En cuanto a la cantidad de jornales (JC) el
anaacutelisis se puede hacer desde dos puntos de vista el del productor (duentildeo del cultivo) y el de los
operarios Si se hace desde el productor es maacutes conveniente una menor cantidad de jornales
mientras que para los operarios hay un mayor beneficio mientras maacutes jornales requiere el cultivo
Para este estudio de caso el anaacutelisis se hizo desde el punto de vista del productor pues un mayor
nuacutemero de jornales implica un mayor costo de produccioacuten lo que puede afectar por si solo la
sostenibilidad del sistema Con base en esto se puede apreciar que el mejor tratamiento es ChC
debido a que requiere un menor nuacutemero de jornales Esto tiene que ver con la cantidad de
fertilizantes utilizados ya que al aplicar en presiembra uacutenicamente fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica no abonos orgaacutenicos se requiere un menor nuacutemero de jornales
Cuando se aplican abonos orgaacutenicos se requiere una mayor cantidad de este tipo de materiales para
lograr un resultado similar al obtenido con los fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Esto se relaciona
con el indicador de esfuerzo de labor (ELB) doacutende el mayor valor lo presentoacute OrC debido a que a
las unidades experimentales de este tratamiento se les aplicaron una gran cantidad de abonos
orgaacutenicos cuya labor incluye dos actividades fertilizacioacuten edaacutefica manual (GI = 3) y cargue y
descargue de bultos de abonos y fertilizantes (GI = 5) (Numeral 23) Por el contrario ChC fue el
tratamiento que menos abonos aplicoacute manualmente por lo que presenta el menor ELB El
tratamiento ChC genera la menor cantidad de toxicidad humana (HT) debido al menor uso de
gallinaza Mientras que el tratamiento OrC al ser el que utiliza la mayor cantidad de esta
enmienda genera la mayor HT (Tabla 4-9)
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Como se aprecia en la Figura 4-1 el tratamiento ChC presenta el mayor iacutendice de sostenibilidad
econoacutemica Esto se debe a la relacioacuten entre Yd VC y NI (Tabla 4-9) Lo contrario ocurre con el
tratamiento OrC el cual presenta el iacutendice maacutes bajo (Figura 4-1) al incurrir en mayores costos
con menores ingresos (Tabla 4-9) Una situacioacuten similar ocurre con las dimensiones ambiental y
161 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
social pues ChC es el tratamiento maacutes sostenible mientras que OrC es el menos sostenible
(Figura 4-1)
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
(ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Analizando en conjunto las tres dimensiones de la sostenibilidad se corrobora que el tratamiento
ChC muestra el mayor IS seguido de Mx1 pues para todos los iacutendices evaluados (IS-ambiental
IS-social e IS-econoacutemico) estos dos tratamientos se ubican en los lugares maacutes altos de
sostenibilidad (Figura 4-1) En este estudio de caso a medida que se incrementa el aporte de
gallinaza la sostenibilidad del sistema de produccioacuten disminuye en este sentido ChC gt Mx1 gt
Mx2 gt Mx3 gt OrC Esto puede deberse a que el umbral de medicioacuten es muy corto para apreciar las
ventajas de la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos en el suelo y el ecosistema en general Peltre et al
(2012) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto de la aplicacioacuten de
enmiendas orgaacutenicas son evidentes a largo plazo Otro factor puede ser el hecho de que la gallinaza
se utilizoacute para reemplazar porcentualmente la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica es decir
se utilizoacute como fertilizante no como enmienda Comparado con los fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuyos nutrientes estaacuten disponibles inmediatamente para la planta la gallinaza tiene una
menor accioacuten fertilizante
a
e
b
cd
a
e
b
cd
a
b
aab
aba
d
b
cc
00
02
04
06
08
10
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
162 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En este estudio de caso no se asociaron umbrales a los indicadores ambientales seleccionados por
lo que la definicioacuten del nivel de sostenibilidad se realizoacute a partir de la comparacioacuten entre los
tratamientos evaluados Esta simple comparacioacuten limita el anaacutelisis pues sobre todo para la
dimensioacuten ambiental podriacutea presentarse el caso hipoteacutetico de que en la realidad todos los
tratamientos tengan un impacto ambiental negativo pero la variacioacuten estadiacutesticamente significativa
obliga a la asignacioacuten de niveles (ponderadores) diferenciales de sostenibilidad entre tratamientos
cuando en realidad todos deberiacutean ser calificados como insostenibles ambientalmente Esta
situacioacuten se debe a que en el mundo la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo estaacuten
escasamente parametrizadas debido a la definicioacuten difusa de la calidad del suelo acentuada por la
dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad espacial (de Paul Obade y
Lal 2016)
Comprobacioacuten de ISs
A pesar de que ChC obtuvo el mayor puntaje con todos los iacutendices de sostenibilidad los resultados
variaron notablemente entre iacutendices ISS e ISλ100 (compensacioacuten total) presentaron valores
ideacutenticos y muy cercanos a ISP que se iban haciendo diferentes a ISλ075 ISλ050 ISλ025 a medida
que disminuiacutea el grado de compensacioacuten parcial hasta llegar a ISλ000 que siempre presentoacute los
valores maacutes bajos de sostenibilidad (compensacioacuten nula) (Tabla 4-10) Con base en estos
resultados y a los mostrados en el desarrollo de MSEAS (Numeral 3523) se considera que la
teacutecnica de producto de indicadores ponderados (Ecuacioacuten 27 Numeral 3433) es la que mejor
representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la que mejor se ajusta a
los requerimientos de la metodologiacutea propuesta debido a que en la misma ecuacioacuten se representa
la compensacioacuten parcial total y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa (asymp 1) o se disminuye (asymp 0)
lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) Esto implica
que indicadores (atributos) que tienen un gran peso es decir un ponderador (Wk) alto generan un
alto grado de compensacioacuten pero si algun indicador o atributo obtiene un Ik = 0 que indicariacutea que
estaacute por fuera del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute
insostenible
163 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados
IS ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
ISS 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
ISP 096 a 029 e 057 b 042 c 035 d
ISλ000 019 a 003 e 011 b 006 c 005 d
ISλ025 038 a 014 e 024 b 018 c 016 d
ISλ050 058 a 025 d 037 b 030 c 028 cd
ISλ075 077 a 036 d 050 b 042 c 039 cd
ISλ100 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
Dimensioacuten social
ISS 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
ISP 097 a 046 e 072 b 059 c 054 d
ISλ000 031 a 004 e 013 b 008 c 005 d
ISλ025 048 a 019 e 029 b 023 c 021 d
ISλ050 064 a 034 d 045 b 039 c 037 c
ISλ075 081 a 050 d 062 b 055 c 053 c
ISλ100 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
Dimensioacuten econoacutemica
ISS 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
ISP 091 a 069 b 096 a 086 ab 089 ab
ISλ000 006 a 006 a 006 a 006 a 006 a
ISλ025 028 a 024 b 029 a 027 ab 027 ab
ISλ050 049 a 041 b 051 a 047 ab 048 ab
ISλ075 070 a 058 b 074 a 067 ab 069 ab
ISλ100 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
Total
ISS 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
ISP 095 a 045 d 073 b 060 c 055 c
ISλ000 016 a 004 e 010 b 007 c 005 d
ISλ025 037 a 019 d 027 b 022 c 021 c
ISλ050 057 a 033 d 044 b 038 c 037 c
ISλ075 076 a 047 d 061 b 054 c 052 c
ISλ100 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
416 Conclusiones
En este estudio si se tuviera en cuenta solamente el rendimiento como indicador para designar el
mejor tratamiento se podriacutea afirmar que a excepcioacuten de aquel donde se aplicaron solamente
abonos orgaacutenicos y enmiendas como fertilizacioacuten en presiembra todos los demaacutes son
recomendables en campo pues el rendimiento que generaron no mostroacute diferencias significativas
164 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Sin embargo cuando se hace el anaacutelisis de la sostenibilidad para cada dimensioacuten e integralmente
se pueden apreciar diferencias entre todos los tratamientos siendo maacutes sostenible aquel en el que
no se mezclan fertilizantes de siacutentesis quiacutemica con abonos orgaacutenicos Asiacute mismo el tratamiento
cuya fertilizacioacuten solo utilizoacute abonos orgaacutenicos basados en gallinaza generoacute la menor
sostenibilidad del sistema productivo Esta respuesta se deriva no solo de sus menores indicadores
econoacutemicos sino de su mayor impacto ambiental generado por el uso de gallinaza
165 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la
sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de caso
en Mosquera Colombia
421 Resumen
La papa es el principal alimento no cereal en el mundo con una produccioacuten de maacutes de 487
millones de toneladas anuales Este cultivo se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y
por su alto uso de insumos lo que lo asocia con problemas de degradacioacuten y contaminacioacuten de
suelos Para contrarrestar este efecto nocivo la praacutectica de rotacioacuten de cultivos se muestra como
una de las maacutes promisorias Con base en esto se establecioacute un estudio en el que se evaluoacute la
sostenibilidad de tres esquemas de rotacioacuten (tratamientos) Papa ndash Arveja ndash Papa (PaArPa) Papa ndash
Avena ndash Arveja (PaAvAr) y Papa ndash Papa ndash Avena (PaPaAv) Para determinar la sostenibilidad de
los tres tratamientos se utilizoacute la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS) Se encontroacute que ambiental y
econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaAvAr lo es
socialmente Al equilibrar las tres dimensiones PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible con IS =
085 y en el otro extremo se encuentra PaArPa con IS = 064 El uso de MSEAS en este estudio
permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena genera un menor impacto ambiental
negativo una mayor equidad social y un mayor retorno econoacutemico para el productor
Palabras clave MSEAS papa rotacioacuten de cultivos sostenibilidad agriacutecola LCA
422 Abstract
Potato is the leading non-cereal food globally with an annual production of more than 487 million
tons This crop is characterized by its production in hillside areas and by its high consumption of
inputs which associates it with problems of soil degradation and contamination Crop-rotation is
shown to be one of the most promising strategies to counteract this harmful effect Based on this a
study was established in which the sustainability of three rotation schemes (treatments) was
evaluated Potato-Pea-Potato (PaArPa) Potato-Oat-Pea (PaAvAr) and Potato-Potato-Oat
(PaPaAv) The sustainability evaluation methodology oriented to agricultural experiments
166 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
associated with soil management (MSEAS) was used to determine the three treatments
sustainability It was found that environmentally and economically PaPaAv is the most
sustainable treatment while PaAvAr is socially sustainable Balancing the three dimensions
PaPaAv is the most sustainable treatment with IS = 085 and at the other extreme is PaArPa with
IS = 064 The use of MSEAS in this study made it possible to define that the Potato-Potato-Oat
rotation sequence generates a lower negative environmental impact higher social equity and a
higher economic return for the farmer
Key words potato crop rotation agricultural sustainability LCA
423 Introduccioacuten
La papa (Solanum tuberosum) se clasifica como el principal producto no cereal en el sistema
alimentario mundial (FAO 2009) con un aacuterea de produccioacuten superior a 25 millones de ha y una
produccioacuten por encima de los 487 millones de Mg en 2017 (FAOSTAT 2019) Al igual que en la
mayoriacutea de los paiacuteses del mundo en Colombia la papa es uno de los principales cultivos con
94130 ha (Agronet 2019) Este se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y por el alto
uso de insumos principalmente fertilizantes lo que lo hace ser reconocido por su contribucioacuten a
los problemas de erosioacuten y de contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas superficiales y subterraacuteneas
(Yang et al 2009 Rees et al 2011) Aunque el cultivo continuo de papa puede proporcionar
beneficios econoacutemicos a los productores debido a la mayor rentabilidad en relacioacuten con otros
cultivos la naturaleza intensiva de los sistemas actuales de produccioacuten de papa puede tener efectos
perjudiciales incluida la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes y plaguicidas (Zegada-Lizarazu y
Monti 2011) erosioacuten (Kachanoski y Carter 1999) y reduccioacuten de la calidad del suelo (Nelson et
al 2009)
Desde organizaciones privadas y estatales se han llevado a cabo durante las uacuteltimas deacutecadas una
considerable cantidad de investigaciones para contrarrestar el efecto nocivo que ocasiona el mal
manejo del cultivo de papa Dentro de esas iniciativas la rotacioacuten de cultivos se muestra como una
de las maacutes promisorias pues se ha ido adaptando y utilizando por los productores de papa en las
regiones productoras maacutes importantes de Colombia y en el mundo (Liu et al 2019 Liang et al
2019) Se ha evidenciado que la rotacioacuten de cultivos tiene muacuteltiples efectos en el medio ambiente
incluido la optimizacioacuten del uso de energiacutea el mantenimiento de la calidad del agua superficial al
reducir la escorrentiacutea y la erosioacuten del suelo el mantenimiento de la calidad del agua subterraacutenea al
167 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
reducir la lixiviacioacuten de nutrientes y el mantenimiento de la calidad del suelo al conservar la
dinaacutemica de las comunidades microbianas (Liang et al 2019 Larkin y Honeycutt 2006
Khakbazan et al 2019) Generalmente en los estudios de rotacioacuten ademaacutes de evaluar el efecto
que esta tiene en el rendimiento del cultivo tambieacuten se evaluacutea la dinaacutemica de las propiedades del
suelo a lo largo del tiempo (He et al 2012 Wszelaczynska et al 2014 Vakhnyi et al 2018
Shibabaw et al 2018)
Muchos agricultores se enfocan en un solo cultivo a lo largo de su actividad agriacutecola El caso de la
papa es uno de los maacutes representativos en Colombia En las uacuteltimas deacutecadas las praacutecticas de
rotacioacuten se han extendido entre estos agricultores a tal punto que se ha generalizado el concepto
de no repetir maacutes de dos ciclos de papa en un mismo lugar Para asegurar que la secuencia de
rotacioacuten genere oacuteptimos resultados es necesario definir la estrategia de rotacioacuten que se adapte
mejor tanto a las condiciones agroecoloacutegicas de la regioacuten como a las condiciones particulares de
los productores No todas las combinaciones de cultivos y manejos dentro de la secuencia de
rotacioacuten tienen los mismos resultados (Liu et al 2019) A pesar de las bondades ambientales que
genera la rotacioacuten de cultivos no son ampliamente adoptadas debido a que los productores pueden
obtener ingresos menores a los obtenidos con el monocultivo (Liu et al 2019) En ese sentido si
se quiere determinar cuaacutel es la estrategia de produccioacuten que genera el menor impacto ambiental
negativo promoviendo al mismo tiempo mayores retornos econoacutemicos y una mayor equidad
social es necesario evaluar las nuevas estrategias de produccioacuten desde el enfoque de la
sostenibilidad
Con base en lo anterior el objetivo del presente estudio fue utilizar Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS)
para conocer cuaacutel o cuaacuteles secuencias de rotacioacuten con papa generan la mayor sostenibilidad del
sistema de produccioacuten
424 Materiales y Meacutetodos
4241 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 213 ExPtRot
168 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
4242 Uso de MSEAS
La evaluacioacuten de la sostenibilidad de las tres secuencias de rotacioacuten se llevoacute a cabo con la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) De acuerdo con los paraacutemetros establecidos en MSEAS despueacutes del desarrollo
del experimento se hace el manejo de atributos e indicadores y se construye el iacutendice de
sostenibilidad (IS) (Numeral 3)
Acorde con lo expuesto en MSEAS (Numeral 3511) en la dimensioacuten ambiental se evaluaron
cuatro atributos cada uno con un nuacutemero variable de indicadores 1) Calidad del suelo con cuatro
indicadores marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador de
calidad del suelo aditivo simple (SQSA) indicador de calidad del suelo aditivo ponderado (SQW) e
indicador de calidad del suelo con PCA (SQPCA) (ver Numeral 22) 2) Relacioacuten suelo-planta con
tres indicadores relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) consumo de agua por kg producido (W-kg) y
consumo de nitroacutegeno por kg producido (N-kg) (Tabla 4-3) 3) Relacioacuten suelo-agua con tres
indicadores toxicidad de agua dulce (FWT) toxicidad de agua marina (MWT) y eutrofizacioacuten
(EP) (Tabla 4-3) y 4) Relacioacuten suelo-atmoacutesfera con tres indicadores acidificacioacuten potencial (AP)
potencial de calentamiento global (GWP) y agotamiento de la capa de ozono (OLD) (Tabla 4-3)
Los indicadores de la dimensioacuten ambiental se obtuvieron de las variables medidas en campo del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo
de Vida (Life Cycle Assessment ndash LCA Todos los consumos de recursos y las emisiones se
refirieron a una unidad funcional de masa de un kg de papa avena o arveja comercial en fresco El
liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de
la granja es decir un LCA de cuna a puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten En
este estudio la arveja no se tutoroacute por ende no se tuvo en cuenta la infraestructura como
subsistema Los procesos de fondo incluyeron la produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su
produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
169 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA Se dio eacutenfasis a tres aspectos sociales
(atributos) 1) Seguridad alimentaria con dos indicadores rendimiento (Yd) y porcentaje de
produccioacuten de primera categoriacutea (PCat) 2) Generacioacuten de empleo con dos indicadores jornales
por ciclo por hectaacuterea (JC) y jornales por antildeo por hectaacuterea (JA) y 3) Salud humana con cuatro
indicadores indicador de esfuerzo de labor (ELB) alto (G4) y maacuteximo (G5) esfuerzo de labor
(ELB(45)) oxidacioacuten fotoquiacutemica (PO) y toxicidad humana (HT)
Los indicadores rendimiento (Yd) y calidad (PCat) se calcularon asiacute Papa pesando y clasificando
todos los tubeacuterculos cosechados (20 ndash 24 semanas dds) de 10 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Arveja pesando todas las vainas de 20 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Se realizaron entre dos y tres cosechas al finalizar el llenado de vainas (14 ndash
17 semanas dds) Avena pesando todas las plantas cortadas de cuatro plantillas cuadradas de 05
m2 obtenidas del aacuterea central de cada unidad experimental al finalizar el periodo vegetativo (9 ndash
10 semanas dds) Los meacutetodos de medicioacuten de los demaacutes indicadores se pueden apreciar en la
Tabla 4-4
Los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica se obtuvieron del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores
culturales cosecha entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de
datos de entrada (Tabla 4-2) De igual manera todos los costos variables (material vegetal
fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios puacuteblicos salarios
administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e incluyeron en el anaacutelisis
para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten (Tabla 4-2)
Para la dimensioacuten econoacutemica se establecieron cuatro atributos cuyos meacutetodos de caacutelculo se
presentan en la Tabla 4-5 1) Egresos con dos indicadores costos variables (VC) y costos fijos
(FC) 2) Inversioacuten con un indicador (IV) 3) Ingresos con dos indicadores ingresos brutos (GI) e
ingresos netos (NI) y 4) Rentabilidad con seis indicadores relacioacuten beneficio costo (BC) valor
presente neto (VPN) tasa de intereacutes de oportunidad (OIR) tasa interna de retorno (TIR) punto de
equilibrio por cantidad (BPQ) y punto de equilibrio por precio (BPP)
170 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS Este meacutetodo divide
los indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemica) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
425 Resultados y discusioacuten
4251 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores
centrales seleccionados
Como se muestra en la Tabla 4-11 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) especiacuteficamente interpretables (EsIn) y son transparentes y estandarizados
(TrEs) Esto sugiere que el cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten
que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos y que estos se basan en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo
salud humana de la dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio
de redundancia (NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores esteacuten
directa y proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la
dimensioacuten econoacutemica (Tabla 4-11) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron
un puntaje de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y
SQPCA (Tabla 4-11)
171 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 091
SQPCA 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 000
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 081
W-kg 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 1 09 043 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 078
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 1 09 043 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 091
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 2 0 1 0 06 012 10 010 081
JA 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 2 1 05 011 2 0 1 0 06 012 10 010 083
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 1 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 000
PO 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 10 010 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 077
Ingr GI 2 1 1 1 0 1 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 04 004 085
NPV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 1 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 000
IRR 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 04 004 077
BPQ 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 079
BPP 2 1 1 1 1 0 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 064
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) en la dimensioacuten ambiental existen correlaciones
muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera Lo mismo se evidencia para todos los indicadores del atributo relacioacuten
suelo-planta a excepcioacuten de N-kg el cual no presenta una correlacioacuten significativa con los demaacutes
indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
172 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-12) Esto tiene sentido
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluadas lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde los ingresos y los egresos son la
base para la obtencioacuten de los indicadores (Tabla 4-12)
De acuerdo con los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 4-11 el CMI estaacute compuesto en la
dimensioacuten ambiental por los indicadores SQW (atributo calidad del suelo) S-Pr (relacioacuten suelo-
planta) EP (relacioacuten suelo-agua) y GWP (relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073
puntos respectivamente En la dimensioacuten social por los indicadores Yd (seguridad alimentaria) JA
(generacioacuten de empleo) y HT (salud humana) con 091 083 y 071 puntos respectivamente
(Tabla 4-11) En la dimensioacuten econoacutemica por los indicadores VC (Egresos) INV (Inversioacuten) NI
(Ingresos) y BC (Rentabilidad) con 081 077 081 y 085 puntos respectivamente
4252 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
Comparacioacuten entre tratamientos
No hay un tratamiento que sobresalga en las tres dimensiones de la sostenibilidad ni en todos los
atributos de cada dimensioacuten En cuanto a la dimensioacuten ambiental PaPaAv presenta los mejores
resultados para los atributos calidad de suelo (junto con PaAvAr) y relacioacuten suelo-planta
representados por los indicadores SQSA y S-Pr PaPaAv genera un mayor rendimiento (Yd
atributo seguridad alimentaria) lo que sugiere un mejor uso de la tierra (S-Pr) y del agua (W-kg)
(Tabla 4-13) PaAvAr requiere una menor cantidad de insumos debido a que la avena no se
fertiliza Los agricultores asumen que la cantidad de nutrientes que queda como reserva despueacutes de
las dos fertilizaciones al cultivo de papa es suficiente para producir un ciclo de avena
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad medio (053) seguacuten el
indicador SQSA En trabajos donde los suelos son de baja fertilidad los cambios en las
caracteriacutesticas del suelo por efecto de los esquemas de rotacioacuten son notables (p ej Shibabaw et
al 2018 Sparrow 2015 Sharifi et al 2014) Sin embargo He et al (2012) Muthoni y Kabira
(2010) y Nyiraneza et al (2015) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por
173 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
efecto de la rotacioacuten de cultivos son evidentes a largo plazo En este trabajo se evaluaron tres
ciclos de cultivo (aproximadamente dos antildeos de evaluacioacuten) lo cual sugiere que el indicador de
calidad de suelo seleccionado es susceptible a la perturbacioacuten del suelo en el mediano plazo
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 037 053 064 05 40 40 10
SQSA 037 063 066 04 40 40 10 071
SQW 053 063 069 04 40 40 10 081
SQPCA 064 066 069 03 40 40 10
Slo-Plt
LU 078 016 05 20 20 07 075
W-kg 078 049 04 20 20 07 067
N-kg 016 049 07 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 052
Dimensioacuten social
Yd PCat JC JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 034 07 20 20 10 ϯ 081
PCat 034 07 20 20 10 ϯ 059
G Epl JC 100 00 10 10 10 ϯ 071
JA 100 00 10 10 10 ϯ 073
S Hm
ELB 099 021 021 05 30 30 10 057
ELB(45) 099 007 007 06 30 30 10
PO 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 059
HT 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 051 05 20 20 10 ϯ 071
FC 051 05 20 20 10 ϯ 067
Invr IV --- --- --- 10 067
Ingr GI 098 00 10 10 10 ϯ
NI 098 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 098 100 097 005 071 03 20 20 04 081
NPV 098 098 092 013 057 03 30 30 06 073
ORO 100 098 096 004 071 03 20 20 04
IRR 097 092 096 027 084 02 20 20 04 073
BPQ 005 013 004 027 073 08 50 50 10 069
BPP 071 057 071 084 073 03 20 20 04 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
En cuanto a la dimensioacuten social PaPaAv obtuvo el mayor Yd mientras que PaAvAr obtuvo los
mejores resultados para generacioacuten de empleo y salud humana utilizando el menor nuacutemero de
174 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
jornales por antildeo (JA) y generando el menor esfuerzo de labor (ELB) (Tabla 4-13) La avena es el
cultivo que menos mano de obra requiere esto explica el hecho de que las rotaciones con avena
(PaAvAr y PaPaAr) requirieran el menor nuacutemero de jornales obteniendo asiacute los mejores resultados
para JA Vale la pena recordar que MSEAS asume que entre menor cantidad de jornales se
requiera mayor es la sostenibilidad social Asumiendo en este caso el punto de vista del
productor
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador PaArPa PaAvAr PaPaAv
Dimensioacuten ambiental
Calidad del Suelo
SQSMAF 087 a 086 a 089 a
SQSA 037 b 053 a 048 a
SQW 061 b 062 ab 064 a
SQPCA 046 a 048 a 048 a
Rel suelo-planta
LU 0653 b 0704 c 0273 a
W-kg 30648 c 20607 b 12214 a
N-kg 756 c 465 a 627 b
Rel suelo-agua
FWT 0033 c 0020 a 0028 b
MWT 12882 c 7919 a 10678 b
EP 34E-04 c 21E-04 a 29E-04 b
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 20E-03 c 12E-03 a 16E-03 b
GWP 70E-01 c 43E-01 a 58E-01 b
OLD 44E-08 c 27E-08 a 37E-08 b
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 69607 c 84288 b 119535 a
PCat 0746 b 0863 a 0726 b
Generacioacuten Empleo JC 79 c 51 a 63 b
JA 237 c 154 a 189 b
Salud Humana
ELB 34740 b 34267 a 37316 c
ELB(45) 05440 b 05407 a 08195 c
PO 592E-05 c 364E-
05 a 491E-05 b
HT 024 c 015 a 020 b
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 157 c 111 a 140 b
FC 201 c 193 b 188 a
Inversioacuten IV 1442 c 1224 b 953 a
Ingresos GI 5623 a 4182 c 5448 b
NI 2042 a 1140 b 2165 a
Rentabilidad
BC 153 b 131 c 163 a
NPV 3526 b 1883 c 3821 a
ORO 033 b 022 c 039 a
IRR 383 b 266 c 512 a
BPQ 40895 a 73290 b 84318 c
BPP 102186 b 98075 b 39364 a
175 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El tratamiento PaPaAv obtuvo los mejores resultados globales para la dimensioacuten econoacutemica al
requerir una menor inversioacuten (INV) obtener los mayores ingresos netos (NI - Ingresos) y la mayor
relacioacuten beneficio costo (BC - Rentabilidad) (Tabla 4-13) Estos resultados se relacionan con el
mayor rendimiento obtenido por este tratamiento El tratamiento PaArPa requirioacute la mayor
inversioacuten (INV) y los mayores costos fijos (FC) y variables (VC) a pesar de su menor rendimiento
lo que generoacute sus pobres resultados econoacutemicos sociales y ambientales (Tabla 4-13) En este
uacuteltimo aspecto el rendimiento obtenido no compensa el mayor uso de fertilizantes Se debe
recordar que el anaacutelisis de ciclo de vida se realiza a partir de la cantidad de insumos utilizados para
producir un kg del producto cosechado El objetivo es producir maacutes con un menor uso de recursos
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente a todos los atributos de cada dimensioacuten
(Tabla 4-14) lo que indica que todos los atributos tuvieron una influencia similar sobre la
sostenibilidad del sistema
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1732 23E-05 35E-07 1400 1020 0036 1525 1293 0026
Variabilidad () 1000 0000 0000 0653 0347 0000 0582 0418 0000
Acumulado () 1000 1000 1000 0653 1000 1000 0582 1000 1000
pcj () 100 65 35 58 42
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0552 -0254 0794 0304 0065 0222 0018 024
Suelo-Planta 0065 0963 0263 0004 0926 0003 0252 026
Suelo-Agua -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Suelo-Atmoacutesfera -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Social
Seg Alimentaria 0714 -0042 0699 0509 0002 0333 0001 033
Generacioacuten empleo -0234 0927 0294 0055 0859 0036 0298 033
Salud humana 0660 0373 -0651 0436 0139 0285 0048 033
Econoacutemica
Egresos -0453 0558 -0594 0206 0312 0120 0130 025
Inversioacuten -0542 0434 0680 0294 0188 0171 0079 025
Ingresos 0454 0558 -0222 0206 0312 0120 0130 025
Rtabilidad 0543 0434 0369 0294 0188 0171 0079 025
176 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Ambiental y econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible (Figura 4-2) lo cual
coincide con los resultados mostrados por sus atributos e indicadores (Tabla 4-13) Socialmente
PaAvAr es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaArPa muestra los resultados maacutes bajos de
sostenibilidad social y PaAvAr de sostenibilidad econoacutemica (Figura 4-2)
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt
005) n=15
Equilibrando las tres dimensiones PaPaAv se muestra como el tratamiento maacutes sostenible con IS
= 085 a pesar de no presentar el resultado maacutes alto para la dimensioacuten social Esto indica que la
secuencia de rotacioacuten Papa ndash Papa ndash Avena es la maacutes sostenible para las condiciones del estudio
Desde el punto de vista del productor esta rotacioacuten seriacutea favorable al ser econoacutemicamente maacutes
redituable Sin embargo se debe tener en cuenta que en este caso se evaluoacute avena forrajera
destinada a alimentacioacuten animal principalmente de bovinos Por lo que este cultivo es producido
principalmente por agricultores que alternan la actividad agriacutecola con la pecuaria
c
ba
c
ab
bc
a
c
ba
00
02
04
06
08
10
PaArPa PaAvAr PaPaAv
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
177 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
426 Conclusiones
El uso de MSEAS en este estudio permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena
generaba la mayor sostenibilidad del cultivo Esta secuencia de rotacioacuten generoacute el menor impacto
ambiental el mayor retorno econoacutemico para el productor y obtuvo el segundo lugar en equidad
social
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros
Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa
51 Resumen
Los esfuerzos encaminados a mantener o aumentar la sostenibilidad de un sistema productivo se
deben planear y medir a corto mediano y largo plazo Una gran cantidad de herramientas se han
desarrollado para evaluar el impacto de los sistemas de produccioacuten agriacutecola en el presente pero
pocas que permitan una proyeccioacuten futura Con base en esto la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad de Experimentos Orientados al Suelo (MSEAS) se adaptoacute para evaluar la posible
sostenibilidad en el futuro Esta adaptacioacuten estaacute basada en sistemas de soporte a la decisioacuten como
DSSAT y estaacute condicionada a la construccioacuten de escenarios de clima y suelo para establecer las
condiciones de cambio Como estudio de caso se estimoacute la sostenibilidad actual (IS-A) y futura
(IS-45 e IS-85) de cinco tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa Control =
Control comercial As = Fertilizacioacuten recomendada por Agrosavia AsSp = Fraccionamiento
mensual de As AsSp25 = AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 25 AsSp50 =
AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 50 AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
actual con IS-A = 090 y a pesar de que el rendimiento no presentoacute diferencias significativas a
largo plazo AsSp50 se mantuvo como el tratamiento maacutes sostenible en el futuro con IS-45 e IS-85
= 088
Palabras clave DSSAT LCA modelacioacuten de cultivos papa sostenibilidad actual sostenibilidad
futura
180 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
52 Abstract
Efforts to maintain or increase the sustainability of a productive system must be planned and
measured in the short medium and long term Many tools have been developed to assess the
impact of agricultural production systems in the present However when it is desired to know their
future behavior the options are reduced Based on this the Sustainability Assessment of Soil
Oriented Experiments Methodology (MSEAS) was adapted to assess possible sustainability in the
future This adaptation is based on crop modeling tools such as DSSAT It requires the
construction of climate and soil scenarios to establish the conditions of change included in these
tools As a case study the current (IS-A) and future (IS-45 and IS-85) sustainability of five
fertilization splitting treatments in potato was estimated Control = commercial control As =
Agrosavia recommended fertilization AsSp = AsSp monthly split AsSp25 = AsSp decreasing the
amount of fertilizer by 25 AsSp50 = AsSp decreasing the amount of fertilizer by 50 AsSp50
generated the highest current sustainability with IS-A = 090 Although the yield did not present
significant differences in the future AsSp50 remained the most sustainable treatment in the future
with IS-45 and IS-85 = 088
Key words crop modelling DSSAT LCA future sustainability potato present sustainability
53 Introduccioacuten
Al hacer un anaacutelisis de la definicioacuten maacutes aceptada de desarrollo sostenible ldquoAquel desarrollo que
satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones
para satisfacer sus propias necesidadesrdquo (WCED 1987) es evidente que ese desarrollo es tan
importante en condiciones actuales como en el futuro Dicha importancia tambieacuten estaacute presente en
diversas publicaciones en las que consideran la importancia de propender directa o indirectamente
por la sostenibilidad en el largo plazo (p ej Altieri y Farrell 2018 Baush et al 2014 Campbell
et al 2014 De luca et al 2015 De Olde et al 2016 Kanter et al 2016 Swart et al 2004) A
pesar de la equilibrada importancia que tiene el desarrollo sostenible actual y en el futuro las
herramientas que se han disentildeado para evaluar la sostenibilidad solo mencionan las condiciones
actuales pero muy poco se ha hecho para estimar modelar o simular cual seriacutea la sostenibilidad de
los sistemas de produccioacuten evaluados en el mediano o largo plazo
181 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para predecir el comportamiento de un determinado sistema o meacutetodo de cultivo en el futuro es
necesario llevar a cabo procesos de modelacioacuten a traveacutes de la construccioacuten de escenarios de clima
yo suelo La informacioacuten necesaria para construir estos escenarios se puede obtener de cinco
formas 1) a partir de la medicioacuten in-situ durante deacutecadas de las variables que se quieren modelar
2) a partir de informacioacuten obtenida mediante procesos de modelacioacuten 3) a partir de informacioacuten de
otros sitios de medicioacuten con condiciones agro-climaacuteticas similares 4) una combinacioacuten de las
opciones anteriores dependiendo de si solo se tiene informacioacuten de clima o suelo o 5) asumiendo
que las propiedades del suelo o las condiciones climaacuteticas permanecen constantes
Cuando los sistemas que se quieren comparar son parcelas o unidades experimentales a las cuales
se les aplican los tratamientos es posible utilizar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) (Numeral 3)
Mediante herramientas de modelacioacuten como DSSAT es posible estimar la respuesta de la planta
ante los tratamientos evaluados bajo diferentes escenarios de clima yo variabilidad climaacutetica Los
resultados que arrojen los modelos se podriacutean incluir en MSEAS y de esa forma se estimariacutea la
sostenibilidad futura
Los objetivos del presente estudio son i) utilizar MSEAS (Numeral 3) tanto para evaluar la
sostenibilidad actual como para evaluar la sostenibilidad futura ii) conocer cuaacutel o cuaacuteles
tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa (como estudio de caso) generariacutean la
mayor sostenibilidad en condiciones actuales y de cambio climaacutetico y iii) proyectar la estabilidad
de la sostenibilidad en el tiempo empleando las mismas praacutecticas de manejo
54 Materiales y Meacutetodos
En la Figura 5-1 se presenta un esquema que sintetiza a MSEAS con las actividades adaptadas
para la evaluacioacuten tanto del iacutendice de sostenibilidad actual (IS-A) como futura (IS-45 e IS-85)
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 212
182 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de sostenibilidad en
condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP Inventario del
sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de componentes
principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules corresponden a
macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El autor
542 Uso de MSEAS en condiciones actuales
La evaluacioacuten de los indicadores siguioacute el mismo procedimiento expuesto en el Numeral 4242
Ademaacutes de los indicadores enunciados en ese numeral (concernientes al cultivo de papa) se evaluoacute
la concentracioacuten de NO3- en la solucioacuten del suelo En cada unidad experimental se instaloacute un
lisiacutemetro de succioacuten a 90 cm de profundidad con el cual se recolectoacute el lixiviado descargado a esa
profundidad Al lixiviado se le midioacute su contenido de NO3- Se realizaron muestreos semanales a lo
largo del ciclo de produccioacuten y se reporta la concentracioacuten promedio
183 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura
5431 Construccioacuten de escenarios de cambio climaacutetico
La liacutenea base de las principales variables climaacuteticas se ajustoacute con los valores proyectados en el aacuterea
de estudio a traveacutes de los escenarios RCP45 y RCP85 (RCP = Representative Concentration
Pathways) Se consideraron los escenarios extremos planteados por IPCC (2013) para el periodo
2041-2070 y 2041-2100 del modelo CCSM4 del Centro Nacional de Investigacioacuten Atmosfeacuterica de
los Estados Unidos (National Center for Atmospheric Research - NCAR) con una resolucioacuten R lt
125deg Este modelo se destaca por su buena capacidad para modelar el clima presente de la regioacuten
de estudio (Mosquera Cundinamarca Colombia) tanto en las variables que describen la
circulacioacuten atmosfeacuterica viento y presioacuten como en la precipitacioacuten y temperaturas a escala anual y
estacional (Rodriguez 2012) Los datos climaacuteticos de referencia (1986 - 2018) se obtuvieron de la
base de datos del Instituto de Hidrologiacutea Meteorologiacutea y Estudios Ambientales de Colombia
(IDEAM) Los datos de referencia y proyectados de CO2 se obtuvieron de la base de datos del
Instituto para la Investgacioacuten del Cambio Climaacutetico Potsdam para los escenarios RCP 45 (Clarke
et al 2007 Smith y Wigley 2006 Wise et al 2009) y RCP 85 (Riahi et al 2007)
5432 Modelacioacuten en DSSAT
Se utilizoacute el modelo SUBSTOR-Potato que pertenece a una familia de modelos de cultivo en
DSSAT-CSM (Numeral 152) Se escogioacute porque ha sido utilizado y calibrado en las condiciones
agroecoloacutegicas donde se desarrolloacute el experimento (Sabana de Bogotaacute Mosquera Centro
Agropecuario Marengo de la Universidad Nacional de Colombia) para el cultivo de papa con la
184 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
variedad Diacol Capiro (Forero y Garzoacuten 2000) Tanto Forero y Garzoacuten (2000) como Rojas
(2011) encontraron correlaciones por encima del 70 entre los datos observados y los simulados
Para correr los modelos en DSSAT se utilizoacute la informacioacuten de los coeficientes geneacuteticos (Tabla
5-1) y el perfil de suelo (Tabla 5-2) reportados por Forero y Garzoacuten (2000) y Ordontildeez y Bolivar
(2014) respectivamente Los coeficientes geneacuteticos fueron reajustados para las condiciones del
experimento mediante el meacutetodo de Enfoque de Estimacioacuten de Incertidumbre de Probabilidad
Generalizada (GLUE) disponible en DSSAT (Jones et al 2011) (Tabla 5-1)
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y Garzoacuten
(2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio
Coeficiente Unidad Rojas Ajustado
P2 ---- 07 07
TC degC 25 25
PD ---- 07 01
G2 cm2 m-2 diacutea-1 1236 1236
G3 g m-2 diacutea-1 88 88
Doacutende P2 = Sensibilidad al fotoperiodo TC = Temperatura criacutetica PD = Grado de determinancia G2 =
Tasa de expansioacuten maacutexima del aacuterea foliar y G3 = Tasa de crecimiento potencial del tubeacuterculo
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de Ordontildeez y
Bolivar (2014)
Taxonomiacutea Typic Hapludands Textura Superficie F
SLB SLMH SLLL SDUL SSAT SRGF SSKS SBDM SLOC SLCL SLSI
30 AP 0325 0431 0807 1000 ND 0820 5300 39480 56270
48 AB 0367 0695 1291 0700 ND 0810 5400 32050 53610
77 BNL 0433 0819 1466 0500 ND 0660 5400 11610 69700
109 BN2 0438 0759 1387 0200 ND 0590 5200 9310 65850
150 2CN 0280 0403 0717 0000 ND 1220 4600 78840 20730
SLB SLCF SLNI SLHW SLHB SCEC
30 0000 0457 5300 -99000 25800
48 0000 0465 5400 -99000 29000
77 0000 0465 5400 -99000 29600
109 0000 0448 5200 -99000 25800
150 0000 0397 4600 -99000 25100
SLB Profundidad del horizonte SLMH Nombre del horizonte SLLL Porcentaje de humedad para el punto
de marchitez permanente (15 bar) SDUL Porcentaje de humedad a capacidad de campo (1 bar) SSAT
Porcentaje de humedad a saturacioacuten (03 bar) SRGF Factor de crecimiento de raiacuteces SSKS Saturacioacuten
hidraacuteulica ND No disponible SBDM Densidad aparente (g cm-3) SLOC Porcentaje de carbono orgaacutenico
SLCL Porcentaje de arcilla SLSI Porcentaje de limo SLCF Fraccioacuten gruesa (gt 2mm) SLNI Porcentaje
de nitroacutegeno total SLHW pH medido en agua SLHB pH en solucioacuten de KCl SCEC Capacidad de
intercambio catioacutenico (cmolc kg-1)
185 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El principal indicador para el proceso de modelacioacuten es el rendimiento (Yd) debido a que estaacute
asociado con las tres dimensiones de la sostenibilidad por lo que su variacioacuten afecta a un gran
nuacutemero de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos Para el proceso de modelacioacuten en
DSSAT el rendimiento estaacute en funcioacuten del cambio climaacutetico (variaciones en temperatura
precipitacioacuten radiacioacuten y CO2) y de la dinaacutemica del carbono y el nitroacutegeno a traveacutes de la
modelacioacuten de la materia orgaacutenica del suelo con el modelo CENTURY (Parton et al 1994)
incluido en DSSAT
Para determinar el ajuste entre los datos observados de rendimiento con los simulados por DSSAT
se utilizaron los estimadores coeficiente de correlacioacuten (r) y cuadrado medio del error (RMSE)
(Smith et al 1997)
5433 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad futura (IS-45 e IS-85)
Con los resultados del proceso de simulacioacuten del rendimiento del cultivo en escenarios futuros se
recalcularon todos los indicadores centrales asociados al rendimiento Posteriormente con los
resultados asociados a las condiciones futuras se corrioacute MSEAS De esta forma se estimoacute la
sostenibilidad futura de todos los tratamientos evaluados y se obtuvieron sus iacutendices de
sostenibilidad agriacutecola en condiciones actuales (IS-A) y futuras (IS-45 e IS-85)
55 Resultados y discusioacuten
551 Escenario de cambio climaacutetico
Los escenarios de cambio climaacutetico muestran que en el periodo 2019 - 2100 con respecto al
periodo de referencia (1986 - 2018) la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio se incrementaraacute en
promedio 13 y 19 para los escenarios RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2) En
cuanto a la temperatura maacutexima esta aumentaraacute 04 y 09 degC para RCP45 y RCP85
respectivamente La temperatura miacutenima no presentaraacute variaciones significativas mientras que la
radiacioacuten aumentaraacute 13 y 21 Mj m2 diacutea-1 para RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2)
186 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
552 Modelacioacuten en DSSAT
Como se aprecia en la Figura 5-3 se presentoacute un ajuste altamente significativo entre los datos
observados (barras) y los simulados por DSSAT (puntos) con r = 096 RMSE = 297 lo que
concuerda con lo encontrado por Forero y Garzoacuten (2000) y Rojas (2011)
Una vez calibrado el modelo (Figura 5-3) se procedioacute a realizar las simulaciones con los
escenarios de cambio climaacutetico RCP45 y RCP85 Con el fin de conocer la variacioacuten del
rendimiento (Yd) a lo largo del tiempo y de determinar cuaacuteles variables de suelo y clima influyen
maacutes significativamente en esa variacioacuten se estudiaron las variables de suelo y clima que modela
DSSAT En la Figura 5-4 se muestran las tendencias para el tratamiento ldquoControlrdquo escenario
RCP85 (las tendencias son similares para todos los tratamientos y escenarios evaluados) y en la
Tabla 5-3 se muestran los resultados para todos los tratamientos y escenarios El contenido de
carbono orgaacutenico (CO) permaneceraacute estable a lo largo del tiempo y el de nitroacutegeno mineral (NO3-
+ NH4+) (N min) disminuiraacute levemente como respuesta al aumento en la absorcioacuten de nitroacutegeno
por parte de la planta (N abs) estimulada por el incremento de Yd (Tabla 5-3) Zhang et al (2016)
y Yang et al (2013) encontraron que los porcentajes de C y N permaneceraacuten constantes o incluso
aumentaraacuten en el futuro (2100) si se realizan aplicaciones continuas de materia orgaacutenica externa
En este experimento se aplicoacute compost en presiembra por lo que se asume que en el futuro esta
actividad se seguiraacute realizando
Yd aumentaraacute aunque el contenido de CO permaneceraacute constante en el tiempo (Figura 5-4) En
ese sentido Bedrnard et al (2012) y Chen et al (2017) encontraron que el efecto de la aplicacioacuten
de materiales orgaacutenicos y fertilizantes es apreciable principalmente en suelos con bajo nivel de
fertilidad El suelo del presente estudio seguacuten el indicador de calidad de suelo SQPCA tiene un
nivel de fertilidad alto el cual se mantiene a lo largo del tiempo (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla
5-7)
187 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos los puntos
de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia)
0
20
40
60
80
100
120
Precip
ita
cioacute
n (
mm
)
17
18
19
20
21
22
Tem
pera
tura
maacute
xim
a (
degC)
4
5
6
7
8
9
Tem
pera
tura
miacuten
ima
(degC
)
10
12
14
16
18
20
22
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ra
dia
cioacute
n (
Mj
m-2
diacutea
-1)
Mes
Actual RCP 45 RCP 85
188 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador rendimiento
(Yd) en el escenario actual
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ - Nmin) y nitroacutegeno
absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040 2041-2070 y
2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto al periodo
2016-2040
Trat
2016 - 2040 2041 - 2070 2071 - 2100
Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs
Mg ha-1
RC
P 4
5 Control 349 2750 035 049 398 14 2750 00 034 -35 051 34 424 21 2749 00 034 -44 052 60
As 329 2750 021 040 380 15 2750 00 020 -49 041 17 409 24 2749 00 020 -63 042 47
AsSp 360 2751 017 041 411 14 2750 00 017 -26 041 19 439 22 2749 -01 017 -37 043 49
AsSp25 324 2750 016 038 376 16 2750 00 015 -21 039 18 404 25 2749 00 015 -34 040 47
AsSp50 315 2751 015 036 370 17 2750 00 014 -17 036 24 400 27 2749 00 014 -32 038 54
RC
P 8
5
Control 353 2751 035 049 411 16 2748 -01 034 -39 052 63 447 27 2746 -02 033 -71 054 96
As 330 2751 021 040 392 19 2749 -01 020 -50 043 60 429 30 2746 -02 019 -87 044 99
AsSp 362 2752 017 040 424 17 2749 -01 017 -23 043 63 460 27 2747 -02 016 -36 044 98
AsSp25 325 2752 016 038 389 20 2749 -01 015 -19 040 62 426 31 2747 -02 015 -33 042 105
AsSp50 317 2752 015 035 381 20 2749 -01 014 -16 038 64 423 34 2747 -02 014 -26 039 110
Como se aprecia en la Figura 5-5 se preveacute un incremento considerable en la concentracioacuten de
CO2 atmosfeacuterico sobre todo para el RCP85 Este incremento tiene una relacioacuten altamente
significativa con el aumento en Yd (Figura 5-4) Como lo exponen Fleischer et al (2008 y 2013)
el aumento de la concentracioacuten de CO2 atmosfeacuterico generan una mayor produccioacuten de tubeacuterculos
Las diferencias en Yd entre los RCP45 y RCP85 no son tan significativas (Tabla 5-3) si se
comparan con las diferencias en la concentracioacuten de CO2 (Figura 5-5) con un incremento
promedio del 36 y 74 respectivamente con respecto al periodo de referencia (Actual Figura
5-5) Al respecto Raymundo et al (2017) manifiestan que el modelo SUBSTOR-Potato subestima
el efecto del CO2 sobre Yd estimando rendimientos inferiores a los observados
0
10
20
30
40
TC As AsSplit AsSp25 AsSp50
Yd
( M
g h
a-1
)
Tratamiento
189 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3
- + NH4+ - N
Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs) temperatura
maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85 Los
datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten
Los aumentos en la temperatura y radiacioacuten (Figura 5-2) pueden promover una mayor produccioacuten
de biomasa siempre y cuando los requerimientos hiacutedricos de las plantas sean satisfechos y no se
superen los liacutemites fisioloacutegicos establecidos sobre todo de temperatura (Kleinwechter et al 2016
Lizana et al 2016) En este estudio de caso la variedad de papa Diacol Capiro se adapta a
ambientes entre los 2000 y 3500 msnm con temperaturas promedio entre los 18 y 24 degC (Porras y
Herrera 2015) Seguacuten las simulaciones en el futuro la temperatura en el aacuterea de estudio
permaneceraacute dentro del rango adecuado para el desarrollo del cultivo y se preveacuten incrementos en la
precipitacioacuten (Figura 5-2) Estos resultados son consistentes con lo expuesto por Raymundo et al
(2018) quienes manifiestan que en las zonas montantildeosas de las regiones tropicales (como en la
regioacuten donde se llevoacute a cabo el estudio) se preveacuten incrementos en el rendimiento en las proacuteximas
deacutecadas aunque contrastan con los resultados encontrados por diversos autores quienes afirman
que en sus regiones se preveacuten disminuciones en los rendimientos por cuenta del cambio climaacutetico
(Adavi et al 2018 Kumar et al 2015 Sparks et al 2014 Daccache et al 2012) Estas
predicciones pesimistas obedecen a que se espera una menor eficiencia hiacutedrica al reducirse las
precipitaciones a que se incrementa la temperatura por encima del umbral oacuteptimo o a que se
utilizan modelos que no incluyen el efecto del CO2 atmosfeacuterico
06
07
08
09
10
Antildeo
Yd OC N Min N mnrlz N abs CO2
2016 2100
190 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP 45 y 85
(2020 - 2100)
553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Indicadores centrales seleccionados
Los resultados son muy similares para todos los escenarios evaluados (Actual RCP45 y RCP85)
En la dimensioacuten ambiental existen correlaciones muy altamente significativas entre todos los
indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten
suelo-planta se aprecia una correlacioacuten muy altamente significativa entre los indicadores S-Pr y W-
kg pues tanto el uso de la tierra como el consumo de agua estaacuten relacionados con la produccioacuten es
decir cuanta aacuterea de terreno y cuaacutenta agua se requieren para producir un kg de papa En este
experimento todas las unidades experimentales independiente del tratamiento aplicado tuvieron
la misma aacuterea y se les aplicoacute la misma cantidad de agua El indicador N-kg no presentoacute correlacioacuten
con los demaacutes indicadores de este atributo (Anexos Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) ya que a
diferencia de S-Pr y W-kg entre tratamientos se aplicaron cantidades diferentes de N lo que
sugiere que en este estudio el aumento en la produccioacuten no tuvo relacioacuten con la cantidad de N
aplicado
Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente significativas se presentan entre JC y JA
para el atributo generacioacuten de empleo y entre ELB y ELB(45) para salud humana (Anexos Tabla
0
250
500
750
1000
CO
2(p
pm
)
Antildeo
Actual RCP 45 RCP 85
1971 2019
2050 2100
Actual
RCP
191 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) No existe correlacioacuten entre Yd y PCat lo cual sugiere que en este
experimento el aumento de la produccioacuten no siempre genera un incremento en la calidad
Los anaacutelisis de varianza y comparacioacuten de los indicadores presentaron muchas similitudes entre los
tres escenarios al igual que con la correlacioacuten En el escenario actual el indicador de calidad del
suelo SQW fue el uacutenico indicador que no presentoacute diferencias significativas (Tabla 5-5) Lo mismo
ocurrioacute para los indicadores W-kg Yd y JC en los escenarios RCP45 y RCP85 (Tabla 5-6 y
Tabla 5-7 respectivamente)
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad alto que implica que la
planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas pues se obtienen
buenos rendimientos con pocos aportes Sumado a esto los incrementos en CO2 atmosfeacuterico
radiacioacuten precipitacioacuten temperatura y el adecuado manejo del agua que se le da al cultivo se
traduce en un alto nivel de sostenibilidad del sistema al incrementarse el rendimiento del cultivo y
mantener las emisiones de nitroacutegeno al aire y al agua en niveles bajos a lo largo del tiempo
De acuerdo con el puntaje obtenido a partir de los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 5-4
para la dimensioacuten ambiental se definieron como indicadores centrales SQPCA (atributo calidad del
suelo) N-kg (atributo relacioacuten auelo-planta) NO3- (atributo relacioacuten suelo-agua) y GWP (atributo
relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 078 079 y 073 puntos respectivamente Para los escenarios
RCP45 y RCP85 se escogioacute el indicador eutrofizacioacuten (EP)
En la dimensioacuten social se escogieron como indicadores centrales PCat (atributo seguridad
alimentaria) JC (atributo generacioacuten de empleo) y ELB (atributo salud humana) con 079 068 y
067 puntos respectivamente En los escenarios RCP 45 y 85 el atributo generacioacuten de empleo no
tuvo representante debido a que su uacutenico indicador JC no presentoacute diferencias significativas En
estos escenarios se escogioacute HT en representacioacuten del atributo salud humana por alcanzar el mayor
puntaje (071) (Tabla 5-4)
En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica se escogieron como indicadores centrales VC (atributo
egresos) IV (atributo inversioacuten) NI (atributo ingresos) y BC (atributo rentabilidad) con 077
064 081 y 077 puntos respectivamente En el escenario RCP85 se escogioacute a GI en
representacioacuten del atributo ingresos debido a que NI no presentoacute diferencias significativas (Tabla
5-4)
192 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85 (periodo 2041
- 2070)
Atributo Ind Base RCP45 RCP85
Tt Wk Tt Wk Tt Wk
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 081
022
081
018
081
018 SQSA 079 079 079
SQW 000 079 079
SQPCA 091 091 091
Rel suelo-planta
LU 068
026
072
027
072
027 W-kg 000 000 000
N-kg 078 078 078
Rel suelo-agua
FWT 000
027
000
027
000
027 MWT 000 000 000
EP 071 075 075
NO3 079 --- ---
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 000
026
000
027
000
027 GWP 073 073 073
OLD 000 000 000
Dimensioacuten social
Seguridad alimentaria Yd 077
033 000
050 000
050 PCat 079 079 079
Generacioacuten empleo JC 068 035 000 --- 000 ---
Salud humana
ELB 067
032
054
050
054
050 ELB(45) 000 067 067
PO 000 000 000
HT 067 071 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 077
025 077
025 077
025 FC 064 064 064
Inversioacuten IV 064 021 064 021 064 021
Ingresos GI 000
027 000
027 067
027 NI 081 081 000
Rentabilidad
BC 077
027
077
027
077
027
NPV 000 000 000
ORO 000 000 000
IRR 069 069 069
BPQ 075 075 075
BPP 065 061 065
Doacutende Wk = Ponderador Ind = Indicador Tt = Puntuacioacuten total y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa
554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS)
5541 Comparacioacuten entre tratamientos
El objetivo de realizar la aplicacioacuten fraccionada de fertilizantes es aportar los nutrientes en el
momento y cantidad apropiados evitando al maacuteximo su peacuterdida Tradicionalmente en el cultivo
193 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de papa en Colombia el aporte de fertilizantes se hace durante dos momentos del ciclo en pre
siembra y al aporque o deshierba (Guerrero 1998) En cada aplicacioacuten se suministra una gran
cantidad de fertilizante cuyos nutrientes pueden llegar a perderse por volatilizacioacuten fijacioacuten o
lixiviacioacuten De acuerdo con Guerrero (1998) el efecto de las eacutepocas de aplicacioacuten y del
fraccionamiento del fertilizante depende de factores como la variedad el ciclo de cultivo la
distribucioacuten de los estolones y las raiacuteces y el reacutegimen de precipitacioacuten
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 a 068 a 070 a 071 a 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0310 ab 0320 ab 0294 a 0326 ab 0343 b
W-kg 10932 ab 11251 ab 10349 a 11476 ab 12072 b
N-kg 906 d 478 c 440 bc 366 b 256 a
Rel suelo-agua
FWT 0040 d 0020 c 0018 c 0015 b 0011 a
MWT 15438 d 7697 c 7082 c 5889 b 4130 a
EP 41E-04 d 19E-04 c 17E-04 bc 15E-04 b 10E-04 a
NO3 1722 e 1437 d 1101 c 819 b 643 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 24E-03 d 11E-03 c 10E-03 bc 85E-04 b 60E-04 a
GWP 84E-01 d 39E-01 c 36E-01 bc 30E-01 b 21E-01 a
OLD 53E-08 d 26E-08 c 24E-08 bc 20E-08 b 14E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 325 ab 315 ab 341 a 309 ab 296 b
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 98 ab 97 a 105 b 99 ab 96 a
Salud Humana
ELB 301 a 301 b 302 e 302 d 302 c
ELB(45) 013 a 013 b 014 e 014 d 014 c
PO 710E-05 d 371E-05 c 341E-05 bc 284E-05 b 199E-05 a
HT 029 d 014 c 013 bc 011 b 008 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 195 d 163 c 171 c 150 b 132 a
FC 199 b 192 a 193 a 191 a 190 a
Inversioacuten IV 1282 b 1031 a 1032 a 1028 a 1024 a
Ingresos GI 6992 ab 6934 ab 7818 a 7116 ab 6601 b
NI 3051 b 3387 ab 4184 a 3706 ab 3377 ab
Rentabilidad
BC 176 b 194 ab 213 a 207 a 203 a
NPV 5402 b 6109 ab 7607 a 6709 ab 6091 ab
ORO 043 b 048 ab 053 a 052 a 051 a
IRR 539 b 756 ab 933 a 836 a 762 ab
BPQ 55741 c 48406 b 47597 ab 46806 ab 45061 a
BPP 54343 b 49979 ab 46777 ab 49113 ab 48917 a
Con respecto a la dimensioacuten ambiental el tratamiento AsSp50 generoacute la mayor calidad de suelo en
condiciones actuales y la generariacutea en escenarios de cambio climaacutetico AsSp generariacutea una mejor
194 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y un mejor uso del agua (W-kg) en los tres escenarios gracias a
su mayor produccioacuten por unidad de aacuterea (Yd) aunque ocupoacute el tercer lugar en cuanto a cantidad de
nitroacutegeno consumido por kilogramo producido (N-kg) Aunque AsSp aportoacute los fertilizantes de
manera fraccionada aplicoacute una mayor cantidad de N con respecto a AsSp50 que fue el tratamiento
que mejor utilizoacute el N con respecto a la cantidad de papa cosechada Este tratamiento (AsSp50)
mostroacute los mejores resultados para los demaacutes indicadores evaluados en la dimensioacuten ambiental
siendo el que menor impacto ambiental negativo generariacutea al agua y a la atmoacutesfera (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
En cuanto a la dimensioacuten social en el escenario actual el tratamiento con el mayor rendimiento
(Yd) fue AsSp seguido muy de cerca por Control As y AsSp25 que no presentaron diferencias
significativas entre ellos AsSp50 generoacute el menor Yd No obstante a pesar del rendimiento la
cantidad de papa de primera categoriacutea (PCat) no mostroacute la misma tendencia siendo AsSp25 el que
obtuvo el mayor porcentaje para los tres escenarios Esto concuerda con lo mostrado por la matriz
de correlacioacuten donde se evidencia que Yd y PCat tuvieron una baja correlacioacuten (-027) (Anexos
Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) Esto sugiere que una mayor produccioacuten no estaacute relacionada
con una mayor calidad Vale la pena recordar que en este experimento la calidad del tubeacuterculo solo
se midioacute en teacuterminos de su tamantildeo
En el escenario actual ldquoControlrdquo mostroacute los mejores resultados para generacioacuten de empleo lo que
en el contexto de este trabajo significa que requirioacute el menor nuacutemero de jornales (Tabla 5-5) Esto
es paradoacutejico si se tiene en cuenta que los trabajadores van a preferir una mayor generacioacuten de
empleo Sin embargo si la mano de obra se incrementa lo mismo ocurre con los costos de
produccioacuten Esto volveriacutea insostenible el sistema productivo pues los ingresos no cubririacutean los
costos o se tendriacutea que incrementar el precio de venta lo que impactariacutea directamente a los
consumidores muchos de ellos con escasos recursos econoacutemicos Control tambieacuten mostroacute los
mejores resultados en cuanto a esfuerzo laboral (ELB y ELB(45)) para los tres escenarios (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7) Al aplicar una menor cantidad de fertilizantes (menor cantidad de
mezclas) en una menor frecuencia (menor cantidad de aplicaciones manuales) comparado con los
demaacutes tratamientos ldquoControlrdquo generoacute una menor cantidad de actividades dentro de este grupo de
indicadores No obstante al aplicar una mayor cantidad de nutrientes con un menor
fraccionamiento generoacute el mayor impacto en la salud humana representada por los indicadores
(PO y HT) siendo AsSp50 el que menor impacto generoacute (Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
Debido a fenoacutemenos de fijacioacuten lixiviacioacuten y volatilizacioacuten la fertilizacioacuten en papa generalmente
195 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tiene una eficiencia baja 10 a 20 para foacutesforo (P) y 30 a 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998)
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0250 ab 0258 ab 0240 a 0261 ab 0275 b
W-kg 8791 a 9088 a 8454 a 9180 a 9687 a
N-kg 728 d 386 c 359 bc 293 b 206 a
Rel suelo-agua
FWT 0032 d 0016 c 0015 c 0012 b 0009 a
MWT 12413 d 6218 c 5785 b 4711 b 3314 a
EP 33E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 12E-04 b 82E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 19E-03 d 90E-04 c 84E-04 bc 68E-04 b 48E-04 a
GWP 68E-01 d 32E-01 c 29E-01 bc 24E-01 b 17E-01 a
OLD 43E-08 d 21E-08 c 19E-08 bc 16E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 404 a 390 a 418 a 387 a 368 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 112 a 110 a 118 a 112 a 109 a
Salud Humana
ELB 30314 a 30349 a 30455 b 30461 b 30458 b
ELB(45) 01082 a 01131 b 01180 e 01225 d 01248 c
PO 571E-05 d 300E-05 c 279E-05 bc 227E-05 b 160E-05 a
HT 023 d 011 c 011 bc 009 b 006 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 210 d 177 c 185 c 164 b 146 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1035 a 1031 a 1027 a
Ingresos GI 8710 ab 8593 ab 9525 a 8897 ab 8233 b
NI 4612 b 4897 ab 5739 a 5333 ab 4865 ab
Rentabilidad
BC 211 b 230 ab 250 a 247 a 242 a
NPV 8337 b 8948 ab 10531 a 9768 ab 8890 ab
ORO 053 b 057 ab 060 a 060 a 059 a
IRR 809 b 1085 ab 1274 a 1193 a 1090 ab
BPQ 51536 c 45796 b 45468 b 44530 ab 43225 a
BPP 45234 a 41910 ab 39936 a 40933 ab 40875 ab
Se estima que en producciones de papa de bajo rendimiento la liberacioacuten anual de N-N2O es de 8
Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es maacutes alta que para
muchos otros cultivos (Ruser et al 1998) Al aplicar una menor cantidad de fertilizante y de forma
fraccionada se disminuye la emisioacuten de N al ambiente Burton et al (2008) encontraron que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa disminuiacutea substancialmente las emisiones de N2O al
ambiente sobre todo en tiempo de alta precipitacioacuten Aunque Peacuterez et al (2008) encontraron un
menor rendimiento y calidad de tubeacuterculos de papa criolla (Solanum phureja) cuando se
196 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fraccionaba la fertilizacioacuten (N-P-K-Mg) en dos aplicaciones (como se hace tradicionalmente en
Colombia) comparado con una sola aplicacioacuten del fertilizante requerido en presiembra Asiacute
mismo Kuisma (2002) encontroacute que hubo un mayor rendimiento cuando se aplicoacute el 100 del N
al momento de la siembra comparado con el aporte fraccionado A pesar de esto Antildeez y Espinosa
(2006) encontraron que los rendimientos de tubeacuterculos de papa fueron superiores con los
tratamientos de aplicacioacuten de N y K de forma fraccionada Papadopoulos (1988) encontroacute que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten mediante el uso de la fertirrigacioacuten en el cultivo de papa permite
mantener el N en niveles adecuados para la planta aumentando asiacute el rendimiento y disminuyendo
las peacuterdidas por lixiviacioacuten Del mismo modo Battilani et al (2008) concluyeron que el aporte
fraccionado del N mediante el uso de fertirriego permite aumentar la eficiencia de uso de N en el
cultivo de papa Todo lo anterior indica que auacuten no hay consenso sobre la cantidad adecuada de
aplicaciones de fertilizantes en el cultivo de papa
Con respecto a la dimensioacuten econoacutemica AsSp50 requirioacute un menor gasto de dinero tanto en
inversioacuten (IV) como en costos fijos (FC) y variables (VC) En contraste en el tratamiento
ldquoControlrdquo se invirtioacute la mayor cantidad de dinero en estos rubros Se debe tener en cuenta que el
22 de los costos totales del tratamiento Control fue destinado a fertilizantes mientras que para
AsSp50 se destinoacute el 86 (datos no mostrados) lo cual explica estas diferencias AsSp obtuvo los
mayores ingresos brutos (GI) y netos (NI) cuya magnitud fue suficiente para que contrarrestaraacute los
costos de produccioacuten y generaraacute los mejores indicadores de rentabilidad en los tres escenarios
(Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7) En ese sentido seguacuten Fedepapa y el Ministerio de Ambiente
y Desarrollo Territorial (2004) el rubro maacutes importante en la lista de costos de produccioacuten de papa
en Colombia es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167)
5542 Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en los resultados del anaacutelisis de componentes principales (PCA) se puede apreciar que
en la dimensioacuten ambiental para los tres escenarios el atributo calidad del suelo tiene el menor
peso (Wk) (Tabla 5-4) Esto se debe a que un solo indicador (SQPCA) evaluado en este atributo
mostroacute diferencias altamente significativas entre todos los tratamientos (Tabla 5-5 Tabla 5-6
Tabla 5-7) Algo similar ocurrioacute en la dimensioacuten social para el escenario actual en donde el
atributo salud humana tiene el menor Wk En esta misma dimensioacuten para los escenarios RCP45 y
RCP85 el atributo generacioacuten de empleo no se le asignoacute Wk debido a que ninguacuteno de sus
197 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
indicadores mostroacute diferencias significativas (Tabla 5-6 Tabla 5-7) En la dimensioacuten econoacutemica
se asignoacute el valor mas bajo de Wk al atributo inversioacuten (INV) (Tabla 5-4) por presentar
diferencias significativas en un solo tratamiento (Control) (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla 5-7)
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0242 ab 0250 ab 0233 a 0252 ab 0267 b
W-kg 8518 a 8809 a 8211 a 8878 a 9403 a
N-kg 706 d 374 c 349 bc 283 b 200 a
Rel suelo-agua
FWT 0031 d 0015 c 0014 c 0012 b 0008 a
MWT 12026 d 6025 c 5612 c 4554 b 3218 a
EP 32E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 11E-04 b 80E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 18E-03 d 87E-04 c 81E-04 bc 66E-04 b 47E-04 a
GWP 66E-01 d 31E-01 c 28E-01 bc 23E-01 b 16E-01 a
OLD 42E-08 d 20E-08 c 19E-08 bc 15E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 417 a 403 a 430 a 400 a 380 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 114 a 112 a 120 a 115 a 111 a
Salud Humana
ELB 30307 a 30342 a 30446 b 30452 b 30450 b
ELB(45) 01060 a 01109 b 01158 e 01200 d 01225 c
PO 225E-01 d 111E-01 c 104E-01 bc 842E-02 b 595E-02 a
HT 000 d 000 c 000 bc 000 b 000 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 212 d 179 c 188 c 167 b 148 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1036 a 1032 a 1028 a
Ingresos GI 8989 ab 8866 ab 9807 a 9199 ab 8483 b
NI 4865 a 5145 a 5997 a 5609 a 5092 a
Rentabilidad
BC 216 b 236 ab 255 a 254 a 248 a
NPV 8813 b 9414 ab 11016 a 10288 ab 9316 ab
ORO 054 b 058 ab 061 a 061 a 060 a
IRR 853 b 1138 ab 1331 a 1254 a 1139 ab
BPQ 51064 a 45491 b 45202 b 44256 bc 43023 c
BPP 44089 a 40878 ab 39026 b 39860 ab 39918 ab
Como se aprecia en la Figura 5-6 para los tres escenarios AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
ambiental y econoacutemica mientras que ldquoControlrdquo generoacute la mayor sostenibilidad social Al
equilibrar las tres dimensiones AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad con IS-A = 090 IS-45 =
088 e IS-85 = 088 esto a pesar de que este tratamiento generoacute el menor rendimiento (Yd) En ese
sentido es necesario recordar dos hechos 1) el impacto ambiental estimado mediante LCA basa
sus caacutelculos a partir de la produccioacuten de un kg de papa fresca y 2) los ingresos brutos (GI)
198 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
provienen de la venta del producto cosechado por ende entre maacutes produccioacuten por unidad de aacuterea
(Yd) maacutes ingresos Esto explica porque Yd interactuacutea con muchos indicadores ambientales
sociales y econoacutemicos No obstante como se pudo evidenciar generar el mayor rendimiento no
asegura la mayor sostenibilidad del sistema
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Los anaacutelisis de sostenibilidad evaluacutean la interaccioacuten de las dimensiones social ambiental y
econoacutemica como un todo daacutendole la misma importancia a cada dimensioacuten Cada una de esas
dimensiones evaluacutea indicadores que no se asocian directamente con el rendimiento Por ejemplo
aunque Control mostroacute un buen rendimiento presentoacute el maacutes bajo porcentaje de papa de primera
categoriacutea y los maacutes altos costos de produccioacuten por lo que se ubicoacute en el uacuteltimo lugar en cuanto a
sostenibilidad econoacutemica Tambieacuten al utilizar una mayor cantidad de fertilizante generoacute un mayor
impacto ambiental mientras que AsSp50 que fue el tratamiento con menor rendimiento tuvo los
menores costos de produccioacuten al utilizar una menor cantidad de fertilizantes lo que le sirvioacute para
convertirse en el mejor tratamiento de la dimensioacuten ambiental Estos resultados son prometedores
e
dc
b
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
00
02
04
06
08
10
IS
Ambientala a a
a a
d
c c
b
a
d
cc
b
a
Social
b
aab a a
b
a a a a
b
a aa a
00
02
04
06
08
10
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
IS
Econoacutemico
Actual RCP 45 RCP 85
e
d cb
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Total
199 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
si se tiene en cuenta que la papa es uno de los cultivos con mayor consumo de fertilizantes por
unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y Boyacaacute en Colombia En condiciones
comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de fertilizantes compuestos
(Barrera 1998)
56 Conclusiones
En el estudio de caso que se abordoacute en este trabajo en el cual se modeloacute el comportamiento del
rendimiento del cultivo de papa bajo diferentes tratamientos de fertilizacioacuten y escenarios de
cambio climaacutetico se aprecia que las diferencias en rendimiento entre tratamientos se hacen menos
significativas en el futuro pese a que todos los tratamientos tienden a generar una mayor
produccioacuten A pesar de este nuevo panorama el resultado del anaacutelisis de sostenibilidad arroja los
mismos resultados en el presente y en el futuro siendo el tratamiento con la menor aplicacioacuten de
fertilizante de forma fraccionada el mas sostenible a lo largo del tiempo Estos resultados sugieren
que las praacutecticas de manejo integrado de la fertilizacioacuten como construir y aplicar la foacutermula de
fertilizacioacuten de acuerdo con las propiedades del suelo y los requerimientos nutricionales y
fenologiacutea de la planta generan una mayor sostenibilidad del sistema de produccioacuten de papa
200 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ANEXOS Capiacutetulo 5
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario actual
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP NO3 AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ 053
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 061
NO3 072 072 072 03 10 10 10 069
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 028 07 20 20 10 ϯ 067
PCat 028 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10 058
S Hm
ELB 100 075 075 02 10 10 10 ϯ 057
ELB(45) 100 075 076 02 10 10 10 ϯ
PO 075 075 100 02 10 10 10 ϯ 055
HT 075 076 100 02 10 10 10 ϯ 057
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 062 04 20 20 10 ϯ 067
FC 062 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 094 01 10 10 10 ϯ
NI 094 01 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 095 099 094 081 095 01 10 10 05 072
NPV 095 094 092 062 094 01 20 20 10 064
ORO 099 094 091 083 094 01 10 10 05
IRR 094 092 091 079 092 01 10 10 05 064
BPQ 081 062 083 079 077 02 20 20 10 065
BPP 095 094 094 092 077 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
201 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 45
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10 ϯ
PCat 029 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ
NI 096 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 092 100 092 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 055 092 02 20 20 10 064
ORO 100 091 090 082 094 01 10 10 05
IRR 092 088 090 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 055 082 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 094 091 075 01 10 10 05 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
202 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 85
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 008 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 008 05 20 20 07 ϯ
N-kg 008 008 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10
PCat 029 07 20 20 10 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ 057
NI 096 00 10 10 10 ϯ
Rtbl
BC 092 100 091 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 054 092 02 20 20 10 069
ORO 100 091 089 081 093 01 10 10 05
IRR 091 088 089 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 054 081 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 093 091 075 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Conclusiones generales
Existe un considerable nuacutemero de herramientas que permiten evaluar la sostenibilidad de
diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola MSEAS es comuacuten a estas en cuanto al uso de
indicadores y el proceso de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten No obstante MSEAS posee
cinco caracteriacutesticas que la hace diferente 1) Estaacute orientada a escala de parcela o unidad
experimental mientras que las demaacutes se utilizan a partir de escala de finca especiacuteficamente
MSEAS se utiliza para evaluar tratamientos dentro de un experimento aplicado 2) Evalua la
sostenibilidad de las actividades orientadas al manejo del suelo o con injerencia en este recurso
natural En ese sentido la dimensioacuten ambiental de MSEAS esta dividida en atributos que
relacionan al suelo con la planta el agua y la atmoacutesfera 3) MSEAS parte de un marco de seleccioacuten
de indicadores que da eacutenfasis a procesos cuantitativos mientras que las demaacutes herramientas
seleccionan los indicadores a partir de paraacutemetros principalmente subjetivos 4) MSEAS se adapta
para evaluar la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten en condiciones actuales o ante posibles
condiciones futuras y 5) A partir de la construccioacuten de un inventario del sistema productivo para
cada unidad experimental MSEAS incluye un importante nuacutemero de indicadores Algunos de
estos pueden estimarse mediante herramientas de modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle
Assessment) y DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer)
Con el uso de MSEAS se evidencioacute que las evaluaciones de sostenibilidad como una integracioacuten
multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son un mecanismo eficaz para
evaluar diferentes alternativas o actividades agriacutecolas relacionadas con el manejo del suelo y
definir cuaacutel es mas viable ambiental econoacutemica y socialmente El uso de MSEAS mostroacute que en
investigacioacuten aplicada para designar un tratamiento como ldquoel mejorrdquo se debe hacer sobre la base
de su sostenibilidad pues cuando solo se tienen en cuenta unas pocas variables y la recomendacioacuten
se hace basada simplemente en los resultados teacutecnicos se pueden generar sesgos al no tener en
cuenta coacutemo el tratamiento recomendado afectariacutea el entorno ambiental social y econoacutemico de los
productores Los resultados de los anaacutelisis de sostenibilidad de los diferentes experimentos
mostraron falencias que probablemente no se visibilizan sin la ayuda de este tipo de anaacutelisis Se
204 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
identificoacute por ejemplo que el uso de abonos orgaacutenicos no asegura un incremento en la
sostenibilidad ambiental
Al hacer la evaluacioacuten de sostenibilidad con MSEAS los resultados pueden contradecir las
presunciones que se hacen en campo En el experimento de evaluacioacuten de foacutermulas de fertilizacioacuten
orgaacutenico-mineral en tomate el tratamiento donde se utilizoacute uacutenicamente fuentes de siacutentesis quiacutemica
alcanzoacute el mayor nivel de sostenibilidad En el experimento de fraccionamiento de la fertilizacioacuten
en papa el tratamiento que obtuvo el menor rendimiento generoacute la mayor sostenibilidad del
sistema productivo En el experimento de rotacioacuten la secuencia papa-papa-avena generoacute la mayor
sostenibilidad mientras que papa-arveja-papa obtuvo el menor nivel de sostenibilidad a pesar de
generar los mayores ingresos econoacutemicos Esto sugiere que si se tuviera en cuenta solamente el
rendimiento como indicador para designar el mejor tratamiento los resultados seriacutean distintos a los
mostrados por los anaacutelisis de sostenibilidad llevados a cabo
Con el marco de referencia que se construyoacute para seleccionar indicadores adaptado e incluido en
MSEAS se observoacute que es posible elegir indicadores reduciendo el nivel de subjetividad
tradicionalmente ligado a este proceso Esto se logra si se siguen una serie de criterios de seleccioacuten
cuantitativos rigurosos y preestablecidos
Los anaacutelisis de sostenibilidad al enmarcar el ambiente la sociedad y la economiacutea permiten
evaluar los sistemas de produccioacuten agriacutecola de forma global Estimar cuan sostenible seriacutean los
sistemas (tratamientos) evaluados a lo largo del tiempo antildeade mayor objetividad al anaacutelisis Con
este trabajo se mostroacute que es posible estimar el nivel de sostenibilidad a lo largo del tiempo
Gracias a herramientas como DSSAT se pueden establecer muacuteltiples escenarios de evaluacioacuten En
este trabajo se evaluaron dos asociados al cambio climaacutetico
205
Recomendaciones
Con el fin de estudiar las interacciones del suelo con el ambiente se recomienda que en los anaacutelisis
de sostenibilidad cada atributo (calidad del suelo relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera y
relacioacuten suelo-planta) esteacute representado por un indicador De esta forma se podriacutea mostrar un
panorama maacutes amplio del impacto del manejo del suelo sobre el ecosistema en el cual se desarrolla
el cultivo Tambieacuten es recomendable que cada atributo de las dimensiones social y econoacutemica
esteacuten representados por un indicador en el anaacutelisis de sostenibilidad
En este proyecto se utilizoacute DSSAT para hacer las modelaciones no obstante es decisioacuten de los
investigadores utilizar este software o cualquier otro que le permita llegar a los resultados deseados
con MSEAS
Se debe tener en cuenta que el alcance de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental en
donde se trata de simular las condiciones comerciales es decir la uacutenica modificacioacuten en cuanto al
manejo del sistema de produccioacuten agriacutecola es respecto a los tratamientos Experimentos en
condiciones totalmente controladas (pej en laboratorio o fitotroacuten) podriacutean tener limitaciones para
usar MSEAS pues el inventario del sistema productivo podriacutea no estar relacionado con las
condiciones reales de cultivo
El nuacutemero arrojado por el iacutendice de sostenibilidad (0 a 1) no indica que si un tratamiento obtiene
un valor de uno genera una sostenibilidad total del sistema productivo Este iacutendice se utiliza para
comparar el nivel de sostenibilidad entre diferentes tratamientos Valores cercanos a uno sugieren
el mayor nivel de sostenibilidad entre los tratamientos evaluados pero esto no quiere decir en
teacuterminos absolutos que ese sistema realmente es sostenible Puede que todos los tratamientos en
la realidad generen un muy bajo nivel de sostenibilidad pero al hacer la comparacioacuten entre ellos
uno sobresalga y obtenga un IS alto cercano a uno Esto podriacutea contrarrestarse a medida que los
indicadores utilizados esteacuten mejor parametrizados es decir que cuenten con rangos oacuteptimos
aceptados en la comunidad cientiacutefica De este modo las evaluaciones entre los tratamientos se
realizariacutean a partir de estos rangos y no de las comparaciones ldquomayor o menor es mejorrdquo
206 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Se debe tener en cuenta que con MSEAS no se pretenden hacer predicciones Esta metodologiacutea
sirve para evaluar posibles escenarios pero de ninguacuten modo se deben tomar como predicciones del
futuro Esto busca que a partir de la evaluacioacuten de multiples escenarios se evidencie si existe
consistencia con los resultados mostrados en condiciones actuales
Los suelos donde se llevaron a cabo los experimentos tienen un nivel de fertilidad alto que implica
que la planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas En
futuros trabajos se podriacutea simular el comportamiento del cultivo en un ambiente con mayores
limitaciones edafoclimaacuteticas
207
Alcance proyecciones y limitaciones
MSEAS posee el siguiente alcance
bull Escala El alcance geograacutefico de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental
bull Liacutenea de investigacioacuten Manejo de suelos en actividades agriacutecolas con impacto directo en
el suelo labranza fertilizacioacuten riego y rotacioacuten
bull Tipo de investigacioacuten Investigacioacuten aplicada cuyos resultados obtenidos sean
susceptibles de aplicacioacuten directa en condiciones de produccioacuten real comercial
bull Condiciones experimentales Experimentos que emulan las condiciones de produccioacuten
comercial donde los tratamientos son las uacutenicas fuentes de variacioacuten
bull Datos de entrada obligatorios Inventario del sistema productivo e indicadores para cada
atributo de cada dimensioacuten
Proyeccioacuten El siguiente paso para MSEAS es construir una aplicacioacuten que automaacuteticamente
seleccione los indicadores y calcule el iacutendice de sostenibilidad Esto a partir del ingreso de los
resultados de todos los indicadores crudos medidos en el experimento La aplicacioacuten podriacutea tener
ademaacutes una conexioacuten a la base de datos de LCA (Ecoinvent) y todas las funciones financieras De
esta forma a partir de los datos del inventario del sistema productivo la aplicacioacuten arrojariacutea
automaacuteticamente resultados de algunos indicadores ambientales y sociales y todos los indicadores
econoacutemicos
Limitaciones
No es sencillo estimar las variaciones del suelo en el futuro a traveacutes de indicadores de calidad del
suelo debido a que no existen los modelos que permitan simular todas las propiedades incluidas en
dichos indicadores Los avances maacutes importantes se han dado con carbono orgaacutenico y nitroacutegeno
pero la mayoriacutea de los indicadores de calidad del suelo incluyen propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas llevando a la necesidad de asumir que estas propiedades permaneceraacuten constantes y
solo se modificaraacuten las variables que se pueden modelar
208 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Otra de las limitaciones de las evaluaciones de sostenibilidad en el futuro es que el proceso de
modelacioacuten requiere que los cultivares ya esteacuten calibrados con los diferentes modelos En este
caso la variedad de papa Diacol Capiro se calibroacute en estudios anteriores por lo que fue posible
realizar el anaacutelisis Sin embargo tomate al ser producido bajo cubierta no se puede modelar con
DSSAT Del mismo modo en el estudio de rotacioacuten los cultivos de avena forrajera y arveja no
han sido modelados ni en DSSAT ni en otros softwares Esto se puede contrarrestar utilizando
softwares o modelos que si tengan establecidos los cultivares que se pretenden analizar
209
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Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada
a experimentos agriacutecolas asociados al
suelo
Oscar Ivaacuten Monsalve Camacho
Tesis presentada como requisito parcial para optar al tiacutetulo de
Doctor en Ciencias Agrarias
Director (a)
Geoacuteloga PhD Martha Cecilia Henao Toro
Liacutenea de Investigacioacuten
Suelos y Aguas
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias Agrarias
Bogotaacute DC Colombia
2021
A mi esposa Nadia Luque y nuestro hijo Jacobo
Monsalve Luque porque son mi apoyo fortaleza y
verdadero horizonte
Agradecimientos
Agradezco a Dios a mi familia y a todas las personas que me brindaron su apoyo para la
realizacioacuten de este trabajo
A la profesora Martha Henao por su guiacutea apoyo y sobre todo por su comprensioacuten e inmensa
humanidad quien no solo se limitoacute a guiar y corregir mi trabajo sino que ademaacutes fue un apoyo
constante
A los miembros de mi comiteacute doctoral profesores Andreacutes Pentildea Angela Castantildeo Aquiles
Darghan Helena Goacutemez y Jesus Ospina
A los profesores e investigadores Andrea Rodriacuteguez Carlos Bojacaacute Gerrit Hoogenboom Johan
Sebastian Gutierrez Oscar Castillo Yolanda Rubiano por su guiacutea cientiacutefica y valiosas ensentildeanzas
A la Universidad Nacional de Colombia
A la Corporacioacuten Colombiana de Investigacioacuten Agropecuaria (Agrosavia)
Al Centro de Biosistemas de la Universidad Jorge Tadeo Lozano
A la Universidad de Florida
Y a todos los que directa o indirectamente aportaron su granito de arena para que pudiera alcanzar
el objetivo
Resumen y Abstract IX
Resumen
A escala finca regioacuten paiacutes o planeta existe un considerable nuacutemero de instrumentos que evaluacutean
cualitativa o cuantitativamente el nivel de sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola
Las opciones se reducen si la evaluacioacuten se quiere realizar a nivel ultra detallado donde el sistema
productivo estaacute a escala de parcela o unidad experimental es decir en investigacioacuten agriacutecola
aplicada En este contexto es comuacuten que los mejores tratamientos sean identificados a traveacutes de
las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis estadiacutestico de variables como rendimiento
pero no se definen desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola conectando al
ambiente la sociedad y la economiacutea como un todo Por otra parte muchos de los estudios de
sostenibilidad agriacutecola se realizan sin tener en cuenta las caracteriacutesticas del suelo Esto contrasta
con el efecto directo y determinante que este recurso tiene sobre la agricultura Ademaacutes de la
restriccioacuten de detalle geograacutefico y la escasa importancia que se le da al suelo las actuales
herramientas no abordan cuantitativamente la sostenibilidad a largo plazo Teniendo en cuenta
estas tres limitaciones se disentildeoacute construyoacute y evaluoacute MSEAS (Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo) una herramienta de
anaacutelisis de la sostenibilidad agriacutecola basada en indicadores que reuacutene las tres dimensiones de la
sostenibilidad ambiental social y econoacutemica y a traveacutes de un iacutendice cuantitativo mide el nivel
actual o futuro de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados en experimentos sobre manejo
del suelo MSEAS se construyoacute con cuatro caracteriacutesticas importantes
1) adaptable a experimentos asociados a actividades de manejo del suelo con diversas
caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten
2) modulable dependiendo de la cantidad y calidad de los datos se tiene la opcioacuten de evaluar solo
la sostenibilidad actual o la sostenibilidad actual y futura
3) cuantificable el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un iacutendice
cuantitativo
4) inferencial es posible estimar un importante nuacutemero de indicadores mediante herramientas de
modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle Assessment) y DSSAT (Decision Support System
for Agrotechnology Transfer)
X Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Antes de construir MSEAS se plantearon cuatro documentos de liacutenea base
1) Revisioacuten sobre indicadores de sostenibilidad agriacutecola asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo
2) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental
3) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agriacutecolas
4) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
Estos trabajos sirvieron de liacutenea base y sustento teacutecnico para la puesta a punto de MSEAS la cual
se desarrolloacute a traveacutes de tres procesos disentildeo construccioacuten y evaluacioacuten con datos simulados uso
en condiciones actuales y uso en escenarios futuros Se utilizaron datos de experimentos reales
(estudios de caso) para evaluar la metodologiacutea La principal conclusioacuten que se desprende de esta
evaluacioacuten es que es viable el uso de MSEAS con experimentos agriacutecolas orientados al suelo ya
que se evidencioacute su capacidad para identificar los tratamientos ambiental social y
econoacutemicamente maacutes sostenibles en los experimentos evaluados
Palabras clave MSEAS indicador de sostenibilidad calidad del suelo relacioacuten suelo-planta
relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera DSSAT LCA
Contenido XI
Abstract
At the farm region country or global scale there are many instruments that qualitatively or
quantitatively assess the level agricultural production systems sustainability The options are
reduced if the evaluation is to be carried out at the ultra-detailed level where the production
system is at the plot or experimental unit scale ie in applied agricultural research In this context
it is common for the best treatments to be identified through the significant differences resulting
from the statistical analysis of variables such as yield However they are not defined from the
sustainability of the agricultural production system connecting the environment society and the
economy On the other hand many agricultural sustainability studies are conducted without
considering soil characteristics This contrasts with the direct and determining effect that this
resource has on agriculture In addition to the restriction of geographic detail and the low
importance given to soil current tools do not quantitatively address long-term sustainability With
these three limitations in mind MSEAS (Methodology for Sustainability Evaluation oriented to
Soil Associated Agricultural Experiments) an indicator-based agricultural sustainability analysis
tool was designed constructed and evaluated It brings together the three dimensions of
sustainability environmental social and economical and through a quantitative index measures
the current or future level of sustainability of the treatments evaluated in soil management
experiments MSEAS was constructed with four essential characteristics
1) Adaptable to experiments associated with soil management activities with diverse spatial
temporal and measurement characteristics
2) Modular since depending on the quantity and quality of the data there is the option of
evaluating only current sustainability or current and future sustainability
3) Quantifiable the level of sustainability of treatments is determined through a quantitative index
4) Inferential since it is possible to estimate many indicators using modeling and simulation tools
such as LCA (Life Cycle Assessment) and DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology
Transfer)
Before building MSEAS four baseline documents were proposed
1) Review of agricultural sustainability indicators associated with soil properties processes and
management
2) Evaluation of soil quality indicators with the possibility of use at plot or experimental unit scale
XII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3) Labour effort Indicator to estimate the magnitude of physical effort in agricultural work
4) Framework for the selection of the minimum set of indicators for agricultural sustainability
evaluations at the plot scale
These works served as a baseline and technical support for the development of MSEAS which
was developed through three processes design construction and evaluation with simulated data
use in current conditions and future scenarios Data from real experiments (case studies) were
used to evaluate the methodology The main conclusion drawn from this evaluation is that the use
of MSEAS with soil-oriented agricultural experiments is feasible Its ability to identify the most
environmentally socially and economically sustainable treatments in the evaluated experiments
was evidenced
Keywords SMAES sustainability indicator soil quality soil-plant relationship soil-water
relationship soil-atmosphere relationship DSSAT and LCA
Contenido XIII
Contenido
Resumen IX
Abstract XI
Contenido XIII
Lista de figuras XVI
Lista de tablas XVIII
Lista de abreviaturas XXII
Introduccioacuten general 23
1 Marco teoacuterico 28 11 Sostenibilidad agriacutecola 28 12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola basadas en indicadores 29 13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia 31 14 Suelo y variabilidad climaacutetica 31 15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en agricultura 33 16 Indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten 37 161 Resumen 37 162 Abstract 37 163 Introduccioacuten 38 164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten 39 165 Metodologiacutea 39 166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola 40 167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con su entorno
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 50 168 Conclusiones 55
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS 56 21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados para la construccioacuten y evaluacioacuten
de MSEAS 57 211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate bajo invernadero
(ExTom) 57 212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como estrategia para
reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el cultivo de papa (ExPtSp) 57 213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) 58
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela
o unidad experimental 59 221 Resumen 59 222 Abstract 60
XIV Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
223 Introduccioacuten 60 224 Metodologiacutea 64 225 Resultados 72 226 Discusioacuten 81 227 Conclusiones 87
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agricolas 88 231 Resumen 88 232 Abstract 88 233 Introduccioacuten 89 234 Metodologiacutea 90 235 Resultados y discusioacuten91 236 Conclusiones 98
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela 99 241 Resumen 99 242 Abstract 100 243 Introduccioacuten 100 244 Metodologiacutea 103 245 Resultados 111 246 Discusioacuten 115 247 Conclusiones 117
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) 118 31 Resumen 118 32 Abstract 119 33 Introduccioacuten 119 34 Materiales y Meacutetodos 121
341 Revisioacuten y tipos de indicadores 121 342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores 121 343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 122
35 Resultados y discusioacuten 126 351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial en MSEAS 126 352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten seleccionados para definir un
uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 133 36 Conclusiones 139
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales 141 41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de un cultivo de tomate frente a la
aplicacioacuten de cinco mezclas de fertilizantes 141 411 Resumen 141 412 Abstract 142 413 Introduccioacuten 142 414 Materiales y Meacutetodos 144 415 Resultados y discusioacuten 154 416 Conclusiones 163
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de
caso en Mosquera Colombia 165 421 Resumen 165 422 Abstract 165
Contenido XV
423 Introduccioacuten 166 424 Materiales y Meacutetodos 167 425 Resultados y discusioacuten 170 426 Conclusiones 177
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa 179 51 Resumen 179 52 Abstract 180 53 Introduccioacuten 180 54 Materiales y Meacutetodos 181
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema productivo 181 542 Uso de MSEAS en condiciones actuales 182 543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura 183
55 Resultados y discusioacuten 185 551 Escenario de cambio climaacutetico 185 552 Modelacioacuten en DSSAT 186 553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores centrales
seleccionados 190 554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS) 192
56 Conclusiones 199 ANEXOS Capiacutetulo 5 200
Conclusiones generales 203
Recomendaciones 205
Alcance y proyecciones 207
Bibliografiacutea 209
XVI Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de figuras
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor 27
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al
2017 35
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten
agriacutecola con indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor55
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los
tratamientos de los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo
(abajo) SMAF SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P)
SQPCA(P) PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto 78
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto
miacutenimo de indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten 115
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten
estaacutendar desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94 134
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los
iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 136
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 137
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 138
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 139
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 161
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tukey Plt 005) n=15 176
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a
experimentos agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de
sostenibilidad en condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP
Inventario del sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de
Contenido XVII
componentes principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules
corresponden a macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El
autor 182
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos
los puntos de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia) 187
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador
rendimiento (Yd) en el escenario actual 188
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3- +
NH4+ - N Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs)
temperatura maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85
Los datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten 189
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP
45 y 85 (2020 - 2100) 190
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay
diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 198
Contenido XVIII
Lista de tablas
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad
agriacutecola 30
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 32
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado
de Hoogenboom et al 2017 36
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades
agriacutecolas Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 46
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados
en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 51
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 52
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 53
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 54
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo 61
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
62
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
63
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos
(Exp) en evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias
significativas (Plt005) 65
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades
(Props) pH (agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD)
densidad aparente (Db) conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del
indicador de calidad de suelo SQSMAF Fuente adaptado de Andrews et al (2004) 67
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado 68
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de
calidad de suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados 73
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA
para los tres experimentos evaluados 74
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados 75
Contenido XIX
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para
los tres experimentos evaluados 76
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los
tres experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) 76
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de
calidad de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados 77
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los
tres experimentos evaluados 79
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los
tres experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes
aplicados al suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005
= P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados 91
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) 92
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten
terreno ST = Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP =
Cosecha y postcosecha Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado 92
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado
seguacuten su grado de esfuerzo (GE) 95
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende
GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 96
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las
labores de cultivo entre los sistemas evaluados 97
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y
MuiNo Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo
MaxGET = Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 98
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola
(Fuente de Olde et al 2016b) 102
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de
caso 110
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten
obligatorios (ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt
Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No
redundante y SgDf Significativamente diferente 111
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no
obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ
Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de
presente y futuro AgVr Agregado113
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc)
NoCv = No covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de
XX Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
correlacioacuten obtenido en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis
de covarianza en el componente principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador
correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de covarianza del PCA 114
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten 126
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 128
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 129
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 130
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 131
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 132
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 133
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del
inventario del sistema productivo 145
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema
productivo La informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento
individualmente 145
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental 149
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social 151
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica 152
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 155
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores 156
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 158
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 159
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados 163
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores 171
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 173
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 174
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 175
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y
Garzoacuten (2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio 184
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de
Ordontildeez y Bolivar (2014) 184
Contenido XXI
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ -
Nmin) y nitroacutegeno absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040
2041-2070 y 2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto
al periodo 2016-2040 188
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85
(periodo 2041 - 2070) 192
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada
tratamiento para el escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores
centrales 193
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 195
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 197
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario actual 200
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 45 201
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 85 202
XXII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de abreviaturas
Ab Teacutermino Ab Teacutermino Ab Teacutermino
AcTn Aceptacioacuten Inc Terreno inclinado OrC Testigo (control) orgaacutenico
AGG Estabilidad de agregados IRR Tasa interna de retorno ORO Tasa de oportunidad obtenida
AgVr Agregado IS Iacutendice de sostenibilidad PaArPa Rotacioacuten papa-arveja-papa
AP Acidificacioacuten potencial IS-45 Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
45 PaAvAr Rotacioacuten papa-avena-arveja
As Tratamiento Foacutermula de fertilizacioacuten de
Agrosavia IS-85
Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
85 PaPaAv Rotacioacuten papa-papa-avena
AsSp Tratamiento Fraccionamiento mensual de
As IS-A Iacutendice de sostenibilidad actual PCA Anaacutelisis de componentes principales
AsSp25 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 25 ISP IS por producto de indicadores ponderados PCat
Porcentaje de producto de primera
categoriacutea
AsSp50 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 50 ISS IS por suma ponderada de indicadores PCG Potencial de calentamiento global
BC Relacioacuten beneficio costo ISλ IS por funcioacuten multicriterio Pln Terreno plano
BPP Punto de equilibrio por precio IV Inversioacuten PlnAl Altamente tecnificado en terreno plano
BPQ Punto de equilibrio por cantidad JA Jornales por antildeo por hectaacuterea PlnEs Escasamente tecnificado en terreno plano
CAA Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Almacenamiento de Agua JC Jornales por ciclo por hectaacuterea PlnMd
Medianamente tecnificado en terreno
plano
CDR Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces LC Labores culturales PlnNo No tecnificado en terreno plano
ChC Testigo (control) quiacutemico LCA Anaacutelisis de ciclo de vida PLSR Regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales
CMI Conjunto miacutenimno de indicadores MdAs Medicioacuten asequible PO Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos
CRH Capacidad de retencioacuten de humedad MdEd Medido o estimado PrFu Balance de presente y futuro
CrLc Criterio de correlacioacuten de seleccioacuten de
indicadores Min Terreno muy inclinado PrTz Parametrizado
CS Cobertura del suelo MNM El menor es el mejor RCP Viacutea de concentracioacuten representativa
CSN Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Suministro de Nutrientes MuiAl
Altamente tecnificado en terreno muy
inclinado RWU Absorcioacuten de agua por la raiacutez
CuAt Cuantificable MuiEs Escasamente tecnificado en terreno muy
inclinado SgDf Significativamente diferente
DsPt Desarrollo participativo MuiMd Medianamente tecnificado en terreno muy
inclinado MSEAS
Metodologiacutea de evaluacioacuten de la
sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo
DSSAT Sistema de soporte a la decisioacuten para
transferencia de agrotecnologiacutea MuiNo No tecnificado en terreno muy inclinado SockN Stock de N
ELB Indicador de esfuerzo de labor MWT Toxicidad marina S-Pr Relacioacuten suelo-produccioacuten (Uso de la
tierra)
ELB(45) Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de
labor Mx1 Mezcla organo-mineral uno SQ Calidad del suelo
Elto-kg Relacioacuten consumo de elemento por
kilogramo Mx2 Mezcla organo-mineral dos SQI Indicador de calidad del suelo
EP Eutrofizacioacuten Mx3 Mezcla organo-mineral tres SQPCA SQI con PCA
EpIn Especiacuteficamente interpretable MYM El mayor es el mejor SQPLSR SQI con PLSR
EtA Ecotoxicidad acuaacutetica NbAt Criterios no obligatorios alternos de
seleccioacuten de indicadores SQSA SQI aditivo simple
EtT Ecotoxicidad terrestre NbPr Criterios no obligatorios principales de
seleccioacuten de indicadores SQSMAF
SQI Marco de referencia de evaluacioacuten del
manejo del suelo
ExPtRo Experimento papa rotacioacuten NI Ingresos netos SQWP SQI aditivo ponderado
ExPtSp Experimento papa fraccionamiento N-kg Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo
producido StockC Stock de carbono
ExTom Experimento fertilizacioacuten tomate NoRd No redundante TrEs Trasnsparente y estandarizado
FAg Funcioacuten de agregacioacuten NPV Valor presente neto UE Unidad experimental
FC Costos fijos ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VC Costos variables
FWT Toxicidad de agua dulce ObGt Criterios obligatorios de seleccioacuten
indicadores VrRt Variable entre repeticiones
GE Grados de esfuerzo de labor ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad W Ponderador
GI Ingresos brutos ODS Objetivo de Desarrollo sostenible W-kg Cantidad de agua por kilogramo producido
GWP Calentamiento global OIR Tasa de intereacutes de oportunidad Yd Rendimiento
HT Toxicidad humana OLD Agotamiento de la capa de ozono
Introduccioacuten general
Se han desarrollado una serie de propuestas para disminuir el impacto que sobre el ambiente la
sociedad y la economiacutea produce el manejo inadecuado de los cultivos Estas son evaluadas desde
diferentes enfoques pero sin duda el que ha ganado maacutes importancia y se ha ido adoptando en el
mundo es el de la sostenibilidad al incorporar e integrar la perspectiva de las tres dimensiones o
enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1997) que incluye la viabilidad
econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017) Pero la sostenibilidad
agriacutecola no es faacutecilmente medida (Pollesch y Dale 2015) pues ademaacutes de ser multidimensional
se puede realizar a diferentes enfoques geograacuteficos de medicioacuten global (Bernard et al 2014
Kanter et al 2016 Pretty y Bharucha 2014 Repar et al 2016 Rockstroumlm et al 2017 Soussana
2014 Tittonell 2014 Yli-Viikari et al 2012) nacional (de Olde et al 2016 Ghisellini et al
2014 Kucukvar et al 2014 Rinne et al 2013 Roy y Chan 2012) regional (Dantsis et al 2010
Gaudino et al 2014 Gerdessen y Pascucci 2013 Mascarenhas et al 2010 Milder et al 2014
Triste et al 2014 Walraevens et al 2015) y de finca o sistema productivo (Beacutelanger et al 2012
Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 Marchand et al 2014 Peano et al 2014 Ryan et
al 2016 Schader et al 2016 Van Passel y Meul 2012)
Como punto de referencia el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo de tesis es una
combinacioacuten del enfoque de tres pilares de Elkington (1997) y el de desarrollo sostenible de la
WCDE (1987) Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la
economiacutea de un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la
capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades
Para facilitar las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola se han desarrollado una serie de
herramientas como aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos de
evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones cuantitativas
entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola (De Olde et
al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et
al 2014) Estas herramientas estaacuten orientadas a evaluar la sostenibilidad de los sistemas de
produccioacuten tradicionales que ya estaacuten establecidos y en curso comparando por ejemplo sistemas
24 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de produccioacuten orgaacutenica contra convencional (Van Asselt et al 2014) o con riego contra sin riego
(Goacutemez-Limon y Riesgo 2009) No obstante el problema que se identifica y del cuaacutel parte este
trabajo de tesis es que la literatura no reporta instrumentos orientados a definir cuaacutel de las
alternativas meacutetodos o teacutecnicas de produccioacuten agriacutecola evaluadas mediante experimentacioacuten
cientiacutefica es la maacutes sostenible en el corto mediano yo largo plazo Dentro de este aspecto se
considera ademaacutes que las praacutecticas agriacutecolas de manejo del suelo (fertilizacioacuten labranza y riego)
generan impacto directo sobre los recursos suelo agua y atmoacutesfera por lo que variaciones en el
meacutetodo de produccioacuten modificaraacuten el estado del ecosistema A partir de este hecho surgen dos
preguntas 1) iquestCoacutemo evaluar el impacto de estas variaciones sobre el sistema de produccioacuten y 2)
iquestQueacute hacer si el impacto es negativo Para resolver la segunda pregunta es necesario resolver la
primera En ese sentido las evaluaciones de sostenibilidad basadas en indicadores como una
integracioacuten multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son el mecanismo maacutes
eficaz para determinar si un meacutetodo alternativa o tendencia de manejo del suelo es viable
ambiental econoacutemica y socialmente Algunos de los indicadores que se utilizan estaacuten asociados
con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Por su complejidad no es sencillo
definir cuales indicadores son los que mejor representan el sistema de produccioacuten agriacutecola Debido
a esto pueden evaluarse propiedades fiacutesicas quiacutemicas o bioloacutegicas del suelo asumiendo
generalmente que estas serviraacuten de indicadores aun cuando no variacuteen con el uso o evaluar
indicadores que se ajustan maacutes a otro tipo de servicios ecosisteacutemicos Esto sugiere que es
necesario construir un instrumento basado en indicadores que permita evaluar la sostenibilidad
agriacutecola en la fase de investigacioacuten aplicada al manejo del suelo
En concordancia con lo anterior Deytieux et al (2016) sugieren que las evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola deberiacutean realizarse no solo para sistemas tradicionales de produccioacuten sino
para nuevas alternativas de cultivo desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
identificando de esta forma las praacutecticas de cultivo maacutes sostenibles para ser compartidas con los
agricultores y tomadores de decisioacuten en el territorio
Cabe aclarar que la investigacioacuten aplicada hace referencia a aquellos estudios cientiacuteficos
orientados a resolver problemas de la vida cotidiana o a controlar situaciones praacutecticas (Vargas
2009) y cuyos resultados se podriacutean utilizar directamente en un contexto comercial Una de las
subdivisiones de la investigacioacuten aplicada es la experimental (Vargas 2009) la cuaacutel requiere que
las parcelas o unidades experimentales (UE) sean lo maacutes homogeacuteneas posible con el fin de reducir
25 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
el error De esta forma se asegura que la principal fuente de variacioacuten son los tratamientos
evaluados (Goacutemez 1997 Wayne 2002 y Martiacutenez et al 2011)
El principal objetivo de la investigacioacuten aplicada al manejo del suelo en agricultura es encontrar el
tratamiento que genere el mayor rendimiento del producto cosechado Ese tratamiento es aquel que
estadiacutesticamente presenta diferencias significativas y cuya media es mayor a los demaacutes
tratamientos evaluados Recomendar un tratamiento especiacutefico basado uacutenicamente en la evaluacioacuten
estadiacutestica podriacutea conducir a errores en su implementacioacuten comercial pues muchas veces el
oacuteptimo teacutecnico no corresponde con el oacuteptimo econoacutemico (Lanfranco y Helguera 2006) y estos a
su vez no estaacuten en equilibrio con el oacuteptimo ambiental y social Dado que el objetivo de la
investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten en campo calificar un tratamiento de manejo
del suelo como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de un estudio de sostenibilidad agriacutecola en
concordancia con lo expuesto por Deytieux et al (2016)
A pesar de que en la literatura se encuentran trabajos cientiacuteficos cuyo objetivo es sugerir el
correcto manejo del suelo y recomendar el o los mejores tratamientos para su aplicacioacuten en campo
estas recomendaciones se basan en los resultados teacutecnicos de los experimentos no se hacen sobre
la base de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados y aunque en muchos de estos trabajos se
realizan evaluaciones de variables de rendimiento de impacto ambiental o de rentabilidad no
consideran la interaccioacuten entre las dimensiones ambiental social y econoacutemica como un todo (p ej
Gu et al 2018 Hosiny et al 2017 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018
Wang et al 2018) Esto puede deberse a varias razones 1) la sostenibilidad no es una
caracteriacutestica uacutenica que pueda ser faacutecilmente medida ya que es multidimensional puede evaluarse a
diferentes enfoques geograacuteficos (Pollesch y Dale 2015) 2) no existe una herramienta de
evaluacioacuten de la sostenibilidad a escala experimental que se pueda utilizar especiacuteficamente en
estudios de investigacioacuten aplicada donde los sistemas son las unidades experimentales (a las
cuales se les aplican los tratamientos) y 3) la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los sistemas
(tratamientos) presumiriacutea la realizacioacuten de encuestas y la medicioacuten de variables adicionales a las ya
medidas en cuyo caso se requeririacutea un mayor uso de recursos (experticia tiempo y dinero)
Todo lo anterior evidencia que es necesario contar con una herramienta que permita evaluar la
sostenibilidad agriacutecola en experimentos relacionados con el manejo del suelo Esto seriacutea posible
debido a que 1) Muchas de las variables que alimentariacutean los indicadores provendriacutean de la misma
investigacioacuten 2) Gracias a la homogeneidad y tamantildeo de las unidades experimentales la medicioacuten
26 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de la sostenibilidad a escala experimental podriacutea hacerse con indicadores que se enfoquen
principalmente en la(s) fuente(s) de variacioacuten evaluada(s) es decir en los tratamientos contrario a
los estudios de sostenibilidad a un enfoque geograacutefico mayor los cuales requieren una gran
cantidad de observaciones debido a la heterogeneidad de la fuente de informacioacuten (p ej Dantsis
et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010) 3) La secuencia de evaluacioacuten
establecida para otras escalas geograacuteficas de medicioacuten principalmente de finca podriacutea adaptarse a
la escala de parcela o unidad experimental 4) Los indicadores de la dimensioacuten social no tendriacutean
que abordar poliacuteticas gubernamentales diferenciales (que se apliquen dependiendo de la regioacuten o
estado) ya que estas tendriacutean la misma influencia sobre todas las unidades experimentales en
evaluacioacuten 5) Existen diferentes herramientas informaacuteticas que permiten por medio de
modelacioacuten calcular ciertos indicadores que complementan las mediciones en campo 6) La
evaluacioacuten estadiacutestica que se hace de rutina no seraacute el paraacutemetro central para la toma de decisiones
eacuteste serviraacute como herramienta para decidir cuales indicadores se incluiraacuten en el anaacutelisis de
sostenibilidad a traveacutes de la definicioacuten de diferencias significativas entre tratamientos 7) Aunque
el objetivo del desarrollo y la agricultura sostenible son claros la medicioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola es compleja
El objetivo general del presente trabajo fue construir una herramienta para evaluacioacuten de
sostenibilidad agriacutecola a escala experimental que calcule mediante iacutendices cuantitativos el nivel
de sostenibilidad actual y futura de los tratamientos evaluados en experimentos asociados al
manejo del suelo
Para el logro del objetivo general se plantearon los siguientes objetivos especiacuteficos
Objetivo 1 Construir una metodologiacutea para evaluar la sostenibilidad agriacutecola a escala
unidad experimental donde los sistemas productivos a comparar son los tratamientos
Objetivo 2 Evaluar la metodologiacutea midiendo la sostenibilidad agriacutecola actual en
experimentos de manejo del suelo en los cultivos de papa y tomate
Objetivo 3 Evaluar la sostenibilidad futura en experimentos de manejo del suelo en papa
mediante la interaccioacuten tratamiento ndash escenario de cambio climaacutetico
El trabajo expuesto en este documento se esquematiza en la Figura 0-1
27 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor
28 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1 Marco teoacuterico
11 Sostenibilidad agriacutecola
Como se expuso en el apartado anterior el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo
de tesis es Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la economiacutea de
un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de
las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades (Elkington1997 y WCDE 1987)
La mayoriacutea de las definiciones de desarrollo y agricultura sostenible contemplan tres dimensiones
(De Luca et al 2017) la ambiental la social y la econoacutemica que Huumlnnemeyer et al (1997)
definen de la siguiente forma
bull Sostenibilidad ambiental (ecoloacutegica) los ecosistemas mantienen a traveacutes del tiempo las
caracteriacutesticas fundamentales para su supervivencia en cuanto a componentes e
interacciones
bull Sostenibilidad social la forma de manejo y la organizacioacuten social permiten un grado
aceptable de satisfaccioacuten de las necesidades de la poblacioacuten involucrada
bull Sostenibilidad econoacutemica el sistema bajo uso produce una rentabilidad razonable y
estable o que hace atractivo continuar con dicho manejo a traveacutes del tiempo
El estudio de la sostenibilidad agriacutecola al igual que en otros componentes de desarrollo humano
involucra las dimensiones ambiental social y econoacutemica El informe de la Comisioacuten Mundial para
el Desarrollo y el Ambiente (WCED 1987) dejoacute en evidencia que la agricultura tiene impacto
sobre estas tres dimensiones y a su vez estas tienen impacto sobre la agricultura (Tilman et al
2002) Esto es maacutes evidente en paiacuteses en desarrollo donde esta actividad es el principal medio de
subsistencia (Rao y Rogers 2006) La agricultura no solo impacta el ambiente sino que se ve
afectada directamente por sus cambios (Tilman et al 2002) A partir del informe de la WCED
comenzaron a desarrollarse conceptos como el de agricultura sostenible que es aquella que
satisface la necesidad de alimentos de las presentes y futuras generaciones obteniendo un equilibrio
entre la integridad ambiental y la equidad econoacutemica y social (FAO 2013) Estos conceptos y
29 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
desarrollos fueron la base para que en el 2015 las Naciones Unidas incluyeran a la agricultura
dentro de los 17 objetivos de desarrollo sostenible (ODS)
El reto de la evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es que requiere el equilibrio entre la
credibilidad cientiacutefica la relevancia praacutectica y la legitimacioacuten del proceso en muacuteltiples escenarios
pues incluye un enfoque socioeconoacutemico y cientiacutefico y no solo de gestioacuten de recursos naturales
(Joice 2003) La sostenibilidad agriacutecola cuenta con un considerable nuacutemero de instrumentos de
medicioacuten principalmente a escala finca (De Olde et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014
Paracchini et al 2015 Peano et al 2014 Schindler et al 2015) Estos concuerdan en la forma y
secuencia de evaluacioacuten asiacute 1) Seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad 2) Medicioacuten de
variables e indicadores esta medicioacuten se realiza de acuerdo con la naturaleza de cada indicador y
dimensioacuten 3) Normalizacioacuten de datos 4) Ponderacioacuten y agregacioacuten de indicadores y 5)
Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad
12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola basadas en indicadores
Cuando se realiza un anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola es necesario definir los indicadores y la
teacutecnica o instrumento que los agregaraacute en iacutendices En ese sentido se han desarrollado un conjunto
de herramientas basadas en indicadores que permiten la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los
sistemas agriacutecolas (De Olde et al 2016a Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Paracchini et al 2015
Peano et al 2014 Schindler et al 2015) En la Tabla 1-1 se describen algunas de esas
herramientas seleccionadas de acuerdo con los siguientes criterios 1) Que esteacuten orientadas a
evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola a escala finca 2) Que la evaluacioacuten de la
sostenibilidad se base en indicadores 3) Que las herramientas se hayan difundido a traveacutes de
publicaciones en revistas cientiacuteficas indexadas (evaluadas por pares acadeacutemicos) 4) Que incluyan
indicadores para cada una de las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y
econoacutemica)
Las herramientas expuestas en Tabla 1-1 sirvieron como insumo y punto de partida para la
construccioacuten de MSEAS
30 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad agriacutecola Herramienta Descripcioacuten Indicadores de Suelo sugeridos Referencia
CIAS
Composite
Indicator of Agriculture
Sustainability
Metodologiacutea cuantitativa que mediante ecuaciones estima cuantitativamente la
sostenibilidad de los sistemas y agrupa cierto nuacutemero de indicadores en un indicador
compuesto valieacutendose de teacutecnicas como el anaacutelisis de componentes principales (PCA) el proceso jeraacuterquico analiacutetico (PJA) y el anaacutelisis de decisioacuten multi criterio
(ADMC) Incluye 1) desarrollo de un marco teoacuterico 2) seleccioacuten de indicadores
base 3) anaacutelisis multivariado 4) imputacioacuten de datos faltantes 5) normalizacioacuten 6) ponderacioacuten y agregacioacuten (PCA PJA o TDMC) 7) anaacutelisis de robustez y
sensibilidad 8) enlaces de indicadores compuestos con otras variables 9) retorno a
los datos reales y 10) siacutentesis
NPKbal CS
Goacutemez-
Limoacuten y Riesgo
2009
CIMSOF
Composite
Indicator
Measuring Farm Sustainability
Metodologiacutea que asigna una puntuacioacuten y clasifica individualmente el desempentildeo de
la sostenibilidad agriacutecola a traveacutes de un indicador compuesto Primero usa anaacutelisis de
componentes principales policoacutericos no negativos para reducir el nuacutemero de
indicadores eliminar su correlacioacuten y transformar las variables categoacutericas en continuas Posteriormente aplica un anaacutelisis envolvente de datos de peso comuacuten a
estos componentes principales para asignar una puntuacioacuten individual a cada sistema
evaluado Seguacuten los autores este meacutetodo resuelve el tema de las ponderaciones de forma endoacutegena permitiendo al mismo tiempo identificar caracteriacutesticas
importantes en la evaluacioacuten de la sostenibilidad
Libre eleccioacuten Dong et
al2015
IDEA
Agricultural
holdings
sustainability indicator
Incluye 10 temas divididos en 42 subtemas Se sustenta en estrevistas a fincas Para
cada indicador se obtiene una cantidad de puntos Se define un valor maacuteximo para
cada subtema y tema con el fin de limitar la posibilidad de compensar los puntajes bajos (de Olde et al 2016b)
MOS NPKbal Zahm et
al 2008
LCSA
Life Cycle
Sustainable Assessment
Es una combinacioacuten de tres metodologiacuteas de ciclo de vida (LC) que evaluacutean cada una
de las dimensiones de la sostenibilidad ambiental (LCA - anaacutelisis de ciclo de vida)
econoacutemica (LCC - costo del ciclo de vida) y social (sLCA ndash anaacutelisis del ciclo de vida
social) LCSA = LCA + LCC + sLCA Se utilizan herramientas como el anaacutelisis de
decisioacuten multi criterio (ADMC) para agregar el resultado final de los LC
EtT EP EtA PCG AP CS De Luca et
al 2018
PG Public Goods
Tool
Evaluacutea el sistema de produccioacuten agriacutecola a traveacutes de una serie de factores Cubre 11
temas con 33 subtemas Los puntajes de los subtemas se calculan utilizando varios
indicadores calificados entre 1 y 5 Los puntajes se derivan a traveacutes de una entrevista a la finca e incluyen algunas comparaciones con los promedios regionales (de Olde et
al 2016b)
Manejo del suelo Incluye
indicadores a libre eleccioacuten
Gerrard et
al 2012
PESAS
Protocol for Evaluating the
Sustainability of
Agri-Food Production
Systems
Evalua la sostenibilidad a partir de la cuantificacioacuten de indicadores base seleccionados de una lista cruda de indicadores Luego de la seleccioacuten se establecen
liacutemites de sostenibilidad para estos indicadores (parametrizacioacuten) Posteriormente se
determina su impacto en la evaluacioacuten de sostenibilidad La ponderacioacuten de los indicadores es definida por los tomadores de decisioacuten Se pueden determinar tambieacuten
los grados de compensacioacuten entre indicadores y dimensiones
NO3 PCG AP Elto-kg S-Pr van Asselt
et al 2014
RISE
Response-Inducing
Sustainability
Evaluation 20
Utiliza doce indicadores de sostenibilidad Estos se calculan a partir de 68 variables
elegidas para estimar la influencia del agruicultor en ciertas actividades La unidad
de sistema es la finca Para evaluar la sostenibilidad utiliza dos paraacutemetros de estado y de fuerza motriz ambos variacutean de 0 (mejor) a 100 (peor) (Gerrard et al
2012)
MOS pH CE TE No-Nm Bi
Cn CRH NPKbal CS
Haumlni et al
2003
SAFA
Sustainability Assessment of
Food and
Agriculture systems
Se aplica a diferentes escalas de evaluacioacuten (desde finca a global) dirigida a todos
los actores desde agricultor hasta gobiernos Utiliza diferentes niveles de recopilacioacuten de datos dependiendo de la calidad requerida Incluye 21 temas 58
subtemas y 116 indicadores El puntaje de cada indicador se evaluacutea en una escala de
1 a 5 Las puntuaciones de los indicadores se agregan al subtema y estos al tema SAFA establece diferencias en la ponderacioacuten dependiendo del rendimiento las
praacutecticas de manejo y el objetivo de la actividad (de Olde et al 2016b)
Calidad quiacutemica del suelo
MOS pH CE No-Nm Pd Bi CIC
Estructura fiacutesica del suelo Cn Calidad bioloacutegica del suelo
Abundancia de organismos
actividad de microorganismos y presencia de sustancias
metaboacutelicas
FAO 2013
SMART
Sustainability Monitoring and
Assessment
Routine
Sistematiza las directrices de SAFA modelando el rendimiento de una finca con
respecto a los 58 subtemas Para cada uno se define un objetivo globalmente Para
cada objetivo hay indicadores que combinados permiten una evaluacioacuten del nivel de
logro del objetivo que se expresa en una escala del 0 al 100 0 indica que todas las actividades agriacutecolas aplicables contrarrestan el logro del objetivo 100
representa indica que la meta de sostenibilidad se ha logrado completamente En
total la herramienta se basa en 327 indicadores para los 58 subtemas
Schader et
al 2016
31 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia
Los estudios de cambio climaacutetico se construyen a partir de las proyecciones de clima futuro
proporcionadas por los muchos modelos climaacuteticos existentes La seleccioacuten de los modelos no es
sencilla y por lo general se realiza a partir del rango completo de cambios en las variables
climaacuteticas seguacuten lo proyectado por el conjunto total de modelos climaacuteticos disponibles Tambien
puede basarse en la habilidad de los modelos climaacuteticos para simular el clima pasado o en la
combinacioacuten de ambos (Lutz et al 2016)
En Colombia se han presentado aumentos de temperatura media en superficie de entre 04 y 1degC
durante el periodo 1901 a 2012 mientras que para la precipitacioacuten no se observan cambios
significativos para el mismo periodo Sin embargo al considerar el periodo 1951-2010 se aprecian
incrementos en el norte y centro del paiacutes del orden de 10 y 50 (IDEAM et al 2015) Se estima
que en Cundinamarca en el periodo 2011-2040 aumente la temperatura en 13 degC y que para el
2100 esta se incrementaraacute en 35degC mientras que la precipitacioacuten se incrementaraacute en 847 en el
periodo 2011-2040 y para el 2100 el incremento seraacute del 914 (IDEAM et al 2015)
14 Suelo y variabilidad climaacutetica
Con respecto al suelo la situacioacuten es maacutes compleja ya que no existen modelos que permitan
predecir con suficiente certeza todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas que interactuacutean
en el sistema suelo-planta Los mayores avances se han presentado con carbono y nitroacutegeno
(Parton et al 1994 Godwin y Sing 1998) seguido de foacutesforo (Dzotsi et al 2010) El uso de los
pocos modelos de suelo que existen no es sencillo pues al igual que con el clima es
recomendable conocer como ha sido el comportamiento de las propiedades en el pasado (ge 10
antildeos) para predecir con mayor certidumbre lo que sucederaacute en el futuro (p ej Zhang et al 2016 y
Yang et al2013) Las mediciones de las propiedades del suelo de una forma permanente y a
intervalos en tiempo y espacio similares no han sido tan comunes como las mediciones de
variables climaacuteticas Cada vez maacutes estaciones son instaladas y maacutes herramientas son construidas
para medir o estimar estas variables en todas las regiones del mundo (p ej NASA POWER -
Stackhouse y Kusterer 2019) Esta situacioacuten ha obligado a realizar modelacioacuten de cultivos
asumiendo que muchas de las propiedades del suelo permaneceraacuten constantes a lo largo del
tiempo
32 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es posible saber que hacer en el presente con respecto al manejo del suelo pero este conocimiento
podriacutea no aplicar en un ambiente de variabilidad climaacutetica (Brouder y Volenec 2008) El clima
tiene una fuerte influencia en la estructura propiedades quiacutemicas y biota del suelo (Ortiacutez 2012
Altieri y Nicholls 2008) Un aumento en el reacutegimen de lluvias promueve una mayor lixiviacioacuten de
nutrientes y afecta la nutricioacuten de los cultivos en el corto plazo por hipoxia de las raiacuteces y en el
largo plazo por aumento de la erosioacuten del suelo (St Clair y Lynch 2010) El aumento de las
precipitaciones tambieacuten puede causar erosiones en las laderas montantildeosas (Ortiacutez 2012) Una
disminucioacuten de las precipitaciones reduce la absorcioacuten de nutrientes (Blum 2005) la fijacioacuten
bioloacutegica de nitroacutegeno y podriacutea interrumpir el ciclo de algunos elementos esenciales (St Clair y
Lynch 2010) Las altas temperaturas y la disminucioacuten de las lluvias podriacutean alterar los ritmos de
crecimiento de las raiacuteces pues estas disminuyen considerablemente en los suelos secos reduciendo
la cobertura del suelo y hacieacutendolo maacutes vulnerable a la erosioacuten eoacutelica (Altieri y Nicholls 2008) El
incremento en la temperatura podriacutea reducir la fertilidad del suelo debido al aumento de la
descomposicioacuten de su materia orgaacutenica (St Clair y Lynch 2010) (Tabla 1-2)
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 Proceso Variables de cambio global Interaccioacuten con estreacutes mineral
Erosioacuten Precipitacioacuten fuerte sequiacutea Peacuterdida general de nutrientes del suelo CO2 y
fertilizante
Traspiracioacuten conducida por
flujo de masas Sequiacutea temperatura HR CO2
Peacuterdida o inmovilizacioacuten de NO3 SO4 Ca
Mg y Si
Crecimiento y arquitectura
de la raiacutez Sequiacutea temperatura del suelo CO2 Todos los nutrientes especialmente P y K
Micorrizas CO2 P Zn N
Microorganismos del suelo
(Ciclo del N) Sequiacutea temperatura del suelo N
Fijacioacuten bioloacutegica de N Sequiacutea temperatura del suelo N
Estatus redox del suelo Inundacioacuten Mn Fe Al y B
Lixiviacioacuten Precipitacioacuten fuerte NO3 SO4 Ca Mg
Fenologiacutea de la planta Temperatura P N K
Estatus del carbono orgaacutenico
del suelo
Humedad y temperatura del suelo
CO2 Todos los nutrientes
Salinizacioacuten Precipitacioacuten temperatura Na K Ca Mg
Debido a que el manejo adecuado del suelo es de suma importancia en la mitigacioacuten de las
emisiones de Gases Efecto Invernadero (GEI) (Galford et al 2010) los estudios se han enfocado
en dos componentes 1) la dinaacutemica (ciclo) del carbono emisiones de CO2 y estrategias de
mitigacioacuten de esas emisiones (secuestro de C) (Bailey et al 2018 Davidson y Janssens 2006
33 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Kutiacutelek 2011 Lal 2009 Ogle et al 2005 Schimel et al 2007 Smith 2012) y 2) mineralizacioacuten
de N lixiviacioacuten de N-NO3- y emisiones de N-NOx (Rennenberg et al 2009)
15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en
agricultura
En teacuterminos agriacutecolas conocer el comportamiento de un sistema de produccioacuten en 30 50 o 100
antildeos no es sencillo debido a las muacuteltiples variables de suelo y clima que interactuacutean
constantemente y cuya modificacioacuten genera variaciones en la fisiologiacutea de la planta Se han
desarrollado un nuacutemero importante de instrumentos para simular condiciones cambiantes del
ambiente y estimar como esos cambios modifican aspectos vegetativos y productivos de las plantas
cultivadas (IICA 2015) Sistemas de soporte a la decisioacuten basados en modelacioacuten de cultivos
como DSSAT (Hoogenboom et al 2017) AquaCrop (FAO 2017) APSIM (Keating et al 2003)
o EPIC (EPIC Development team 2017) entre otros fueron construiacutedos para responder a la
pregunta iquestqueacute tal siacute Con estos modelos se puede simular distintas condiciones agroclimaacuteticas y
estimar el comportamiento de la planta en esas nuevas condiciones Se construyen articulando los
componentes de suelo (movimiento de agua y nutrientes) planta (fotosiacutentesis desarrollo
fenoloacutegico y densidad de longitud radicular) y atmoacutesfera (evapotranspiracioacuten) (Hoogenboom et al
2017)
Los modelos agroclimaacuteticos se utilizan principalmente para predecir el rendimiento potencial de un
cultivar Este potencial estaacute ligado a la radiacioacuten solar temperatura y concentracioacuten de dioacutexido de
carbono atmosfeacuterico Al mismo tiempo esta asociado a los rasgos geneacuteticos que rigen la duracioacuten
del periacuteodo de crecimiento de la planta la interceptacioacuten de luz la conversioacuten a biomasa y la
divisioacuten (particioacuten) de esa biomasa en sus oacuterganos cosechables (Grassini et al 2015) Otros usos
son comunes estimar estrategias de rotacioacuten estudiar la dinaacutemica de la concentracioacuten de un
nutriente o la materia orgaacutenica del suelo elaborar planes de irrigacioacuten planificar las cosechas o
seleccionar el cultivar (Jones et al 2003 Rojas 2011) Tambieacuten se han planteado modelos para
para estimar los posibles impactos del cambio climaacutetico yo de la variabilidad climaacutetica regional
(Rojas 2011)
34 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
151 Sistemas de soporte a la decisioacuten
Los sistemas de soporte a la toma de decisiones (SSD) son paquetes de software que integran los
modelos agroclimaacuteticos procesamiento numeacuterico e informacioacuten cualitativa cuyo principal
objetivo es estimar el rendimiento potencial de varias alternativas de cultivo para llegar a una
decisioacuten basada en el resultado estimado que produciraacute cada una de dichas alternativas
(Hoogenboom et al 2017 Jones et al 2003 Liu et al 2011 Timsina et al 2008)
El SSD sirve como soporte a los usuarios pues les permite ingresar datos de siembra variedades
fertilizantes riego condiciones de suelo clima entre otros y les dan la posibilidad de analizar la
mejor eleccioacuten en funcioacuten de la informacioacuten disponible de forma faacutecil y eficiente y asiacute tomar las
decisiones con base en los objetivos que pretenden cumplir por ejemplo reducir costos aumentar
productividad disminuir impactos negativos al medio ambiente entre otros Es asiacute como un SSD
basado en un conjunto de modelos para simular el crecimiento de cultivos ayuda a mejorar la
eficiencia de un sistema productivo (De la Rosa et al 2004 Shahbazi y Jafarzadeh 2010)
Las posibles decisiones son muy sensibles a la variacioacuten de las condiciones edafoclimaacuteticas pues
depende de todos los factores que podriacutean ser significativos (Jones 2003) Los SSD han sido
usados de manera exitosa para evaluar el impacto del cambio climaacutetico y al mismo tiempo se han
empleado para disentildear estrategias de adaptacioacuten a este fenoacutemeno (Tan y Shibasaki 2003)
La informacioacuten inicial con que se debe contar la estructura y la informacioacuten de salida del SSD
variacutea de acuerdo con las necesidades para las cuales haya sido disentildeado el tipo de cultivo la zona
geograacutefica y la precisioacuten y nivel de desarrollo deseados (Rojas 2011) Existe una gran cantidad de
literatura relacionada con los SSD en diferentes partes del mundo Se describiraacute brevemente los
principios del sistema de apoyo a la toma de decisiones de transferencia agrotecnologica DSSAT
152 Sistema de Soporte de Decisiones para la Transferencia Agrotecnoloacutegica
(DSSAT)
El software DSSAT (por sus siglas en ingleacutes Decision Support System for Agrotechnology
Transfer) incorpora moacutedulos para diferentes cultivos en un software que facilita la evaluacioacuten y la
aplicacioacuten de modelos de cultivos para diferentes propoacutesitos (Jones 2003) DSSAT permite
35 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
simular 44 cultivos diferentes que facilitan la creacioacuten y el manejo de diversos experimentos
permitiendo manipular por ejemplo suelos y clima (Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011) La
base de DSSAT es un disentildeo de estructura modular con las siguientes secciones 1) suelo2)
archivos de entrada para simular diferentes cultivos 3) manejo de datos de clima y tiempo entre
otras Permite disentildear experimentos combinando cambiando y ajustando variables ante diferentes
escenarios climatoloacutegicos o construir diferentes escenarios de uso de fertilizantes y manejo del
riego (Jones 2003 Rojas 2011) (Figura 1-1)
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al 2017
Los modelos para los diferentes cultivos dentro de DSSAT pueden simular resultados a medida
que se incrementa el nivel de complejidad En el nivel maacutes bajo el rendimiento del cultivo
depende solamente de la cantidad de radiacioacuten la temperatura y el potencial geneacutetico siendo esta
una simulacioacuten del rendimiento potencial donde el agua y los nutrientes del suelo o fertilizantes no
son limitantes para el desarrollo del cultivo Aumentando la complejidad el desarrollo del cultivo
puede verse limitado por la disponibilidad hiacutedrica pero no por los nutrientes acercaacutendose maacutes a un
36 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
rendimiento real En un tercer nivel se incluye la disponibilidad de nitroacutegeno como una posible
limitacioacuten mientras que en un cuarto nivel de complejidad la disponibilidad de foacutesforo va a ser
determinante del rendimiento final Aumentar el nivel de complejidad de la simulacioacuten implica
aumentar el volumen y la precisioacuten de datos de entrada pero amplia el horizonte de investigacioacuten
comparando el rendimiento del cultivo con cada uno de los factores que lo determinan
(Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011)
Los conjuntos miacutenimos de datos requeridos por el modelo se exponen en la Tabla 1-3
(Hoogenboom et al 2017)
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado de
Hoogenboom et al 2017
Moacutedulo
Clima Suelo Cultivo
Variable Unidad Variable Unidad Variable Unidad
Est Meteoroloacutegica (Latitud) Clasificacioacuten USDA 2014 Siembra mmddaa
Est Meteoroloacutegica (Longitud) Pendiente Muestreo suelos mmddaa
Radiacioacuten MJ m-2 diacutea-1 Color Munsell Densidad siembra plantas m-
2
Temperatura maacutexima 0C
Espesor Hznte m Esp Entre surcos m
Temperatura maacutexima Arena
Prof Siembra m
Precipitacioacuten total diaacuteria mm Limo Cultivar
Observaciones Tambieacuten se puede incluir
temperaturas de bulbo seco y huacutemedo y velocidad del
viento para simular la evapotranspiracioacuten La duracioacuten de los registros meteoroloacutegicos debe como miacutenimo
cubrir la duracioacuten del experimento y preferiblemente comenzar unas semanas antes de la siembra y
continuar unas pocas semanas despueacutes de la cosecha
Arcilla Observaciones Tambieacuten se solicita
informacioacuten sobre el riego y las
praacutecticas de fertilizacioacuten
D Aparente g cm-3
C Orgaacutenico
pH Experimento
Saturacioacuten Al El componente experimental incluye datos de crecimiento del cultivo y la
dinaacutemica del agua y la fertilidad del
suelo
Observaciones Tambieacuten se pide
informacioacuten sobre abundancia de
raiacuteces
37 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
16 Indicadores asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten
161 Resumen
Las evaluaciones de sostenibilidad son el mecanismo maacutes adecuado para determinar si un meacutetodo
alternativa o tendencia de produccioacuten de cultivos es viable ambiental econoacutemica y socialmente
Estas se realizan por medio de herramientas basadas en indicadores algunos asociados con las
propiedades composicioacuten procesos y manejo del suelo Para conocer a profundidad el estado del
arte de la investigacioacuten en sostenibilidad agriacutecola con respecto al manejo del suelo se realizoacute esta
revisioacuten en la cuaacutel 1) se da una visioacuten global del efecto de las actividades agriacutecolas asociadas al
manejo del suelo sobre la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten y 2) se hace una descripcioacuten
general de los indicadores asociados al suelo que se han utilizado en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Se han utilizado 28 indicadores agrupados en indicadores inherentes al suelo (16) e
indicadores de procesos relacionados con la relacioacuten suelo-agua (3) relacioacuten suelo-atmoacutesfera (5) y
relacioacuten suelo-planta (4)
Palabras clave Relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-atmoacutesfera relacioacuten suelo-agua indicadores
de suelo seleccioacuten de indicadores
162 Abstract
Sustainability assessments are the most appropriate mechanism to determine if a method
alternative or crop production system is environmentally economically and socially viable These
assessments are carried out through indicators-based tools some associated to soil properties
composition processes and management practices In this review an overview of the soil
management practices effect on the sustainability of agricultural systems is given and a general
description is made of the soil indicators that have been used in agricultural sustainability
assessments A total of 28 indicators are analysed grouping them by soil inherent features (16) and
processes related to soil-water (3) soil-atmosphere (5) and soil-plant (4) systems
38 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Keywords Soil-plant soil-atmosphere and soil-water relationship soil indicators indicators
selection
163 Introduccioacuten
Dentro de la dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad agriacutecola generamente hay indicadores
asociados a propiedades del suelo cuya eleccioacuten depende de la naturaleza y el objetivo del anaacutelisis
que se pretende desarrollar aunque es comuacuten que los indicadores seleccionados promuevan entre
otras cosas que los sistemas evaluados hagan un ldquomanejo sostenible del recurso suelordquo definido
por Toacuteth et al (2007) como ldquoel manejo racional del suelo que no ejerce ninguacuten efecto negativo
irreparable ya sea en el suelo mismo o en cualquier otro sistema del medio ambiente
El uso del suelo en actividades agriacutecolas puede tener los siguientes efectos acumulacioacuten de
sustancias toacutexicas en los productos cosechados contaminacioacuten del agua yo la atmoacutesfera (si la
cantidad de fertilizantes aplicados excede la capacidad de amortiguacioacuten del suelo) erosioacuten (por
agua yo viento) compactacioacuten (por traacutefico de maquinaria y sobre pastoreo) salinizacioacuten (por
riego especialmente en regiones aacuteridas o en suelos con drenaje deficiente) agotamiento de
nutrientes destruccioacuten de la estructura y reduccioacuten en la biodiversidad del suelo lo cual pone en
peligro la produccioacuten agriacutecola y por ende la seguridad alimentaria (Scheffer et al 2016) El uso
sostenible del suelo depende de las condiciones ambientales las caracteriacutesticas del suelo y el uso
de este Estos interactuacutean bajo el principio de sistema donde el cambio de un factor causa la
alteracioacuten de los demaacutes El manejo sostenible del suelo es dinaacutemico y a partir de este hecho se
orientan las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola y se definen los indicadores a evaluar (Toacuteth et
al 2007)
Los objetivos de esta revisioacuten son i) Conocer la relacioacuten que existe entre la sostenibilidad agriacutecola
y las propiedades procesos y manejo del suelo y ii) Identificar los indicadores construidos a partir
de las propiedades del suelo y sus procesos asociados y que han sido utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
39 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten
Ambientales La USEPA (1972) definioacute un indicador ambiental como una medida del cambio en
el estado del medio ambiente o en actividades humanas que afectan ese estado preferiblemente en
relacioacuten con un valor estaacutendar un objetivo o una meta La agricultura ambientalmente sostenible
es aquella que mejora la calidad de vida de los agricultores y consumidores y al mismo tiempo
reduce los desechos y los impactos ambientales nocivos de las actividades agriacutecolas (Allahyari et
al 2016) Los indicadores ambientales pueden obtenerse a traveacutes de 1) variables simples medidas
directamente o estimadas 2) de variables agregadas o 3) mediante estimacioacuten a traveacutes de modelos
o funciones (Zhang et al 2018)
Sociales La dimensioacuten social se relaciona con el bienestar de todos los seres humanos
involucrados en la cadena de produccioacuten agriacutecola desde los agricultores hasta los consumidores
Esta dimensioacuten aborda las oportunidades laborales (Allahyari et al 2016 Commission 2001) la
salud humana (Allahyari et al 2016 Benoit et al 2010) y la seguridad alimentaria Esta uacuteltima a
traveacutes de una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible producir maacutes y mejor en una menor
aacuterea de siembra (Rockstroumlm et al 2017) A escala de parcela o unidad experimental los
indicadores de la dimensioacuten social se enfocan en variables asociadas con el manejo agronoacutemico de
los sistemas productivos
Econoacutemicos Se relacionan con el uso eficiente de los recursos econoacutemicos la competitividad y la
viabilidad financiera del sector agriacutecola (Commission 2001) Esta dimensioacuten se evaluacutea para
asegurar que la produccioacuten permita la autosuficiencia o los ingresos miacutenimos necesarios y para que
los agricultores obtengan una relacioacuten costo-beneficio positiva (Allahyari et al 2016)
165 Metodologiacutea
Para obtener la informacioacuten se realizoacute una revisioacuten preliminar en Google Scholar y posteriormente
se consultaron y descargaron las publicaciones de webs cientiacuteficas La buacutesqueda se realizoacute tratando
de ligar los teacuterminos ldquosuelordquo ldquoagriculturardquo y ldquosostenibilidadrdquo A partir de esta buacutesqueda se
identificaron las publicaciones que informaban acerca de los efectos de las praacutecticas agriacutecolas
asociadas al manejo del suelo sobre las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental
econoacutemica y social) Posteriormente la buacutesqueda se centroacute en los indicadores de sostenibilidad
40 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
agriacutecola asociados al manejo del suelo En ese sentido para la seccioacuten de indicadores solo se tuvo
en cuenta publicaciones donde se hizo referencia a la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola es decir que en las evaluaciones se incluyeran las tres dimensiones de la sostenibilidad
no solamente la dimensioacuten ambiental Se establecioacute una escala de tiempo de 20 antildeos hasta hoy
La literatura a la que se hace referencia en esta revisioacuten incluye artiacuteculos cientiacuteficos libros
acadeacutemicos y capiacutetulos de libros actas de conferencias acadeacutemicas e informes puacuteblicos de
reconocidas organizaciones internacionales de investigacioacuten agriacutecola
Se identificaron tres clases generales de publicaciones I) publicaciones que definen la
sostenibilidad agriacutecola y presentan informacioacuten sobre su evaluacioacuten (42 publicaciones) II)
publicaciones que contextualizan la situacioacuten del manejo del suelo en la agricultura (63
publicaciones) y III) publicaciones que evaluacutean en condiciones reales de campo la sostenibilidad
agriacutecola a traveacutes de indicadores (37 publicaciones) Cabe aclarar que hubo publicaciones que
aportaron informacioacuten en maacutes de una clase Se aplicaron los siguientes criterios para su inclusioacuten
en esta revisioacuten
bull Que esteacuten revisadas por pares acadeacutemicos
bull Que esteacuten orientadas a evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola es decir que
incluyan y armonicen las dimensiones ambiental social y econoacutemica del sistema (clases I
y III)
bull Que la evaluacioacuten de la sostenibilidad se base en indicadores (clase III)
bull Que incluyan indicadores para las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social
y econoacutemica) (clase III)
En general se incluyeron 128 referencias que describen o sirven para relacionar la sostenibilidad
agriacutecola con el manejo del suelo
166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
41 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
antropogeacutenicas que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Esto hace que cuando se
considera al suelo las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola sean auacuten maacutes complejas (Keestra
et al 2016)
Una muestra de la importancia de incluir al suelo en las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se
establece en los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) 2 3 6 11 13 14 y 15 en los cuales las
propiedades y funciones del suelo son relevantes en temas como seguridad alimentaria (ODS 2 y
6) inocuidad de alimentos (ODS 3) contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas (ODS 14) desarrollo
urbano (ODS 11) y sostenibilidad de los servicios ecosisteacutemicos terrestres (ODS 15) (Bouma et al
2019 Toacuteth et al 2018)
1661 Praacutecticas agriacutecolas asociadas al manejo del suelo con mayor impacto
en la sostenibilidad
Las principales actividades agriacutecolas asociadas al suelo que influyen directamente sobre la
sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola son la fertilizacioacuten la labranza y el riego Estas
generan impacto sobre el mismo suelo las fuentes hiacutedricas y la atmoacutesfera
Fertilizacioacuten
El uso de fertilizantes en la agricultura ha impulsado un aumento en la produccioacuten por unidad de
superficie y un incremento en el suministro de alimentos (Bruuselma et al 2012) En el mundo el
aacuterea cultivada ha crecido un 12 (Drechsel et al 2015) y el uso mundial de fertilizantes se ha
multiplicado por maacutes de cinco desde el inicio de la revolucioacuten verde (IFA 2018) En el 2015 el
consumo global de nitroacutegeno (N) y foacutesforo (P2O5) como fertilizantes fue de 109 y 41 Tg1
respectivamente (IFA 2018)
Las ventajas que sobre la produccioacuten de alimentos genera la aplicacioacuten de fertilizantes contrastan
con el impacto ambiental negativo (Bojacaacute et al 2014 y Cellura et al 2012) y econoacutemico que
producen en la agricultura lo cual se asocia directamente con la sostenibilidad de los sistemas
agriacutecolas Esto se debe en gran medida a que los efectos de la peacuterdida de la fertilidad del suelo
1 1 Tg = 100000 Mg = 100000 Toneladas
42 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que se traduce en reduccioacuten de la productividad generalmente se compensa con el aumento en la
aplicacioacuten de fertilizantes (Tilman et al 2002)
Existe una notable y preocupante diferencia entre los rendimientos globales de los cultivos y el uso
de fertilizantes nitrogenados tendieacutendose a reducir cada vez maacutes su uso eficiente (Hirel et al
2011 Tilman et al 2002) El uso de este tipo de fertilizantes ha aumentado cerca de siete veces y
el rendimiento de los cultivos se ha reducido 24 veces desde la deacutecada de los 60 (Hirel et al
2011 Spiertz 2009 Tilman et al 2002) El proceso Haber-Boch genera actualmente el 64 del
nitroacutegeno asociado a actividades humanas del cual cerca del 80 se usa en agricultura ya que
solo el 20 de N que se requiere proviene de la fijacioacuten bioloacutegica inducida por la especie
cultivada caso leguminosas (Galloway et al 2008) donde la soya contribuye con la fijacioacuten del
75 del nitroacutegeno (Spiertz 2009)
Con el foacutesforo ocurre algo similar ya que su consumo ha aumentado de seis a siete veces desde
1960 y cerca del 85 de este elemento es destinado a la produccioacuten de fertilizantes (Cordell et al
2009) fabricados a partir de roca fosfoacuterica recurso no renovable de cuyas reservas globales se
estima se agotaraacuten en 50 a 100 antildeos (Therond et al 2017) Debido a la compleja dinaacutemica del
foacutesforo en el suelo tan solo el 15 al 25 es absorbido por la planta Sin embargo este sigue
estando disponible para los cultivos durante largos periacuteodos de tiempo a menudo durante una
deacutecada o maacutes (Fixen et al 2015)
Maacutes del 90 del potasio producido se destina a la fabricacioacuten de fertilizantes potaacutesicos (cloruro
sulfato y nitrato de potasio) (Rawashdeh et al 2016 Rawashdeh y Maxwell 2014) cuyo consumo
ha aumentado de 88 millones de Mg en 1961 a 291 millones en 2008 (Rawashdeh et al 2016) A
diferencia del foacutesforo las reservas de potasio son amplias sin embargo se ha reportado que
grandes aacutereas agriacutecolas del mundo (pe Australia y China) presentan deficiencias de este elemento
(Roumlmheld y Kirkby 2010) Los suelos deficientes en potasio suelen ser arenosos anegados salinos
o aacutecidos (Zoumlrb et al 2014 Roumlmheld y Kirkby 2010) A diferencia del nitroacutegeno o el foacutesforo los
fertilizantes potaacutesicos se aplican en menor cantidad por lo que menos del 50 del K removido por
las plantas se repone (Zoumlrb et al 2014) En general no se reportan problemas ambientales o de
salud por la aplicacioacuten de ninguna de las formas comunes de fertilizantes potaacutesicos a menos que
como cualquier sustancia se utilice en exceso (Prakash y Prakash 2016)
43 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En Colombia hay un amplio uso de fertilizantes Por ejemplo la papa es uno de los cultivos con
mayor consumo de fertilizantes por unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y
Boyacaacute En condiciones comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de
fertilizantes compuestos (Barrera 1998) y seguacuten Fedepapa (2004) el rubro maacutes importante en la
saacutebana de costos es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167) Debido a fenoacutemenos
de fijacioacuten lixiviacioacuten yo volatilizacioacuten estos fertilizantes generalmente tienen una eficiencia
baja de entre 10 y 20 para foacutesforo (P) y entre 30 y 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998) Este tipo de fertilizacioacuten genera un considerable impacto ambiental por la emisioacuten
de gases efecto invernadero (GEI) Se estima que en producciones de baja intensidad la liberacioacuten
anual de N2O es de 8 Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es
maacutes alta que para muchos otros cultivos (Ruser et al 1998)
Labranza
La labranza es una actividad agriacutecola tradicional cuyo objetivo es incrementar la porosidad y la
capacidad de infiltracioacuten del agua en el suelo (de Almeida et al 2018) Las fuerzas mecaacutenicas que
se ejercen durante la labranza hacen que los macro agregados del suelo se alteren al fracturarlos o
compactarlos (Acar et al 2018 Blanco-Canqui y Lal 2004) Muchos de los procesos fiacutesicos
quiacutemicos y bioloacutegicos que tienen lugar en el suelo como la emergencia y crecimiento de las raiacuteces
de las plantas la transferencia de agua y gases la proteccioacuten y dinaacutemica de la materia orgaacutenica
dependen de la organizacioacuten y caracteriacutesticas de sus agregados (Acar et al 2018)
La praacutectica intensiva y a largo plazo de la labranza ha llevado a una degradacioacuten significativa del
suelo en muchos lugares del mundo (Loaiza et al 2018) Esta praacutectica no solo altera la estructura
del suelo sino que ademaacutes influye en la dinaacutemica del carbono orgaacutenico (oxidando la materia
orgaacutenica maacutes raacutepido que su tasa de reposicioacuten) (Loaiza et al 2018 Usman et al 2018 Barto et
al 2010) la actividad microbiana (Lemtiri et al 2018 Lori et al 2017 van Capelle et al 2012)
y las emisiones de gases de efecto invernadero (Stavi y Lal 2013) Ademaacutes de esto debido a la
alteracioacuten que la labranza ejerce sobre la estructura del suelo se ha establecido que esta praacutectica de
cultivo es una de las principales causas de erosioacuten en las aacutereas cultivadas pues acelera la
escorrentiacutea superficial y la peacuterdida del suelo (Wang et al 2018)
44 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La labranza se considera de conservacioacuten si deja suficientes residuos para cubrir el 30 de la
superficie del suelo despueacutes de la siembra Este tipo de labranza al dejar residuos de cultivos tiene
efectos positivos a largo plazo (2 a 5 antildeos) como el aumento en el contenido de materia orgaacutenica
(Goacutemez et al 2016)
Aunque inicialmente se incrementa la capacidad de infiltracioacuten en los sistemas con labranza
convencional su efecto es temporal Con la labranza de conservacioacuten si la cantidad de residuos es
suficiente para cubrir el suelo se espera que el balance hiacutedrico mejore debido a una mayor
capacidad de infiltracioacuten y en menor medida a una menor evaporacioacuten Sin embargo el aumento
inicial en la compactacioacuten del suelo se asocia con la transicioacuten de labranza convencional a la de
conservacioacuten En suelos arcillosos la labranza cero puede agravar la compactacioacuten del suelo y
reducir el rendimiento No obstante tiene menos problemas para adaptarse a suelos de textura
franca o maacutes ligera debido a su menor riesgo de compactacioacuten (Goacutemez et al 2016)
Riego
Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es el agua (Marschner
2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de nutrientes si el agua
es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es fundamental para
producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha convertido en una gran
preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015)
Debido a que las aacutereas cultivadas con riego se han triplicado en los uacuteltimos 50 antildeos (FAO 2011)
el 70 de las extracciones y el 80-90 del consumo mundial de agua dulce se dedican al riego
(Therond et al 2017 Drechsel et al 2015) Mientras que en promedio dos litros de agua son
suficientes para la hidratacioacuten diaria de una persona se necesitan alrededor de 3000 litros
(produccioacuten agriacutecola y agroindustrial) para satisfacer sus necesidades diarias de alimentos
(Drechsel et al 2015) En muchas regiones irrigadas aumentaron fuertemente la escasez de agua y
los problemas de salinizacioacuten (Foley et al 2011 Gomiero et al 2011) La agricultura de regadiacuteo
solo representa el 20 del aacuterea total cultivada pero produce el 40 de los alimentos en el mundo
(FAO 2011)
45 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1662 Efecto negativo de las praacutecticas de manejo del suelo sobre la
sostenibilidad agriacutecola
Degradacioacuten del suelo
La degradacioacuten del suelo se asocia con la disminucioacuten de su calidad lo que en teacuterminos agriacutecolas
implica la disminucioacuten de su capacidad productiva (Usman et al 2018 Lal 2015) Esta
degradacioacuten estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del relieve y del suelo (propiedades fiacutesicas
quiacutemicas y bioloacutegicas) del clima (temperatura y precipitacioacuten) y de las praacutecticas de manejo
(intensivas o de conservacioacuten) Estos factores actuacutean como catalizadores pues dependiendo de sus
caracteriacutesticas e interaccioacuten se presentaraacuten suelos altamente resistentes a la degradacioacuten o muy
vulnerables a esta Este fenoacutemeno es particularmente problemaacutetico en zonas aacuteridas y sub-aacuteridas
donde la evapotranspiracioacuten excede a la precipitacioacuten (Usman et al 2018) El suelo puede
degradarse de forma fiacutesica quiacutemica yo bioloacutegica (Tabla 1-4)
Degradacioacuten fiacutesica Generalmente resulta en la alteracioacuten de la estructura del suelo lo cual genera
compactacioacuten disminucioacuten de la tasa de infiltracioacuten incremento de la escorrentiacutea superficial
erosioacuten eoacutelica e hiacutedrica mayores fluctuaciones de temperatura del suelo y una mayor propensioacuten a
la desertificacioacuten (Lal 2015)
Degradacioacuten quiacutemica Incluye la acidificacioacuten salinizacioacuten agotamiento de nutrientes reduccioacuten
de la capacidad de intercambio catioacutenico incremento de la concentracioacuten de Al o Mn (cuyo exceso
puede causar toxicidad en las plantas) deficiencias de Ca o Mg aumento de la concentracioacuten de
metales pesados y lixiviacioacuten de nutrientes esenciales (Lal 2015)
Degradacioacuten bioloacutegica Esta refleja en el suelo el agotamiento de sus reservas de carbono
orgaacutenico la peacuterdida de biodiversidad y la reduccioacuten de la capacidad de vertedero (Lal 2015) Una
de las consecuencias maacutes graves de la degradacioacuten bioloacutegica del suelo es que este se convierte en
fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (pe CO2 y
CH4) en lugar de sumidero de estos gases (Usman et al 2018)
46 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades agriacutecolas
Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Peacuterdida
de suelo
Erosioacuten Hiacutedrica y
eoacutelica
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo ya que induce la remocioacuten de su capa superior
donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) Generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo el espesor de la capa arable y la capacidad
de almacenamiento de agua y nutrientes (Scheffer y Schachtschabel 2016) Alrededor del 40 de las
aacutereas cultivadas en el mundo han experimentado alguacuten grado de erosioacuten reduccioacuten de la fertilidad o sobre pastoreo durante las uacuteltimas deacutecadas (Gomiero et al 2011) Se estima que la labranza intensiva
los sistemas de siembra (surcos-calles siembra a lo largo de la pendiente falta de cobertura) y la
exposicioacuten del suelo (suelo desnudo) durante la rotacioacuten de los cultivos son responsables de la peacuterdida de 26 millones de toneladas de suelo por antildeo que es 26 veces mayor que la tasa de peacuterdida natural
(Verhulst et al 2010) Si a esto se adiciona que la tasa de formacioacuten de suelo es menor que la de
erosioacuten en al menos un orden de magnitud (Scheffer y Schachtschabel 2016 Verheijen et al 2009) se
puede inferir que las actividades agriacutecolas que conllevan a la erosioacuten del suelo son las que generan el
mayor impacto ambiental y en consecuencia tienen mayor impacto en la peacuterdida gradual de la
sostenibilidad del sistema
Deterioro
del suelo
Fiacutesicas Alteracioacuten de
la estructura
La estructura del suelo es fundamental para muchos servicios ecosisteacutemicos tales como productividad
(agriacutecola) y control de inundaciones (Farahani et al 2018) Tiene dos caracteriacutesticas importantes forma
o disposicioacuten geomeacutetrica de partiacuteculas y poros del suelo y estabilidad o resistencia a los cambios (Kay 1990) Muchas de las funciones del suelo tal como la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash
aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) se rigen por la estructura del suelo Esta propiedad es tiacutepicamente
maacutes sensible a la modificacioacuten de la estructura que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad Las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su
conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Quiacutemicas Disminucioacuten
gradual de nutrientes
esenciales
Se presenta principalmente por el desbalance entre la absorcioacuten de nutrientes por las plantas y la
aplicacioacuten de nutrientes mediante fertilizacioacuten Cuando las plantas absorben una mayor cantidad de nutrientes que la aportada por los fertilizantes se produce la extraccioacuten de las reservas de nutrientes del
suelo agotaacutendolas gradualmente Este desbalance se incrementa cuando no se hace aplicacioacuten de
materia orgaacutenica yo no se reincorporan los residuos de cosecha (Lal 2015)
Salinizacioacuten La acumulacioacuten de sales particularmente de sodio (Na+) cloro (Cl-) y boro (B) difieren de un lugar a otro y representan un peligro para la agricultura de regadiacuteo sobre todo en regiones aacuteridas y semiaacuteridas
(Farahani et al 2018 Lal 2015 Havlin et al 2014) El grado y naturaleza de los problemas de
salinidad son de origen natural o antropogeacutenico por meteorizacioacuten mineral sales almacenadas salinidad eoacutelica precipitacioacuten e irrigacioacuten con agua salinasoacutedica (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et
al 2018 Farahani et al 2018) La salinizacioacuten del suelo es frecuente en aacutereas con niveles freaacuteticos
altos con un inadecuado manejo del riego yo con drenaje deficiente que estaacuten sometidas a altas tasas de evaporacioacuten y bajas tasas de lixiviacioacuten (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et al 2018 Lal 2015)
El efecto de la salinidad del suelo en los cultivos agriacutecolas es extremadamente negativo pues conduce a
la necrosis de las hojas la alteracioacuten de la fenologiacutea y en uacuteltima instancia a la muerte de las plantas (Ivushkin et al 2018) El Na+ es determinante debido a su efecto toacutexico sobre las plantas y a su
influencia en el deterioro de la estructura del suelo (Weldeslassie et al 2018)
Acidificacioacuten
y
alcalinizacioacuten
La acidez del suelo pude causar toxicidad por aluminio y manganeso deficiencias de calcio foacutesforo y
magnesio y reduccioacuten de la mineralizacioacuten de nitroacutegeno por disminucioacuten de la actividad microbiana
(Havlin et al 2014) Conduce a la reduccioacuten de la disponibilidad de boro zinc molibdeno y cobre (Weldeslassie et al 2018) La alcalinidad altera la fertilidad fiacutesica de los suelos a traveacutes del sellado de
la superficie y la formacioacuten de costras Tambieacuten impacta sobre la fertilidad quiacutemica limitando la
disponibilidad de hierro manganeso zinc foacutesforo y cobre (Weldeslassie et al 2018) La acidificacioacuten es generalmente causada por la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes acidificantes (Lal 2015) pe en
forma de amonio que resultan en la disminucioacuten del pH del suelo despueacutes de que el NH4+ es nitrificado
a NO3- (Weldeslassie et al 2018)
Acumulacioacuten de metales
pesados
Los metales pesados (As Cd Cr Cu Pb Hg Ni y Zn WHO 2018) pueden llegar a contaminar los suelos agriacutecolas Pueden provenir de ciertos fertilizantes y estieacutercoles (Weldeslassie et al 2018) Estos
elementos son retenidos maacutes fuertemente en forma de complejos en las superficies de los
aluminosilicatos de arcilla oacutexidos hidratados y humus Tambieacuten se presentan en solucioacuten como cationes y son adsorbidos en el complejo de cambio (Weldeslassie et al 2018) Se considera que el
suelo es el vertedero definitivo de los metales pesados aunque se sabe relativamente poco sobre la
forma en que estos se ligan a los suelos y su facilidad de liberacioacuten (Weldeslassie et al 2018) La
concentracioacuten de metales pesados en los suelos puede verse influenciada por la variacioacuten en su textura
composicioacuten reacciones de oacutexido-reduccioacuten y de adsorcioacuten-desorcioacuten (Shayler et al 2009)
47 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Reduccioacuten de
la Capacidad
de Intercambio
Catioacutenico
(CIC)
La CIC determina la disponibilidad de nutrientes como Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+ para las plantas asiacute
como el comportamiento de elementos traza como Cd2+ y Zn2+ (Scheffer et al 2016) Se utiliza como
paraacutemetro en la clasificacioacuten y manejo de suelos y modelos de simulacioacuten agriacutecolaambiental asiacute como indicador de la resiliencia de las contribuciones a los servicios ecosisteacutemicos y de la fertilidad de los
suelos (Khodaverdiloo et al 2018) La CIC estaacute ligada al contenido de materia orgaacutenica la mineralogiacutea
de arcilla y el pH del suelo (Scheffer et al 2016) El humus aporta entre 60 y 300 cmol de carga por kg dependiendo del grado de humificacioacuten En suelos que contienen predominantemente silicatos de
capa 21 en la fraccioacuten de arcilla (illita vermiculita esmectita) esta entre 40-60 cmolc kg-1 mientras
que las fracciones de limo y arena tienen valores mucho maacutes bajos (Scheffer et al 2016) Las labores agriacutecolas no afectan la fraccioacuten arcilla pero si pueden modificar la dinaacutemica de la materia orgaacutenica y el
pH del suelo por ende influyen en su capacidad de intercambio catioacutenico
Bioloacutegicas Disminucioacuten
de carbono
orgaacutenico
Se presenta por la eliminacioacuten de gran parte del material vegetal y la escasa reposicioacuten de la materia
orgaacutenica mediante la incorporacioacuten de este material o la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos (Lal 2015)
Altera la disponibilidad de nutrientes la capacidad de retencioacuten de agua la porosidad la capacidad de
intercambio catioacutenico y la agregacioacuten estructural del suelo (Loaiza et al 2018)
Disminucioacuten de la
capacidad de
reservorio de carbono
En un contexto de cambio climaacutetico la funcioacuten del suelo como reservorio de carbono ha ganado gran intereacutes ya que esta conduce a la retencioacuten del CO2 atmosfeacuterico (Lal 2009) El secuestro de carbono en
el suelo a escala global se considera el mecanismo responsable del mayor potencial de mitigacioacuten de
cambio climaacutetico dentro del sector agriacutecola con una contribucioacuten estimada del 90 (Gattinger et al 2012) Sin embargo las reservas mundiales de carbono en el suelo agriacutecola han disminuido
gradualmente (Gattinger et al 2012) a pesar de que la fertilizacioacuten mineral genera una mayor cantidad
de materia orgaacutenica ya que promueve el incremento de los rendimientos y por lo tanto el aumento de los residuos de cultivo (Scheffer et al 2016)
Emisiones de GEI desde el suelo a la atmoacutesfera
Los cambios en la estructura del suelo modifican su capacidad como fuente y vertedero de gases y
limitan su capacidad de almacenamiento (Oertel et al 2016) Propiedades y procesos en el suelo
como humedad temperatura exposicioacuten y presioacuten de aire incendios vegetales pH concentracioacuten
de nutrientes tipo de cobertura y cambio en el uso de la tierra son los principales controladores de
las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (Oertel et al
2016)
La litoacutesfera contiene la mayor reserva de carbono y nitroacutegeno del planeta (sin tener en cuenta el N
atmosfeacuterico) con 108 Pg (1015 g) y 164 X 1011 Tg (1012 g) respectivamente almacenados
principalmente en su superficie (1 m) (Schaufler et al 2010 Nieder y Benbi 2008) Desde el
suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) y monoacutexido de
nitroacutegeno (N2O) que son importantes GEI (Oertel et al 2016) Sin embargo los sistemas agriacutecolas
intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo aumentando las emisiones de N2O (17 - 48 Tg
N2O antildeo-1) (IPCC 2013 Ciais et al 2013 Baggs 2011 Boeckx y Van Cleemput 2001 Bouwman
et al 1995) CO2 (180 Pg CO2 acumulados desde 1750 ndash 2011) (Ciais et al 2013) y CH4 (hasta
6950 micromol CH4 mminus2 hminus1) (Oertel et al 2016) La agricultura genera el 52 y el 84 de las
emisiones mundiales de CH4 y N2O respectivamente (Smith et al 2008) Estos dos gases tienen
25 y 298 veces respectivamente maacutes potencial de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013)
El flujo neto de CO2 desde los suelos agriacutecolas es pequentildeo comparado con las emisiones de la
48 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
industria (Smith et al 2008) Sin embargo a este flujo que es el resultado de la alteracioacuten del
suelo en actividades de labranza y de fertilizacioacuten deben sumarse aquellas emisiones provenientes
de la fabricacioacuten industrial de insumos agriacutecolas con uso de combustibles foacutesiles (pe plaacutestico y
fertilizantes) (Arizpe et al 2011 Smith et al 2008 West y Marland 2002)
Lixiviacioacuten de nutrientes
En condiciones naturales constantemente se lixivian iones desde el suelo a las aguas superficiales
y subterraacuteneas variando su intensidad seguacuten la magnitud y frecuencia de las lluvias y las
caracteriacutesticas del suelo (Laird et al 2010) En condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes
como nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente (Yao et al
2012) Esta excesiva lixiviacioacuten de iones desde el suelo no solo indica una baja eficiencia del
proceso de fertilizacioacuten (Dempster et al 2012) sino que puede agotar la fertilidad del suelo
acelerar su acidificacioacuten reducir los rendimientos de los cultivos y contaminar las aguas
superficiales y subterraacuteneas (Laird et al 2010 Ozacar 2003) Los altos niveles de nutrientes en
estas aguas pueden generar fenoacutemenos como la eutrofizacioacuten que es el resultado de la produccioacuten
excesiva de microorganismos acuaacuteticos fotosinteacuteticos en los ecosistemas marinos y de agua dulce
(Karaca et al 2004) quienes adaptados a ambientes con bajo contenido de nutrientes en
presencia de una alta concentracioacuten de estos incrementan raacutepidamente su reproduccioacuten
consumiendo el oxiacutegeno del ambiente acuaacutetico y provocando asiacute la muerte de otros organismos
que dependen de ese oxiacutegeno (Dempster et al 2012)
La emisioacuten de nutrientes hacia los ecosistemas acuaacuteticos se incrementa por la ineficiencia en el
proceso de fertilizacioacuten de los cultivos En promedio el 50 del nitroacutegeno aplicado mediante
fertilizantes nitrogenados no es absorbido por las plantas (Drechsel et al 2015 Hoang y Allaudin
2010) Ese nitroacutegeno no absorbido se lixivia hacia las fuentes de agua yo se volatiliza hacia la
atmoacutesfera (Galloway et al 2003 2004) con los consiguientes efectos ambientales negativos sobre
los ecosistemas acuaacuteticos el cambio climaacutetico y la salud humana (Bodirsky et al 2014 Umar e
Iqbal 2007 Camargo y Alonso 2006 Giles 2005)
Alrededor del 25 del foacutesforo extraiacutedo desde 1950 se encuentra acumulado en vertederos o ha
terminado en las fuentes de agua aumentando el problema de eutrofizacioacuten (Cordell et al 2009)
A diferencia del nitroacutegeno la lixiviacioacuten del foacutesforo variacutea substancialmente en el tiempo y el
espacio y en general las praacutecticas agriacutecolas tienen un menor efecto sobre la lixiviacioacuten de foacutesforo
49 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las condiciones ambientales y las caracteriacutesticas del suelo (Uleacuten et al 2018) No solo el
nitroacutegeno y el foacutesforo en solucioacuten (forma anioacutenica) son susceptibles de ser lixiviados Al
presentarse una alteracioacuten en las condiciones naturales del suelo (pej por adicioacuten de materia
orgaacutenica o de fertilizantes minerales) iones metaacutelicos como el hierro y el manganeso que
generalmente son precipitados e inmovilizados pueden solubilizarse debido a fluctuaciones en el
pH y en el potencial redox del suelo (Aharonov-Nadborny et al 2018)
Aumento de los costos de produccioacuten y caracteriacutesticas sociales
La forma como se maneja el suelo en las labores agriacutecolas no solo tiene impacto sobre la
dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad sino que al mismo tiempo influencia sus dimensiones
social y econoacutemica Labores agriacutecolas asociadas con el manejo del suelo tales como fertilizacioacuten
labranza y riego requieren la contratacioacuten de mano de obra alquiler o compra de maquinaria
agriacutecola compra de agro insumos yo compra de equipos Cada una de estas labores genera
jornales o puestos de trabajo y se convierte en un rubro dentro de la lista de costos de produccioacuten
(GSARS 2014)
En general la contratacioacuten de mano de obra es el rubro que mayor valor representa dentro de los
costos de produccioacuten De las actividades agriacutecolas el montaje de las camas de siembra (que
incluye la preparacioacuten del suelo maacutes el armado de las camas) requiere una gran cantidad de mano
de obra sobre todo en paiacuteses en viacutea de desarrollo donde el uso de maquinaria especializada para
labores especiacuteficas no es generalizado Sin embargo las labores manuales tienen un alto impacto
sobre la dimensioacuten social de la sostenibilidad pues esta genera un mayor nuacutemero de jornales si se
compara con las labores mecanizadas El incremento de la sostenibilidad social implica una
reduccioacuten de la sostenibilidad econoacutemica y viceversa lo cual genera una dicotomiacutea en el anaacutelisis
de sostenibilidad
La fertilizacioacuten ocupa el segundo lugar de los costos de produccioacuten ya que incluye dos rubros el
costo de los fertilizantes y el costo de la mano de obra para realizar las mezclas y aplicacioacuten
(GSARS 2014) Ademaacutes de tener dos rubros intriacutensecos esta labor es una de las que maacutes
variaciones puede generar en los costos de produccioacuten pues depende de la teacutecnica de preparacioacuten
de la foacutermula de fertilizacioacuten (con base en anaacutelisis de suelo o no) del meacutetodo de aplicacioacuten
(manual foliar o fertirriego) de la cantidad de fertilizantes aplicados del tipo de fertilizantes
aplicados (compuestos o simples solubles o no) y del momento de la aplicacioacuten (clima)
50 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es evidente que las actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo tienen una gran influencia
en las tres dimensiones de la sostenibilidad Esto sugiere que deba estudiarse integrando el
ambiente la sociedad y la economiacutea es decir a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con
su entorno utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Algunos de los indicadores que se utilizan en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten
asociados con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Se pueden encontrar
indicadores que corresponden a aspectos inherentes al suelo y aquellos asociados con las relaciones
suelo-agua suelo-atmoacutesfera y suelo-planta En la literatura se encuentra una considerable cantidad
de informacioacuten que aborda el uso de indicadores en diferentes servicios ecosisteacutemicos del suelo
principalmente asociado a la dimensioacuten ambiental Sin embargo en esta revisioacuten se incluyeron
uacutenicamente publicaciones donde 1) se abordaraacuten temas griacutecolas 2) se hiciera referencia a las tres
dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) y 3) se evaluaraacute al menos una
propiedad o proceso asociado al suelo y que este fuera tratado como indicador de sostenibilidad
agriacutecola Algunas de las publicaciones que se tuvieron en cuenta son el resultado de un gran
nuacutemero de evaluaciones de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola (pej Astier et al
2011)
1671 Indicadores asociados a las propiedades y procesos del suelo
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores hace referencia al impacto que los sistemas de produccioacuten agriacutecola
ejercen sobre el suelo (Tabla 1-5) Los indicadores maacutes comunes de este grupo son la tasa de
erosioacuten y la concentracioacuten de materia orgaacutenica mientras que propiedades como la conductividad
eleacutectrica capacidad de intercambio catioacutenico acidez intercambiable contenido de arcilla
capacidad de retencioacuten de agua densidad aparente profundidad efectiva y permeabilidad son los
menos utilizados (Tabla 1-5) Aunque en varios trabajos se hizo referencia a la calidad del suelo
(pej Rodrigues et al 2010) no se encontroacute ninguno que utilizara un iacutendice o funcioacuten de
agregacioacuten para estimarla Esta fue abordada a partir de la determinacioacuten individual de propiedades
del suelo como MOS CE pH CIC y Bi (Tabla 1-5)
51 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo de medicioacuten (a) Referencias
MOS
Contenido de
materia orgaacutenica del
suelo
CO por el meacutetodo de Walkley and Black (1934)
Para determinar el contenido de MOS el porcentaje de carbono orgaacutenico es multiplicado
por un factor de 1724
Hubeau et al 2017 De Olde et al
2016b Kanter et al 2016 Mtengeti et al 2015 Parachini et al 2015 Bausch et al
2014 Belanger et al 2012 Astier et al
2011 Sadok 2009 Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
pH ----
Acidez neutralidad
o alcalinidad del
suelo
Meacutetodo potenciomeacutetrico (Okalebo et al 2002)
Kanter et al 2016 Rodrigues et al 2010
Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
CE dS m-1 Conductividad
eleacutectrica Meacutetodo conductivimeacutetrico (Okalebo et al 2002) Nambiar et al 2001
No -
Nm
Contenido de nitroacutegeno orgaacutenico
yo mineral del suelo
Meacutetodo de Kjeldhal modificado (Sarkar and
Haldar 2005)
Parachini et al 2015 Astier et al 2011
Meul et al 2008
Pd mg kg-1 Contenido de foacutesforo disponible
en el suelo
Meacutetodo Bray II y Olsen (Sarkar and Haldar 2005) Belanger et al 2012 Astier et al 2011
Rodriacuteguez et al 2010 Meul et al 2008
CIC cmolc kg-1 Capacidad de intercambio
catioacutenico
CIC (Capacidad de Intercambio Catioacutenico) y bases intercambiables (Ca2+ Mg2+ K+ y Na+) por el
meacutetodo del acetato de amonio 1M pH 7 para
determinar la CIC se desplaza el NH4+
intercambiado con NaCl y se hace la valoracioacuten
por titulacioacuten las bases se determinan en el
extracto de acetato de amonio por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica (Sarkar
and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010 Nambiar et al
2001
Bi cmolc kg-1
Concentracioacuten yo
suma de bases
intercambiables (K Ca Mg y Na)
Nambiar et al 2001
Al+H cmolc kg-1 Acidez intercambiable
Meacutetodo volumeacutetrico Determinacioacuten de los iones
de aluminio e hidroacutegeno intercambiables con una solucioacuten amortiguadora de sal neutra (KCl 1N)
(Sarkar and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010
Ar Contenido de arcilla Meacutetodo del hidroacutemetro o de Bouyoucos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
CRH Bar
Capacidad de
retencioacuten de
humedad del suelo a diferentes tensiones
En este caso 01 03
1 3 5 y 15 bar de tensioacuten
Meacutetodo del plato y la olla a presioacuten (Sarkar and
Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Db g cm-3 Densidad aparente Meacutetodo del cilindro (Sarkar and Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Pe cm Profundidad efectiva Meacutetodo de excavacioacuten con barreno Nambiar et al 2001
In cm h-1 Infiltracioacuten Meacutetodo de anillos conceacutentricos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
TE Mg ha-1 antildeo-1 Tasa de erosioacuten
TE = R K L S C P Ecuacioacuten 1 Smith et al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Bausch et al 2014 Ghisellini et al 2014 Gerdessen y
Pascucci 2013 Roy and Chan 2012
Astier et al 2011 Rodriacuteguez et al 2010 Sadok 2009 Pacini et al 2003 Nambiar
et al 2001 Praneetvatakul et al 2001
Doacutende R = Erosividad de la lluvia K =
Erosionabilidad del suelo LS = Longitud y Grado
de pendiente C = Factor de vegetacioacuten P = Factor de praacutecticas mecaacutenicas
Cn PSI Compactacioacuten Meacutetodo del medidor de compactacioacuten de suelo
(penetroacutemetro) de Olde et al 2016b Sadok 2009
EtT kg 14-DB eq
Ecotoxicidad
terrestre Se
contemplan los efectos sobre los
ecosistemas
terrestres de las sustancias toacutexicas
que se encuentran en
el ambiente (Audsley 2003)
EtT = sum TTPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 2
de Luca et al 2018 Tricase et al 2018 Neugebauer et al 2015 Martiacutenez-Blanco
et al 2014
Doacutende TTP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas terrestres fin =
fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde
el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley
2003)
52 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1672 Indicadores asociados a la relacioacuten suelondashagua utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores (Tabla 1-6) considera el impacto del manejo del suelo agriacutecola sobre el
ciclo hidroloacutegico Dentro de este grupo sobresale el movimiento de nitratos desde el suelo al agua
superficial y subterraacutenea por efecto de la aplicacioacuten de fertilizantes y abonos orgaacutenicos Este
indicador estaacute relacionado estrechamente con la eutrofizacioacuten potencial pues eacutesta es un resultado
de las elevadas emisiones de nutrientes como nitratos y fosfatos desde el suelo a los cuerpos de
agua La ecotoxicidad acuaacutetica se mide en anaacutelisis del ciclo de vida (Tabla 1-6)
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
NO3 kg NO3
-
ha-1
Emisiones de nitrato a los
sistemas acuaacuteticos
30 del total de N aplicado despueacutes de descontar las
emisiones de N al aire (Torrellas et al 2013)
van Asselt et al 2014
Lebacq et al 2013 Roy and Chan 2012
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009 Pacini et al 2003
EP kg PO4
3-
eq
Eutrofizacioacuten potencial
Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos
produciendo un aumento de ciertas especies como
algas que reduciraacute la
concentracioacuten de oxiacutegeno del medio siendo una
amenaza para la
biodiversidad (Audsley 2003)
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
Ecuacioacuten 3
Tricase et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014 Lebacq et al 2013
Pergola et al 2013
Doacutende vi = cantidad de moles de No2 en una moleacutecula del
compuesto i M = masa molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la
degradacioacuten de las algas Ae = cantidad de moles de N o P
contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004)
EtA kg 14-
DB eq
Ecotoxicidad acuaacutetica Se
contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas
(pesticidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los
ecosistemas acuaacuteticos
(Audsley 2003)
EtA = sum TAPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 4
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014
Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad
de los ecosistemas acuaacuteticos fin = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento
ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i
(Audsley 2003)
1673 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo-atmoacutesfera utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo del suelo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola sobre la atmoacutesfera Algunos de estos indicadores son el potencial de calentamiento global
que se mide en teacuterminos de emisiones de dioacutexido de carbono las emisiones de amoniaco
monoacutexido de nitroacutegeno oacutexidos de nitroacutegeno y la acidificacioacuten potencial (Tabla 1-7)
53 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
GWP kg CO2
eq
Potencial de calentamiento
global El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O
CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea
de radiacioacuten teacutermica y en
consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento
global) (Audsley 2003)
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi Ecuacioacuten 5 De Luca et al 2018
Tricase et al 2018
Smith et al 2017 Ryan et al 2016 Neugebauer
et al 2015 Kukucvar et
al 2014 Martiacutenez-Blanco et al 2014 van
Asselt et al 2014
Pergola et al 2013
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-
1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3)
y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen en el denominador
(Heijungs y Guineacutee 2012)
NH3 kg NH3
ha-1
Emisiones de amoniaco a la atmoacutesfera debido a la
fertilizacioacuten nitrogenada
El 3 del total de N aplicado se libera en forma de N-
NH3 (Audsley 2003)
Smith et al 2017
Tricase et al 2018 de Olde et al 2016b
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009
N2O kg N2O
ha-1
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno a la atmoacutesfera
debido a la fertilizacioacuten nitrogenada
125 del total de N aplicado se libera en forma de N-
N2O (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
Sadok 2009
NOx kg NOx
ha-1
Emisiones de oacutexidos de
nitroacutegeno a la atmoacutesfera debido a la fertilizacioacuten
nitrogenada
El 10 de los N-N2O se convierte a N-NOx (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
AP kg SO2
eq
Acidificacioacuten potencial
Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera
donde puede combinarse con
otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de lluvia
aacutecida (Audsley 2003)
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi Ecuacioacuten 6
Martiacutenez-Blanco et al
2014 van Asselt et al
2014
Doacutende 120520SO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que
pueden ser potencialmente producidos por un kg de
substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2
(kg mol-1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) Heijungs y Guineacutee 2012)
Aunque es evidente el efecto que las praacutecticas de manejo agriacutecola ejercen sobre las emisiones de
contaminantes desde el suelo a la atmoacutesfera debido a la dificultad metodoloacutegica y a los altos
costos de evaluacioacuten es comuacuten que estos indicadores se estimen mediante funciones factores de
conversioacuten o tablas de equivalencia (Tabla 1-7) o que la mayoriacutea no sean tenidos en cuenta en las
evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola En esta revisioacuten se encontroacute ademaacutes que muchas de las
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola realizadas incluyen muy pocos o no incluyen indicadores
asociados al clima
1674 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo ndash planta utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo de los sistemas agriacutecolas sobre el suelo y la
planta en dos viacuteas desde el suelo hacia la planta (pej consumo de elemento por kilogramo
producido - Elmto-kg) y desde la planta hacia el suelo (pej cobertura del suelo - CS) (Tabla 1-8)
Dentro de este atributo sobresale el indicador balance de nitroacutegeno foacutesforo yo potasio que es
54 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
evaluado en una gran cantidad de las publicaciones revisadas seguido por la cobertura del suelo A
pesar de la informacioacuten que suministra sobre el rendimiento y la eficiencia del manejo del sistema
de produccioacuten indicadores como relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y relacioacuten consumo de
elementos-produccioacuten (Elto-kg) no son muy tenidos en cuenta aun cuando la medicioacuten de S-Pr
por ejemplo se puede realizar sin la necesidad de invertir recursos en anaacutelisis de laboratorio o
dispendiosas metodologiacuteas (Tabla 1-8)
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
Elto-kg g kg-1
Consumo de elemento por kg producido Cantidad
del elemento (pe N P o
K) consumido por kg de producto cosechado
Elto minus kg = g EltoA 119898minus2
kgP mminus2 Ecuacioacuten 7
van Asselt et al 2014 Doacutende gEltoA = masa del elemento aplicado en
gramos kgP = masa del producto cosechado en kilogramos
CS
Cobertura del suelo
Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el
suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
CS = dv
365 times 100 Ecuacioacuten 8
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015 Gaudino et al 2014 Goacutemez-
Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez
2010 Mascarenhas et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009
Doacutende dv = diacuteas acumulados del antildeo en los que el
suelo estaacute cubierto con vegetacioacuten
NPKBal Kg ha-1
Balance de nitroacutegeno foacutesforo o potasio Es la
diferencia entre la
cantidad de N P o K aplicado y la acumulada
en el cultivo (plantas) por
unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad
de N P o K que se libera
al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten
y Riesgo 2009)
NPKBal = Nf minus Nc
Nc = (sum o1
n
o=1
+ o2 + on) times Pl
Ecuacioacuten 9
Ecuacioacuten 10
Hubeau et al 2017 Smith et
al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Ryan et al 2016 Parachini et al 2015
Gaudino et al 2014 Lebacq et
al 2013 Beacutelanger et al 2012 Hayati et al 2010 Roy and
Chan 2012 van Passel and
Meul 2012 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez 2010
Goacutemez y Riesgo 2009
Abbona et al 2007 De Jager et al 2001
Doacutende Nf = Cantidad de N P o K (kh ha-1) aplicado
en forma de fertilizantes Nc = Cantidad de N P o K
(kh ha-1) acumulado en el cultivo O = Cantidad de N P o K (kg) acumulado al final del ciclo en cada oacutergano
(1 2 3 n) de la planta y Pl = Nuacutemero de plantas en
una ha
S-Pr m2 kg-1
Suelo ndash Produccioacuten (Uso
de la tierra) Determina la cantidad de espacio
requerida para producir un
kilogramo del producto cosechado
S minus Pr = 1 m2
kgM Ecuacioacuten 11
van Asselt et al 2014
Gerdessen and Pascucci 2013 Doacutende kgM = masa del producto cosechado en kilogramos
En muy pocas evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se utilizan indicadores que relacionen el uso
del suelo con la productividad de los cultivos aun cuando esta relacioacuten refleja la eficiencia global
del sistema Cabe recordar que una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible es producir maacutes
y mejor en una menor aacuterea (Rockstroumlm et al 2017)
En la Figura 1-2 se puede apreciar un resumen esquematizado del proceso de anaacutelisis de la
sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con indicadores asociados a propiedades
procesos y manejo del suelo
55 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con
indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor
168 Conclusiones
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten orientadas a determinar el efecto que sobre el
ambiente la sociedad y la economiacutea tiene un sistema de produccioacuten Como se expuso en esta
revisioacuten muchas de estas evaluaciones no tuvieron en cuenta las propiedades e interacciones del
suelo con su entorno Esto a pesar del evidente efecto que sobre el ecosistema agriacutecola y la
economiacutea de los productores tienen actividades como fertilizacioacuten labranza y riego Estas
actividades producen un impacto directo en el suelo los cuerpos de agua y la atmoacutesfera por lo que
las variaciones en su manejo modificaraacuten el estado del ecosistema
56 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y
evaluacioacuten de MSEAS
En este capiacutetulo se exponen las caracteriacutesticas metodoloacutegicas de tres experimentos que se
utilizaron para construir y evaluar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) Tambieacuten se exponen tres trabajos de
investigacioacuten de autoriacutea propia que sirvieron de sustento teacutecnico y liacutenea base para la construccioacuten
y evaluacioacuten de MSEAS
1) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental El objetivo de este trabajo fue contar con indicadores de calidad de suelo que
pudieran ser utilizados a escala de parcela o unidad experimental y que fueran viables para ser
usados en MSEAS
2) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores de
cultivo El objetivo de este estudio fue proponer un indicador asociado al atributo salud humana de
la dimensioacuten social de la sostenibilidad agriacutecola y que fuera viable para ser usado en MSEAS
3) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela Con base en los paraacutemetros expuestos en este trabajo se define el
conjunto miacutenimo de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos que haraacuten parte del anaacutelisis de
sostenibilidad agriacutecola con MSEAS
57 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados
para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS
A continuacioacuten se presentan las caracteriacutesticas metodoloacutegicas (lugar material vegetal
tratamientos y disentildeo experimental) de los tres experimentos utilizados como estudios de caso para
la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS Las variables asociadas al suelo planta y clima se
exponen en apartados posteriores
211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate
bajo invernadero (ExTom)
Se llevoacute a cabo en el 2010 en uno de los invernaderos del Centro de BioSistemas de la
Universidad Jorge Tadeo Lozano de Bogotaacute ubicado en el municipio de Chiacutea (Colombia)
(4deg53rsquo362rdquo N -74deg00rsquo50rdquo W) a una altura de 2650 msnm Se utilizaron plaacutentulas de tomate
(Solanum lycopersicum) cv Sheila Se evaluaron cinco tratamientos Testigo quiacutemico (ChC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 quiacutemica (50 g m-2 de sulfato de amonio 65 g m-2 de
fosfato diamoacutenico 4 g m-2 de sulfato de manganeso y 05 g m-2 de boro) testigo orgaacutenico (OrC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 orgaacutenica (2600 g m-2 de compost de gallinaza 180 g m-2
de roca fosfoacuterica y 6 g m-2 de sulfato de manganeso) mezcla 1 (Mx1) Foacutermula de fertilizacioacuten de
fondo 25 orgaacutenica - 75 quiacutemica mezcla 2 (Mx2) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 50
orgaacutenica - 50 quiacutemica mezcla 3 (Mx3) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 75 orgaacutenica - 25
quiacutemica Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 15
unidades experimentales (tres reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental con un aacuterea de
123 m2 densidad de siembra 27 plantasm2
212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como
estrategia para reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el
cultivo de papa (ExPtSp)
Se llevoacute a cabo en el 2014 en el lote 49 ubicado en el C I Tibaitataacute de Agrosavia en Mosquera
Cundinamarca (4deg41rsquo1884rsquorsquo N - 74deg12rsquo2267rsquorsquo O) con una altitud de 2560 msnm humedad
relativa promedio de 80 y temperatura promedio de 13 degC Se utilizoacute semilla de papa (Solanum
58 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tuberosum) de la variedad comercial Diacol capiro Se evaluaron cinco tratamientos Control
Fertilizacioacuten usada por los productores normalmente en teacuterminos de fertilizantes (N292 P297
K354 kg ha-1) cantidad y momentos de aplicacioacuten (en presiembra y al aporque) As foacutermula de
fertilizacioacuten construida a partir de la curva de absorcioacuten de nutrientes y las propiedades del suelo
aplicada como lo hacen los productores (MO10000 N150 P90 K271 kg ha-1) AsSp
fraccionamiento mensual de la fertilizacioacuten recomendada por As AsSp25 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 25 (N112 P67 K203 kg ha-1) y AsSp50 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 50 (N75 P45 K136 kg ha-1) A todos los tratamientos excepto
Control se les aplicoacute 1 kg m-2 de abono orgaacutenico compostado Todas las propiedades de suelo
tambieacuten se midieron en un aacuterea no intervenida (Barbecho con tres repeticiones) cercana al lugar
del experimento Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 20
unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental correspondioacute
con un aacuterea de 16 m2 densidad de siembra 28 plantasm2
213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa
(ExPtRo)
Se llevoacute a cabo en el 2014-2015 en Tibaitataacute (Mosquera) junto al experimento ExPtSp Se utilizoacute
semilla de papa (Solanum tuberosum) variedad Diacol Capiro semilla de arveja (Pisum sativum)
variedad Santa Clara y semilla de avena forrajera (Avena sativa) variedad Cayuse Se evaluaron
tres secuencias de rotacioacuten PaArPa PapandashArveja-Papa PaAvAr Papa-Avena-Arveja y
PaPaAv Papa-Papa-Avena Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con tres
tratamientos y doce unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad
experimental contoacute con un aacuterea de 20 m2 La papa se sembroacute a una distancia de 035 m entre
plantas y 09 m entre surcos La arveja se sembroacute al chorrillo en hileras espaciadas 50 cm y 10 cm
entre plantas La avena se sembroacute al voleo en toda la unidad experimental Las densidades de
siembra fueron 28 75 y 200 plantas m-2 para papa arveja y avena respectivamente El esquema
de fertilizacioacuten fue el mismo para todos los ciclo de papa La avena y la arveja no se fertilizaron
59 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con
posibilidad de uso a escala de parcela o unidad
experimental
221 Resumen
Diversos indicadores se han desarrollado para evaluar la calidad del suelo (SQ) en funcioacuten de su
manejo y caracteriacutesticas Muchos generalmente se utilizan y estaacuten adaptados para evaluar la
variacioacuten de la SQ a mediano y largo plazo No obstante cuando se quiere evaluar esta variacioacuten
en el corto plazo es decir en experimentos estacionales con un solo ciclo de cultivo las
posibilidades se reducen Con base en esto el objetivo de este trabajo fue evaluar cinco indicadores
de calidad del suelo (SQI) marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador aditivo
simple (SQSA) indicador aditivo ponderado (SQW) indicador obtenido utilizando anaacutelisis de
componentes principales (SQPCA) e indicador obtenido utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados
parciales (SQPLSR) Tambieacuten se evaluaron dos teacutecnicas de agregacioacuten aditiva ponderada (A) y
geomeacutetrica o multiplicativa (P) Se utilizaron 52 unidades experimentales distribuidas en tres
experimentos 1) fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate (ExTom) 2) fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa (ExPtSp) y 3) estrategias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) Los resultados para
los indicadores de calidad de suelo oscilaron entre 033 y 099 (Rango de SQI de 0 a 1) Ninguacuten
indicador de calidad de suelo se correlacionoacute significativamente con el rendimiento en cada uno
de los experimentos SQW se correlacionoacute negativamente con el rendimiento en ExTom y
positivamente en ExPtRo Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P)
detectaron eficientemente los cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al
suelo En experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar (SQSA
SQW) fueron tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos (SQSMAF SQPCA y SQPLSR)
Palabras clave indicadores de calidad del suelo propiedades funcionales anaacutelisis de
componentes principales regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales marco de evaluacioacuten del
manejo del suelo
60 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
222 Abstract
Some methods have been developed to evaluate soil quality (SQ) according to its handling and
characteristics Many are generally used and adapted to evaluate the variation of SQ in the medium
and long term However when this variation is to be evaluated in the short term ie in seasonal
experiments the possibilities are reduced with a single crop cycle Based on this the objective of
this work was to evaluate five soil quality indicators (SQI) soil management assessment
framework (SQSMAF) simple additive soil quality indicator (SQSA) weighted additive (SQW) using
principal component analysis (SQPCA) and using partial least squares regression (SQPLSR) and two
aggregation techniques weighted additive (A) and geometric or product (P) Fifty-two soil samples
were used distributed in three experiments 1) organic-mineral fertilization in tomato (ExTom) 2)
split fertilization in potato (ExPtSp) and 3) potato rotation strategies (ExPtRo) The SQ varied
among indicators experiments and treatments and ranged from 033 to 099 (SQI range 0 to 1) No
indicator correlated with yield in all experiments SQW correlated negatively in ExTom and
positively in ExPtRo SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) and SQPCA(P) indicators efficiently
detected quality changes in response to soil treatments In seasonal experiments simple methods
that were easy to use and analyze were as effective or more effective than more complex methods
Keywords soil quality indicators functional properties PCA PLSR SMAF
223 Introduccioacuten
Seguacuten Doran y Parkin (1994) la calidad del suelo es ldquoLa capacidad de una clase especiacutefica de
suelo para funcionar dentro de los liacutemites de los ecosistemas sostener la productividad bioloacutegica
mantener la calidad ambiental y promover la salud de las plantas y los animalesrdquo La calidad del
suelo no se puede medir de manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de
un conjunto miacutenimo de caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica
del suelo y su relacioacuten con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) La
definicioacuten de indicadores de calidad del suelo es compleja debido a la necesidad de considerar la
escala geograacutefica de medicioacuten y las muacuteltiples funciones del suelo Ademaacutes la integracioacuten de las
propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas del suelo definen sus funciones y generan una imagen
holiacutestica de su calidad (de Paul Obade y Lal 2016 Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992)
61 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Zornoza et al (2015) encontraron que a pesar de que la mayoriacutea de los autores evaluacutean la calidad
del suelo mediante el anaacutelisis y la descripcioacuten de propiedades individuales otros consideran la
importancia del uso de un indicador (iacutendice o funcioacuten) de calidad del suelo para relacionarla con la
produccioacuten de cultivos y las praacutecticas de manejo
Las propiedades fiacutesicas reflejan las limitaciones para el anclaje y desarrollo de las raiacuteces la
emergencia de las plaacutentulas la infiltracioacuten la conductividad hidraacuteulica la retencioacuten de agua o la
actividad de la macrofauna (Burger y Kelting 1999) Propiedades inherentes como la textura no
variacutean con el manejo que se le da al suelo sin embargo es determinante en otras propiedades e
indicadores de calidad del suelo Las propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad
del suelo son textura (distribucioacuten porcentual del tamantildeo de partiacutecula) densidad aparente
agregacioacuten del suelo contenido de agua disponible (capacidad de almacenamiento de agua)
porosidad y resistencia a la penetracioacuten (compactacioacuten) (Zornoza et al 2015) (Tabla 2-1)
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Textura Txt El empaquetamiento de las partiacuteculas de arcilla limo y arena crean espacio dentro del
volumen del suelo para el agua y el aire asiacute como para las raiacuteces y la fauna del suelo Por
esta razoacuten la textura no solo influye en todos los procesos vivos del suelo sino tambieacuten en las interacciones entre las fases soacutelida liacutequida y gaseosa y en los procesos de
transporte de fluidos (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Arcilla Ar
Limo L
Arena A
Densidad aparente Db La densidad aparente tiene una relacioacuten inversamente proporcional con el contenido de materia orgaacutenica y la porosidad del suelo (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Porosidad Po Los poros son el espacio donde se ubica el agua y el aire del suelo La porosidad es
determinante para el suministro de agua y nutrientes para las plantas
Tasa de erosioacuten TE
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo pues induce la remocioacuten de su
capa superior donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) y
generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo la profundidad de la capa arable y la capacidad de almacenamiento de agua y de nutrientes
(Scheffer y Schachtschabel 2016)
Compactacioacuten Cn La compactacioacuten puede generar una inhibicioacuten de la aireacioacuten del suelo y una limitacioacuten
para la expansioacuten de las raiacuteces de la planta (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Estabilidad de agregados
Diaacutemetro medio ponderado (DMP)
AGG
Un gran nuacutemero de funciones del suelo se rigen en gran medida por su estructura
siendo una de las principales la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) Esta capacidad es tiacutepicamente maacutes sensible a las modificaciones
de la estructura del suelo que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad debido a
que las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Capacidad de
almacenamiento de agua
disponible para la planta
CAD
Dependiendo de las caracteriacutesticas del suelo se genera una capacidad de
almacenamiento de agua que estaraacute disponible para la planta y que responderaacute a las
condiciones del clima Un suelo con una buena capacidad de almacenamiento de agua se
asocia con una mayor fertilidad del suelo
Las propiedades quiacutemicas afectan la relacioacuten suelo-planta la calidad del agua la capacidad de
amortiguacioacuten y la disponibilidad de nutrientes y contaminantes en el suelo (Muckel y Mausbach
62 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1996) El carbono orgaacutenico se ha sugerido como la propiedad quiacutemica maacutes importante de calidad
de suelo ya que esta afecta a la mayoriacutea de sus propiedades (Arias et al 2005) Zornoza et al
(2015) afirman que el carbono orgaacutenico es la propiedad quiacutemica maacutes utilizada para evaluaciones
de calidad del suelo seguido por pH nitroacutegeno total conductividad eleacutectrica disponibilidad de
nutrientes capacidad de intercambio catioacutenico nitroacutegeno y carbono solubles y metales pesados
(Tabla 2-2)
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
A pesar de su notable importancia las propiedades bioloacutegicas son las menos utilizadas en estudios
asociados con el manejo del suelo en actividades agriacutecolas No obstante existe un nuacutemero
considerable de propiedades bioloacutegicas asociadas con la calidad del suelo Las maacutes utilizadas en
indicadores de calidad del suelo son mineralizacioacuten de carbono y nitroacutegeno biomasa microbiana
(carbono yo nitroacutegeno) comunidades microbianas actividad enzimaacutetica e invertebrados (Zornoza
et al 2015) La medicioacuten de estas propiedades es importante en experimentos estacionales donde
es necesario apreciar cambios en el corto plazo por efecto de los tratamientos evaluados En ese
sentido los macro y microorganismos del suelo desempentildean un papel directo en procesos como
reciclaje de nutrientes y agregacioacuten y son maacutes sensibles y responden raacutepidamente a las
perturbaciones y cambios en el uso del suelo (Doran y Zeiss 2000) La biomasa microbiana la
actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran indicadores muy sensibles al cambio
pues responden maacutes raacutepidamente al manejo y uso del suelo que el contenido de carbono y
nitroacutegeno orgaacutenico (Nannipieri 1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al
2000) Marinari et al (2006) sugieren que la mineralizacioacuten de nitroacutegeno puede considerarse una
propiedad de calidad del suelo en el corto plazo pues relaciona la actividad bioloacutegica con el
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Capacidad de intercambio catioacutenico CIC El intercambio de cationes juega un papel vital en el almacenamiento de
nutrientes esenciales para la planta principalmente Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+
pero tambieacuten de elementos menores (Fe2+ Mn2+ Cu2+ y Zn2+) (Scheffer y
Schachtschabel 2016)
Bases intercambiables BI
CIC efectiva CICE
Saturacioacuten de bases SB
Carbono orgaacutenico CO
Algunas de las funciones de la MOS son aumentan la CIC por su alta cantidad de cargas negativas genera estructura estable por formacioacuten de
micro y macro agregados fuente importante de N y otros nutrientes
mediante mineralizacioacuten fuente de C para microorganismos entre otras (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Stock de CO StockC
Materia orgaacutenica del suelo MOS
Nitroacutegeno orgaacutenico Norg
Stock de N SockN
Porcentaje de sodio intercambiable PSI Los suelos soacutedicos presentan problemas de agregacioacuten estructural que dificultan el movimiento de agua y aire en el suelo (Quirk 2001)
Porcentaje de metales pesados MP Los metales pesados pueden inhibir procesos fisioloacutegicos de la planta tales como intercambio gaseoso fijacioacuten de CO2 respiracioacuten y absorcioacuten
de nutrientes (Nagajyoti et al 2010)
63 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
conjunto de N laacutebil en la materia orgaacutenica (Ndiaye et al 2000) y finalmente el nuacutemero de
lombrices es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de manejo del suelo y
los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018) Tambieacuten es comuacuten que el contenido de
carbono orgaacutenico y el carbono almacenado sean consideradas propiedades bioloacutegicas (p ej
Andrews et al 2004) (Tabla 2-3)
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
C de la biomasa microbiana MBC
La biomasa microbiana y la actividad enzimaacutetica responden maacutes
raacutepidamente al manejo y uso del suelo que MOS CO o NO (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Ndiaye et al 2000) Por lo tanto la biomasa microbiana la actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran
indicadores maacutes sensibles al cambio que las propiedades quiacutemicas (p ej MOS) (Beyer et al 1999) por lo que pueden ser uacutetiles en experimentos
estacionales
N de la biomasa microbiana MBN
Actividad enzimaacutetica (fosfatasa aacutecida) PNP
Actividad enzimaacutetica (proteasa) TYR
Actividad enzimaacutetica (dehidrogenasa) DH
Respiracioacuten del suelo (emisiones de CO2) SR
Mineralizacioacuten de nitroacutegeno N-Minrz La mineralizacioacuten de N es un indicador que relaciona la actibidad bioloacutegica con el conjunto de N laacutebil en la MOS (Ndiaye et al 2000)
Relacioacuten C microbiano - C orgaacutenico CmicCorg Marinari et al (2006) sugieren que esta variable puede considerarse un
indicador de calidad del suelo en el corto plazo
Relacioacuten respiracioacuten - C microbiano qCO2 Se puede considerar como un indicador indirecto de la eficiencia de
transformacioacuten de la energiacutea (Dilly 2005)
Nuacutemero de lombrices LmN Este es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de
manejo del suelo y los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018)
En la literatura se encuentra una cantidad considerable de investigaciones que comparan diferentes
meacutetodos para estimar la calidad del suelo (p ej Cherubin et al 2016a Mukherjee y Lal 2014
Obade y Lal 2016) En estas investigaciones aunque la calidad del suelo se evaluacutea a traveacutes de
muestreos localizados y puntuales los resultados generalmente se extrapolan a mayores aacutereas
geograacuteficas No obstante un indicador o iacutendice de calidad del suelo deberiacutea ser sensible a cualquier
escala (Obade y Lal 2016)
Zornoza et al (2015) reportaron el uso generalizado de una metodologiacutea para construir los
indicadores basada en la normalizacioacuten calificacioacuten y ponderacioacuten de diferentes variables de
suelo Se utiliza un conjunto miacutenimo de datos que se selecciona en la mayoriacutea de los casos
mediante anaacutelisis multivariados Una vez que las variables se han normalizado y ponderado los
indicadores de calidad del suelo se calculan normalmente por la suma de los indicadores puntuados
ponderados
64 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El objetivo de este trabajo es definir cual o cuales de los principales meacutetodos de evaluacioacuten de la
calidad de suelo reportados en la literatura son mas viables para ser utilizados a escala de parcela o
unidad experimental esto como aporte a la evaluacioacuten de la calidad del suelo en experimentos
orientados a actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo
224 Metodologiacutea
2241 Experimentos
Para analizar los diferentes meacutetodos de estimacioacuten de la calidad del suelo se emplearon los tres
experimentos expuestos en el Numeral 21
2242 Muestreo de suelos y anaacutelisis de laboratorio
Para los tres experimentos se recolectaron muestras de la capa arable (02 m de profundidad) (SD)
En el Centro de BioSistemas se trabajoacute en un suelo mineral (Andic Dystrudepts) de textura franca
En Tibaitataacute se trabajoacute en un suelo mineral (Typic Hapludands) de textura franca Las propiedades
de ambos suelos se presentan en la Tabla 2-4
El pH y la conductividad eleacutectrica (CE) del suelo se determinaron en una suspensioacuten de relacioacuten
suelo agua 11 utilizando un medidor de conductividadpH de electrodos combinados el contenido
de carbono orgaacutenico (CO) por el meacutetodo de Walkley-Black K+ Ca2+ Mg2+ y Na+ intercambiables
por el meacutetodo del Acetato de NH4+ 1M pH 7 realizando la valoracioacuten por espectrofotometriacutea de
absorcioacuten atoacutemica la CICE (Capacidad de Intercambio Catioacutenico Efectivo) se determinoacute como la
sumatoria de los cationes intercambiables el P con el meacutetodo Bray II Se determinaron paraacutemetros
hidrodinaacutemicos y fiacutesicos del suelo curva de retencioacuten de humedad en cinco puntos (001 003
01 03 y 15 MPa de presioacuten) por el meacutetodo del plato y la olla de presioacuten (Dane y Hopmans
2002) densidad aparente (Db) dividiendo la masa seca del suelo por el volumen del cilindro (100
cm3) densidad real (Dr) por el meacutetodo del picnoacutemetro (Dane y Hopmans 2002) y textura o
distribucioacuten del tamantildeo de partiacutecula por el meacutetodo de Bouyoucos (Pansau y Gautheyrou 2006) La
porosidad total (TP) se calculoacute como [1-(DbDr)]100 El potencial o capacidad de agua disponible
(CAD) se calculoacute como la diferencia en el contenido volumeacutetrico de agua a potenciales de
humedad de 003 y 15 MPa El contenido de agua (CA) se calculoacute como CADDbSD100 La
65 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estabilidad de agregados (AGG) se determinoacute utilizando un oscilador vertical (modelo Yoder MA-
148) con cinco tamices (4 2 1 05 y 025 mm de diaacutemetro) a una velocidad de 30 oscilaciones
minminus1 durante 10 min Los resultados tambieacuten se utilizaron para calcular el diaacutemetro medio
ponderado (DMP) y el diaacutemetro medio geomeacutetrico (DMG) (Youker y McGuinness 1957) El stock
de C (StockC) se calculoacute como CO DbSD
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos (Exp) en
evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias significativas (Plt005)
Exp Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC
dS m-1 mg kg-1 cmolc kg-1 g cm-3 mm cm gg Mg ha-1
Ex
To
m
ChC 67 a 07 ab 63 a 16 b 10 a --- --- --- --- 53 a 02 a 16 b 38 c
OrC 68 a 03 c 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 55 a 02 a 21 a 49 a
Mx1 66 a 07 ab 64 a 15 b 10 a --- --- --- --- 55 a 02 a 18 ab 42 bc
Mx2 65 a 05 bc 62 a 16 b 10 a --- --- --- --- 54 a 02 a 16 ab 39 c
Mx3 68 a 08 a 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 52 a 02 a 20 ab 47 ab
Ex
PtS
p
Barbecho 56 a 04 d 57 c 18 a 10 a --- 40 a 08 a 11 a 49 a 02 a 51 a 122 a
Control 52 bc 18 a 177 b 21 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 43 a 02 a 52 a 123 a
As 50 c 16 a 58 c 19 a 09 a --- 41 a 08 a 11 a 50 a 02 a 52 a 122 a
AsSp 50 c 14 b 231 a 21 a 10 a --- 41 a 08 a 11 a 52 a 02 a 51 a 123 a
AsSp25 54 ab 14 b 54 c 22 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 53 a 02 a 52 a 123 a
AsSp50 53 abc 11 c 71 c 22 a 10 a --- 43 a 08 a 12 a 52 a 02 a 51 a 122 a
Ex
PtR
o
PaArPa 54 b 14 a 104 a 15 a 11 a 52 b 42 a 09 a 13 a 19 a 01 a 53 a 142 a
PaAvAr 57 b 15 a 60 a 16 a 09 b 56 a 48 a 10 a 14 a 17 a 01 a 50 a 110 b
PaPaAv 60 a 08 a 77 a 17 a 10 ab 55 ab 38 a 09 a 12 a 21 a 01 a 47 a 114 b
Umbrales para puntuacioacuten y ponderacioacuten
Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn
Opt Min 55
2 02
1 40
2 200
2 00
2 20
2 90
3 20
2 50
3 10
2 05
2 30
2 100
3 Max 72 05 10
Adc Min 72
1
16
1 150
1 10
1 18
1 70
2 10
1 20
2 5
1 02
1 20
1 50
2 Max 80 40 200 15 20 90 20 50 10 05 30 100
Bajo Min 00
0 00
0 0
0 00
0
15
0 0
0 00
0 10
1 0
0 00
0 00
0 0
1 Max 55 02 16 150 18 50 10 20 5 02 20 50
Alto Min 80
0 05
0
15
0 0
0 50
1
00
0
Max 15 70 10
Fuente 1 2 3 4 1 2 2 2 2 3 2 2 4
CE Conductividad eleacutectrica CICE Capacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT Porosidad
total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado CA
Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Opt
Oacuteptimo Adc Adecuado Min Miacutenimo Maacutex Maacuteximo Vl Valor Pn Puntuacioacuten Fuente 1) Amacher et al (2007) 2)
Lal (1994) 3) Fernandes et al (2011) 4) Mukherjee y Lal (2014)
2243 Caacutelculo de los indicadores de calidad del suelo (SQI)
Los SQI se usaron como herramientas para evaluar los efectos de los tratamientos sobre la calidad
del suelo Dependiendo del meacutetodo y la disponibilidad de informacioacuten de cada experimento se
evaluoacute un nuacutemero variable de propiedades siempre respetando las condiciones establecidas por los
autores de cada meacutetodo Bajo el marco propuesto un suelo ideal tendriacutea un valor SQI de 1 para un
66 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
suelo de la maacutes alta calidad y de 0 para un suelo severamente degradado (Doran y Parkin 1994
Karlen y Stott 1994)
Marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF)
El conjunto miacutenimo de datos para los tres experimentos consideroacute las propiedades fiacutesicas AGG
CAD y Db las propiedades quiacutemicas CE pH y P y la propiedad bioloacutegica CO2 a excepcioacuten de
ExTom que no incluyoacute AGG Este enfoque es consistente con las pautas generales de SMAF que
recomiendan utilizar un miacutenimo de cinco indicadores con al menos uno que represente las
propiedades y procesos quiacutemicos fiacutesicos y bioloacutegicos del suelo (Karlen et al 2008) Estos
indicadores se puntuaron transformando los valores observados en valores de 0 a 1 Para esto se
utilizoacute una plantilla en Excel (ExcelSMAF) con los algoritmos y funciones para cada variable de
suelo con base en lo publicado por Andrews et al (2004) Wienhold et al (2009) y Stott et al
(2010) (Tabla 2-5) ExcelSMAF no estaacute disponible actualmente en la web esta fue suministrada
por el Dr Mauricio Cherubin (Cherubin et al 2016a y b) y el Dr Isaias Lisboa (Lisboa et al
2019) Los algoritmos en ExcelSMAF representan la materia orgaacutenica textura clima pendiente
regioacuten mineralogiacutea clase de meteorizacioacuten cultivo tiempo de muestreo y los efectos del meacutetodo
analiacutetico en los diversos valores de umbral (Andrews et al 2004) Dichos valores son necesarios
para solucionar los algoritmos y las funciones expuestas en la Tabla 2-5 y asignar el puntaje a cada
propiedad del suelo
A partir de la informacioacuten establecida en ExcelSMAF se definieron los paraacutemetros necesarios para
asignar el puntaje (y) a cada propiedad del suelo (Tabla 2-6) Para calcular SQSMAF se dividieron
las propiedades del suelo en fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas Se sumaron los puntajes en cada grupo
(Scr) y se dividioacute entre la cantidad de propiedades que conformaban el grupo (NPr) El puntaje
alcanzado en cada grupo se obtuvo mediante la funcioacuten SQFs Qm Bl = ScrNPr Finalmente se
sumaron todos los Scr de cada grupo (ScrT) y se dividioacute entre el nuacutemero total de propiedades
evaluadas (NPrT) SQSMAF = ScrTNPrT
2 Los autores de SMAF incluyen al carbono orgaacutenico dentro del grupo de propiedades bioloacutegicas
67 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades (Props) pH
(agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD) densidad aparente (Db)
conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del indicador de calidad de suelo SQSMAF
Fuente adaptado de Andrews et al (2004)
Props Algoritmos de puntuacioacuten Constantes Factores especiacuteficos locales
AGG Si AGG gt 50 Y y = a + b[cos(c x AGG - d)] lt 1 Entonces y = 1 O sino y = a + b[cos(c x AGG - d)]
a = -08 b = 1799 c = 00196 d = f(MO textura Fe2O3)
CAD Si regioacuten = arida entonces y = [ab + c(AWCd)](b + AWCd)
O sino y = a + bcos[c(CAD) + d]
a = 00114 c = 1088 d = 2182
a = 0477 b = 0527 c = 6878
region b = f(textura MO)
d = f(textura)
Db Si textura 35 arcilla entonces y = a - b[exp(-c x Db
d)]
O sino y = a - b[exp(-cDbd)]
a = 0994 b c d = f(textura mineralogiacutea)
b c d = f(textura)
CE
Si CE le 03 entonces y = 333CE Si 03 lt CE lt T
entonces y = 1
Si CE ge T entonces y = a + bCE
a = 1 - bT
T = f(meacutetodo cultivo textura) b = f(T)
pH y = aexp[-(pH - b)22c2] a = 10 b c = f(cultivo)
P
Si P le max (cultivo y meacutetodo) Entonces y = (ab + cPd)(b + Pd)
Si P gt max(pendiente y meacutetodo)
Entonces y = a - b[exp(-cPd)] O sino y = 1
a = 926 x 106 c = 10 d = 306
a = 1 b = 45 d = -2
b = f(cultivo CO textura meacutetodo)
c =f(pendiente CO textura meacutetodo)
CO y = a1 + b[exp(-cCC)] a = 1 b = 501 c = (MO textura meacutetodo)
Indicador de calidad de suelo aditivo simple (SQSA)
El SQSA se estimoacute siguiendo el meacutetodo descrito por Amacher et al (2007) En este meacutetodo los
paraacutemetros del suelo recibieron valores umbral basados principalmente en lo reportado por
Mukherjee y Lal (2014) Los niveles de umbral las interpretaciones y los valores de puntaje del
iacutendice de suelo asociados se presentan en la Tabla 2-4 Los valores del indicador individual se
sumaron para obtener el SQSA a traveacutes de la Ecuacioacuten 12
SQSA =scTt minus scMin
SCMax minus SCMin Ecuacioacuten 12
Donde SCTt = Puntuacioacuten total alcanzada por cada unidad experimental de cada tratamiento SCMin
= Puntuacioacuten miacutenima posible y SCMax = Puntuacioacuten maacutexima posible
El conjunto miacutenimo de datos del experimento ExPtRo incluyoacute las propiedades pH CE P CICE
Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO y StockC Debido a que no se midieron en ExPtSp no
se consideroacute PT y en ExTom no se incluyeron PT AGG DMG ni DMP
68 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado
Paraacutemetro ExTom ExPtSp ExPtRo
Clase Paraacutemetro Clase Paraacutemetro
Taxonomiacutea Andic Dystrudepts Typic Hapludand
Cultivo Tomate Papa
MO 4 Udepts 2 Udands
Textura 2 Franca 2 Franca
Clima 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt
Fe2O3 2 No ultisoles 2 No ultisoles
Mineral 3 Otro 3 Otro
Regioacuten 2 Huacutemeda 2 Huacutemeda
pH oacuteptimo 65 625
pH rango 22 205
CE T 25 17
CE T 11 arena 443 301
CE dT 99 12
CE m -0497753789 -0555869656
CE method 1 Pasta saturada 1 Pasta saturada
Pendiente 1 0-2 1 0-2
Ambiente 160 160
P meacutetodo 3 Bray 3 Bray
P oacuteptimo 24 19
P maacuteximo 30 25
P f(cultivo) 590 293
Meterorizacioacuten 3 Ligeramente Todos los otros 3 Ligeramente Todos los otros
Pmet X Meteor 33 33
Factor de
meacutetodo 1 1
SMAF asigna un valor dependiendo de la caracteriacutestica del suelo estudiado
Indicador de calidad de suelo aditivo ponderado (SQW)
Para calcular SQW se siguioacute este procedimiento
Caacutelculo de Sc A cada paraacutemetro del suelo se le asignoacute un puntaje (Sc) que va de 0 a 1 mediante el
uso de funciones de puntaje lineal (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Los paraacutemetros
del suelo se dividieron en grupos basados en tres funciones de algoritmos matemaacuteticos usualmente
utilizados para anaacutelisis de calidad del suelo (Andrews et al 2002 Hussain et al 1999 Glover et
al 2000 Karlen y Stott 1994 Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) (a) maacutes es mejor (pej
DMG StockC y CAD) en donde cada observacioacuten se dividioacute por el valor observado maacutes alto de
todo el conjunto de datos de modo que el valor maacutes alto tendriacutea una puntuacioacuten de 1 (b) menos es
mejor (pej Db) en donde el valor observado maacutes bajo de todo el conjunto de datos se dividioacute por
cada observacioacuten de modo que el valor maacutes bajo recibioacute una puntuacioacuten de 1 y (c) oacuteptimo (pej
pH y CE) en donde los paraacutemetros oacuteptimos se puntuaron hasta un valor umbral como maacutes es
mejor y posteriormente los valores umbral superiores se puntuaron como menos es mejor
(Mukherjee y Lal 2014)
69 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Caacutelculo de Sw Se asigna arbitrariamente un subponderador (Sw) a cada variable en funcioacuten de su
importancia dentro de la propiedad funcional particular del suelo Sw se asignoacute de acuerdo con este
orden de importancia mediciones de campo (Db) gt mediciones de laboratorio (pH CE P CICE
CA CAD CO) gt paraacutemetros obtenidos a partir de otros paraacutemetros (AGG DMG DMP y
StockC) Los Sw de cada variable del suelo se sumaron a 1 bajo cada propiedad funcional del
suelo capacidad de suministro de nutrientes (CSN) capacidad de almacenamiento de agua (CAA)
y capacidad de desarrollo de la raiacutez (CDR) (Fernandes et al 2011 Karlen y Stott 1994
Mukherjee y Lal 2014)
Caacutelculo de Swc Es el puntaje ponderado Se multiplica el Sc de cada variable de cada unidad
experimental por su Sw asignado
Caacutelculo de WFP Se asigna un ponderador (W) a cada propiedad funcional (FP) de acuerdo con el
nuacutemero de indicadores representativos en el modelo (Fernandes et al 2011) dividiendo el nuacutemero
de variables asignado a cada FP entre el nuacutemero de variables total (p ej WFP para NSC =
Cantidad de variables de NSC (Cantidad de variables para NSC + Cantidad de variables para
WSC + cantidad de variables para RDC)
Caacutelculo de SFP Se hace la sumatoria de los Scw de cada FP de cada unidad experimental
Caacutelculo de SQW El SQW para cada unidad experimental de cada experimento se calculoacute mediante
dos teacutecnicas de agregacioacuten la teacutecnica aditiva ponderada y la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 13 y Ecuacioacuten 14 respectivamente
SQW(A) = sum SFP times WFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 13
SQW(P) = prod SFPWFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 14
n NSC WSC RDC
70 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador de calidad del suelo utilizando anaacutelisis de componentes principales (SQPCA)
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se utiliza para reducir la dimensionalidad de todo el
conjunto de variables correlacionadas mientras se conserva la mayor cantidad posible de sus
variaciones (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Este meacutetodo es maacutes objetivo pues en
lugar de incluir la opinioacuten subjetiva de expertos yo la revisioacuten de la literatura utiliza una serie de
herramientas estadiacutesticas (correlacioacuten muacuteltiple anaacutelisis factorial y de agrupamiento) que evitariacutea
cualquier sesgo y redundancia (Andrews et al 2002) En otras palabras el PCA se seleccionoacute
como una de las herramientas de reduccioacuten de datos y de seleccioacuten de propiedades del suelo
(Mukherjee y Lal 2014)
Para el anaacutelisis se tuvieron en cuenta los componentes principales (PC) con autovalores altos (ge 1)
los cuales representan la maacutexima variacioacuten en el conjunto de datos (Andrews et al 2002) Se
asignoacute un valor de ponderacioacuten (Wc) a cada componente dividiendo el porcentaje de varianza del
PC entre la varianza acumulada del uacuteltimo PC seleccionado Para realizar el anaacutelisis se utilizoacute el
software R v 402 (R Core Team 2019) Por cada PC se seleccionoacute la variable de suelo con
mayor factor de carga o autovector (FL) Al igual que SQW SQPCA para cada unidad experimental
de cada experimento se calculoacute mediante las teacutecnicas aditiva ponderada y de agregacioacuten
geomeacutetrica (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
SQPCA(A) = sum Sc times Wc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 15
SQPCA(P) = prod ScWc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 16
Donde Sc = Valor normalizado de la propiedad del suelo (c) es igual a Sc en el caacutelculo de SQW
Indicador de calidad del suelo utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (SQPLSR)
El anaacutelisis de regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (PLSR) es un meacutetodo de anaacutelisis de datos
estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal
muacuteltiple el anaacutelisis de correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de regresioacuten que correlaciona muacuteltiples variables independientes con muacuteltiples o
individuales variables dependientes (Xing et al 2020) En este estudio se adoptoacute el meacutetodo PLSR
71 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con una uacutenica variable dependiente
(SQI) La diferencia entre PLSR y PCA radica en que los componentes extraiacutedos por PLSR no solo
pueden resumir bien la informacioacuten del conjunto de variables independientes sino que tambieacuten
explica mejor la variable dependiente (Xing et al 2020)
Para estimar SQPLSR primero se deben generar los coeficientes de regresioacuten a partir del algoritmo
del PLSR Una explicacioacuten matemaacutetica maacutes detallada se puede encontrar en las siguientes
referencias Chong y Jun 2005 de Jong 1993 Mehmood et al 2011 2012 Xing et al 2020
Estos coeficientes se utilizaron como ponderadores para cada variable y unidad experimental Con
el fin de que SQPLSR se presentara en un rango de 0 a 1 se aplicoacute una doble estandarizacioacuten a los
coeficientes Primero se estandarizaron aplicando la Ecuacioacuten 17
Cs = CO minus CMn
CMx minus CMn Ecuacioacuten 17
Donde Cs = Coeficiente estandarizado CO = Coeficiente generado por PLSR para la propiedad y
unidad experimental especiacutefica CMn = Miacutenimo coeficiente del conjunto de datos para la propiedad
especiacutefica de suelo (pej pH) CMx = Maacuteximo coeficiente del conjunto de datos para la misma
propiedad Luego se estandarizaron los valores de todas las variables de cada unidad experimental
aplicando la Ecuacioacuten 18
Wc = Cs
sum ScSc=1Sc=n
Ecuacioacuten 18
Wc = peso o ponderador aplicado a cada propiedad normalizada (Sc)
SQPLSR(A) y SQPLSR(P) se calculoacute mediante la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
2244 Comparacioacuten entre indicadores
Para los experimentos ExTom y ExPtSp se evaluaron los SQI estimados con los cinco meacutetodos con
los datos de rendimiento cantidad de abono orgaacutenico y fertilizante aplicado mediante el caacutelculo de
los coeficientes de correlacioacuten de Pearson
72 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2245 Anaacutelisis estadiacutesticos
Los anaacutelisis se realizaron con el software R v 402 (R Core Team 2020) Para todas las variables
estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por medio de graacuteficos
boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y realizando pruebas
de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de la libreriacutea normtest
(Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste para encontrar la
transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la libreriacutea MASS (Ripley
et al 2017) Los coeficientes de correlacioacuten de Pearson se calcularon con las ayudas centrales de
R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae (Mendiburu 2017)
se realizoacute un anaacutelisis de varianza univariado y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey Los
coeficientes de regresioacuten del PLSR se calcularon mediante el paquete pls (Mevik et al 2019)
225 Resultados
2251 SQSMAF
Una vez se calcularon los algoritmos y funciones se obtuvieron los puntajes (y) para cada
propiedad de suelo evaluada en cada tratamiento de los tres experimentos (Tabla 2-7) A
excepcioacuten de las propiedades fiacutesicas para ExPtRo todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas para los tres experimentos presentaron una puntuacioacuten mayor a 08 El suelo en ExPtRo
presentaba una capacidad de agua disponible (CAD) que lo ubicaba dentro del umbral de bajo
mientras los suelos para ExTom y ExPtSp se ubicaban en el umbral de adecuado (Tabla 2-4) Esto
condujo a que la puntuacioacuten de CAD para ExPtRo estuviera entre 033 y 038 lo cual generoacute que
su puntuacioacuten para las propiedades fiacutesicas fuera de 075 077 y 074 para los tratamientos PaArPa
PaAvAr y PaPaAv respectivamente
73 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de
suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados
Trat
Fiacutesicas Quiacutemicas Bioloacutegicas Total
y Scr NPr SQFs
y Scr NPr SQQm
y Scr NPr SQBl ScrT NPrT
AGG CAD Db CE pH P CO
ExPtTom
ChC 083 --- 099 182 200 091 a 100 099 100 299 300 100 a 098 098 100 098 a 580 600
OrC 087 --- 099 186 200 093 a 089 099 100 288 300 096 a 100 100 100 100 a 574 600
Mx1 086 --- 099 186 200 093 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 584 600
Mx2 085 --- 099 184 200 092 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 583 600
Mx3 083 --- 099 182 200 091 a 100 100 100 300 300 100 a 100 100 100 100 a 582 600
ExPtSp
Barbecho 089 079 099 267 300 089 a 100 098 100 298 300 099 a 100 100 100 100 a 665 700
Control 090 072 099 261 300 087 a 051 096 089 236 300 079 d 100 100 100 100 a 597 700
As 090 079 099 268 300 089 a 100 095 100 295 300 098 b 100 100 100 100 a 663 700
AsSp 090 083 099 272 300 091 a 100 094 048 242 300 081 c 100 100 100 100 a 614 700
AsSp25 090 084 099 273 300 091 a 100 098 100 298 300 099 ab 100 100 100 100 a 671 700
AsSp50 091 082 099 273 300 091 a 100 097 100 297 300 099 ab 100 100 100 100 a 670 700
ExPtRo
PaArPa 091 033 099 224 300 075 a 088 097 098 283 300 094 a 100 100 100 100 a 607 700
PaAvAr 096 035 099 230 300 077 a 075 099 100 274 300 091 a 100 100 100 100 a 603 700
PaPaAv 085 038 099 222 300 074 a 100 100 100 300 300 100 a 099 099 100 099 a 621 700
Trat Tratamiento y puntaje obtenido para cada variable AGG Estabilidad de agregados CAD Contenido de
agua disponible Db Densidad aparente CE Conductividad eleacutectrica CO Carbono orgaacutenico Scr Puntaje acumulado
NPr Nuacutemero de propiedades del suelo para el grupo especiacutefico SQFs Qm Bl Puntaje obtenido en cada grupo ScrT
Sumatoria de todos los Scr y NPrT Nuacutemero total de propiedades del suelo evaluadas
2252 SQSA
Para los tres experimentos evaluados la puntuacioacuten total estuvo cercana al rango medio del umbral
de maacutexima puntuacioacuten posible (Tabla 2-8) En ExTom el tratamiento Mx1 alcanzoacute un puntaje de 9
de 18 En este tratamiento de las nueve propiedades evaluadas solo pH P y Db se encontraban
dentro del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) alcanzando el mayor puntaje individual El tratamiento
Control de ExPtSp que obtuvo un puntaje de 11 no superoacute el promedio del puntaje posible para
este experimento (26) Lo mismo ocurrioacute con PaArPa de ExPtRo que tan solo obtuvo 12 de 28
puntos En ambos experimentos la baja puntuacioacuten obedecioacute a que las propiedades CE PT AGG
DMP CA y CAD se encontraban por fuera del umbral oacuteptimo o adecuado (Tabla 2-4)
74 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC Punt Total
Min Max Total
ExTom
ChC 2 0 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 10
OrC 2 1 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 13
Mx1 2 0 2 0 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 9
Mx2 2 1 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 11
Mx3 2 0 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 11
ExPtSp
Barbecho 2 1 2 1 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 15
Control 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 0 2 3 2 26 11
As 0 0 2 1 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 12
AsSp 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp25 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp50 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 13
ExPtRo
PaArPa 0 0 2 1 1 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 12
PaAvAr 2 0 2 1 2 2 1 1 1 0 0 2 3 2 28 16
PaPaAv 2 0 2 1 2 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 14
CE Conductividad eleacutectrica CICE Caopacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT
Porosidad total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado
CA Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Punt
Puntaje Min Miacutenimo y Max Maacuteximo
2253 SQW
Para ExTom los puntajes (Sc) maacutes bajos los presentoacute StockC para la propiedad funcional
capacidad de suministro de nutrientes (CSN) y CAD para capacidad de almacenamiento de agua
(CAA) lo cual generoacute un puntaje ponderado (Scw) bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
ExPtSp y ExPtRo obtuvieron un bajo Sc para CE dentro de CSN CD y CAD para CAA y AGG
DMG y DMP para la propiedad funcional capacidad de desarrollo de raiacuteces (CDR) lo cual generoacute
un Scw bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
Para los tres experimentos evaluados el mayor porcentaje de participacioacuten lo obtuvo la Capacidad
de Suministro de Nutrientes (CSN) A esta propiedad funcional se le asignoacute el ponderador (W) con
el mayor peso en respuesta a su mayor cantidad de propiedades (Tabla 2-10) CSN mostroacute
diferencias significativas para los tres experimentos evaluados En ExTom OrC obtuvo el mayor
puntaje (W SFP) en ExPtSp lo obtuvo Barbecho seguido de AsSp50 y en ExPoRo lo obtuvo
PaPaAv CAA solo presentoacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp AsSp25 y AsSp50
los tratamientos que obtuvieron el mayor puntaje (Tabla 2-10) ExPtRo obtuvo un puntaje muy
bajo en la propiedad funcional CAA pues sus propiedades hidrofiacutesicas (CD y CAD) estaban
75 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativamente alejadas del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) CDR no mostroacute diferencias
significativas para ninguacuten experimento
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat CSN CAA CDR
pH CE P CICE OC StockC CD CAD Db PT AGG DMG DMP
Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw
ExTom
ChC 10 02 07 01 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
OrC 10 02 10 02 10 02 10 02 07 01 05 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx1 10 02 08 01 10 02 07 01 06 01 04 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx2 10 02 10 02 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx3 10 02 06 01 10 02 10 02 07 01 05 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 10 --- --- --- ---
ExPtSp Barbecho 10 02 10 02 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 04 01 04 01 02 00
Control 09 02 03 01 10 02 10 02 10 02 10 01 04 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
As 09 02 03 01 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp 09 02 04 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp25 10 02 04 01 09 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp50 10 02 05 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 04 --- 02 02 02
ExPtRo PaArPa 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 01 01 09 02 10 03 05 01 04 01 03 00
PaAvAr 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 05 01 05 01 03 00
PaPaAv 10 02 06 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 04 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 03 03 03 01 01
CSN Capacidad de suministro de nutrientes CAA Capacidad de almacenamiento de agua CDR Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces Sc puntaje Sw subponderador Scw Puntaje ponderado Los significados para las
propiedades del suelo se pueden apreciar en la Tabla 2-7
2254 SQPCA
Todos los experimentos incluyeron el conjunto total de datos para hacer el anaacutelisis de componentes
principales (PCA) No obstante para estimar SQPCA en cada experimento se tuvo en cuenta un
nuacutemero variable de propiedades de suelo correspondiente a un diferente nuacutemero de componentes
principales (PC) (Tabla 2-11) ExTom incluyoacute tres PC que representan a las propiedades P CAD
y StockC (Tabla 2-12) las cuales obtuvieron un mayor factor de carga en su respectivo PC
ExPtSp incluyoacute cinco PC correspondientes a pH CE CICE Db y StockC mientras que ExPtRo
incluyoacute cuatro PC correspondientes a CE Db AGG y CAD (Tabla 2-12)
76 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat
CSN CAA CDR
sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP
ExTom ChC 076 051 c 066 068 015 a 020 100 011 a 014
OrC 089 059 a 069 071 016 a 018 100 011 a 013
Mx1 078 052 bc 066 071 016 a 020 100 011 a 014
Mx2 082 055 b 067 069 015 a 019 100 011 a 014
Mx3 082 055 b 068 067 015 a 019 100 011 a 014
W 067 022 011
ExPtSp Barbecho 098 049 a 064 045 0075 ab 010 062 021 a 027
Control 085 043 cd 061 040 0067 b 010 062 021 a 030
As 084 042 d 060 046 0076 ab 011 062 021 a 029
AsSp 086 043 c 060 048 0080 a 011 062 021 a 029
AsSp25 087 044 bc 060 049 0081 a 011 062 021 a 029
AsSp50 089 045 b 061 048 0079 a 011 063 021 a 028
W 050 017 033
ExPtRo PaArPa 084 039 b 057 017 003 a 004 069 027 a 039
PaAvAr 085 039 b 056 016 003 a 004 073 028 a 040
PaPaAv 090 041 a 059 019 003 a 004 069 026 a 037
W 046 015 038
CSN Propiedad funcional Capacidad de suministro de nutrientes CAA propiedad funcional Capacidad de
almacenamiento de agua CDR propiedad funcional Capacidad de Desarrollo de Raiacuteces sumSwc = SFP
Sumatoria de los Swc de cada propiedad funcional (Tabla 2-9) W ponderador
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los tres
experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) ExTom ExPtSp ExPtRo
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC1 PC2 PC3 PC4
Autovalores 193 145 128 180 157 150 125 102 210 191 150 114
Varianza 041 024 018 027 021 019 013 009 034 028 017 010
Varianza Acumulada 041 065 083 027 048 066 079 088 034 062 079 089
Wc 050 028 022 031 023 021 015 010 038 031 019 011
Propiedad Auto vectores o factores de carga (FC)
pH -065 -038 -031 -033 -034 045 -065 005 -065 -042 029 -053
CE 032 -063 -038 015 034 -071 033 003 038 -007 -036 084
P -053 -039 -068 000 025 -070 024 015 -015 070 -033 -009
CICE -071 -040 055 -033 -027 -041 -012 061 -067 -048 018 010
DMG --- --- --- 000 031 -026 -062 047 081 -053 -003 -014
DPM --- --- --- 095 018 009 -015 007 083 -042 -001 -026
AGG --- --- --- 095 014 014 -008 007 086 -041 -001 -021
PT --- --- --- --- --- --- --- --- -025 -080 -051 001
Db 027 -049 -045 095 019 009 -015 005 005 089 038 -007
CA -057 065 -046 -023 063 059 030 033 -059 028 -064 -017
CAD -059 071 -034 -023 060 061 035 029 -053 -022 -078 -012
CO -091 -019 023 -032 074 -011 -023 -044 057 022 -062 -025
StockC -090 -023 020 -027 078 -022 -050 -014 051 070 -030 -025
PC Componente Principal W = Ponderador Significados para propiedades del suelo en la Tabla 2-7
77 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Las propiedades CAD y CO de ExTom obtuvieron un puntaje (Sc) bajo y medio respectivamente
para todos los tratamientos Todos los tratamientos excepto barbecho de ExPtSp obtuvieron un
puntaje bajo para CE mientras que para ExPtRo CAD obtuvo un puntaje muy bajo y AGG y CE
medio (Tabla 2-12)
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de calidad
de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db AGG CAD CO StockC
Sc
ExTom
ChC --- --- 10 --- --- --- 04 05 ---
OrC --- --- 10 --- --- --- 05 07 ---
Mx1 --- --- 10 --- --- --- 05 06 ---
Mx2 --- --- 10 --- --- --- 05 05 ---
Mx3 --- --- 10 --- --- --- 04 07 ---
ExPtSp
Barbecho 10 10 --- 09 10 --- --- --- 10
Control 09 03 --- 10 10 --- --- --- 10
As 09 03 --- 09 10 --- --- --- 10
AsSp 09 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp25 10 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp50 10 05 --- 10 10 --- --- --- 10
ExPtRo
PaArPa --- 04 --- --- 09 05 01 --- ---
PaAvAr --- 04 --- --- 10 05 02 --- ---
PaPaAv --- 06 --- --- 10 04 02 --- ---
2255 SQPLSR
En general los ponderadores (Wc) no superaron el 30 (03) para ninguna propiedad en los tres
experimentos evaluados (Tabla 2-13) El anaacutelisis produjo diferentes Wc para cada tratamiento y
propiedad en los tres experimentos En promedio las propiedades CE CICE y CAD generaron el
mayor aporte a la calidad del suelo en ExTom mientras que P lo hizo para ExPtSp y StockC para
ExPtRo En ExpTom la Db no produjo un aporte al modelo (Wc = 000) Lo mismo ocurrioacute para
Db CO y StockC para ExPtSp y P PT y CO para ExPtRo (Tabla 2-13)
2256 Comparacioacuten de SQI
En general los indicadores de calidad SQPLSR(A) y SQPLSR(P) no mostraron diferencias
significativas entre los tratamientos de ninguacuten experimento SQSMAF generoacute el mayor valor
promedio de SQ en los tres experimentos mientras que SQSA mostroacute la tendencia contraria Se
aprecia una diferencia en las teacutecnicas de agregacioacuten aditiva (A) y geomeacutetrica (P) siendo la primera
78 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
la que produce los resultados maacutes altos de SQ para todos los experimentos y tratamientos
evaluados (Figura 2-1)
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los tratamientos de
los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo (abajo) SMAF
SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P) SQPCA(P)
PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto
a a a a a
b
a
b
abab
c
abc b b
c
abc b bc
c
a abcbc
ab
b
a
ab ab aba
a
a a aa
a
aa a
0
02
04
06
08
1
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
a
c
ab
a a
a
dc b b b
ad d c bc ba
d cd bc b b
a
c c c b ba
e e d c b
a aa
aa
aa a a
aa
a
0
02
04
06
08
1
Barbecho Control As AsSp AsSp25 AsSp50
SQ
-P
un
taje
a aa
b
a a
b ab a
b ab aa
a a
aa a
aa
a
aa
a
0
02
04
06
08
1
PaArPa PaPaAv PaAvAr
Tratamiento
SMAF SA W(A) W(P) PCA(A) PCA(P) PLSR(A) PLSR(P)
79 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DGM DPM CA CAD CO StockC
Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc
ExpTom ChC 000 000 025 018 000 000 027 021 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 030 018 032 019 016 011 018 013
OrC 000 000 029 017 000 000 017 007 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 067 027 075 031 027 009 029 009
Mx1 000 000 077 027 000 000 051 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 039 013 053 017 036 013 036 013
Mx2 000 000 033 012 000 000 073 027 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 016 005 029 009 064 024 065 024
Mx3 000 000 088 018 000 000 087 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 055 011 075 016 087 018 087 018
ExPtSp Barbecho 016 004 007 002 064 016 078 020 000 000 --- --- 055 013 040 009 048 012 053 012 054 012 000 000 000 000
Control 046 010 019 004 061 013 086 018 000 000 --- --- 057 010 051 009 053 010 066 013 066 013 000 000 000 000
As 047 009 028 006 084 017 074 014 000 000 --- --- 058 011 050 009 053 010 061 012 061 012 000 000 000 000
AsSp 023 005 019 004 082 017 079 017 000 000 --- --- 051 010 051 010 049 010 064 013 063 013 000 000 000 000
AsSp25 021 006 003 001 078 020 089 023 000 000 --- --- 061 014 051 011 057 012 029 007 029 007 000 000 000 000
AsSp50 098 021 098 020 099 021 010 002 000 000 --- --- 023 004 029 005 020 004 054 011 054 011 000 000 000 000
ExPtRo PaArPa 057 010 024 004 000 000 030 005 071 013 000 000 080 015 082 015 077 014 010 002 032 006 000 000 086 016
PaAvAr 036 009 025 006 000 000 013 003 025 006 000 000 064 015 058 014 059 014 028 006 021 005 000 000 098 023
PaPaAv 091 015 083 013 000 000 068 012 094 015 000 000 027 004 023 004 027 004 072 011 073 011 000 000 070 010
Cs Coeficiente estandarizado Wc Ponderador
SQSMAF solo mostroacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp25 y AsSp50 los
tratamientos que produjeron una menor degradacioacuten del suelo (excluyendo a Barbecho) con 096
Seguacuten los resultados de SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) en ExTom el tratamiento
OrC mostroacute una mayor calidad de suelo con 069 087 086 070 y 067 respectivamente En
ExPtSp la mayor calidad de suelo la generoacute el tratamiento AsSp50 (excluyendo a Barbecho) con
046 073 071 088 y 084 respectivamente En ExPtRo la mayor calidad de suelo la produjo el
tratamiento PaAvAr con 053 070 062 059 y 048 respectivamente
En cuanto a la correlacioacuten entre los indicadores SQSMAF se correlacionoacute significativamente con
todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPLSR(A) SQSA y SQW(A) se correlacionoacute
significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPCA(P) SQW(P) se
correlacionoacute significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) Este uacuteltimo solo
se correlacionoacute significativamente con SQPCA(P) que a su vez solo se correlacionoacute con SQSMAF y
SQW(P) SQPLSR(A) se correlacionoacute significativamente con SQSA SQW(A) SQW(P) y SQPLSR(P)
Este uacuteltimo no mostroacute una correlacioacuten significativa con SQPCA(A) y SQPCA(P) (Tabla 2-14)
80 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los tres
experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 Rendimiento 048 058 077 067 -062 -046 020 040
SQSMAF 044 069 075 016 031 029 052
SQSA 078 066 -017 -007 046 053
SQW(A) 096 -009 009 044 067
SQW(P) 011 029 038 066
SQPCA(A) 098 007 012
SQPCA(P) 012 023
SQPLSR(A) 092
SQPLSR(P)
Se aprecian diferencias entre el comportamiento de la correlacioacuten con las dos teacutecnicas de
agregacioacuten (A) y (P) Siendo esta uacuteltima la que maacutes correlaciones significativas presentoacute (Tabla
2-14)
En ExTom existe una correlacioacuten negativa significativa entre el rendimiento y los indicadores de
calidad del suelo SQSA SQW(A) y SQw(P) Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado existe una
correlacioacuten significativa con SQPLSR(A) y SQPLSR(P) altamente significativa con SQPCA(A) y
SQPCA(P) y muy altamente significativa con SQSA SQW(A) y SQW(P) En cuanto a la correlacioacuten
con la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica aplicado se presentaron las mismas
significancias mostradas con el abono orgaacutenico pero en sentido negativo (Tabla 2-15)
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes aplicados al
suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005 = P lt 001 =
P lt 0001 SQSMAF
SQSA SQW SQPCA SQPLSR
Fs Ch Bl SMAF NSC WSC RDC (A) (P) (A) (P) (A) (P) ExTom
Rendimiento -017 033 -018 025 -062 -066 -014 061 -064 -063 -036 -035 -033 -028
Abono
Orgaacutenico
019 -038 056 -024 080 088 014 -084 084 083 073 072 056 053
Fertilizante -019 038 -056 024 -080 -088 -014 084 -084 -083 -073 -072 -056 -053
ExPtSp
Rendimiento 007 -039 -002 -033 -010 -035 -018 038 -021 -016 -039 -038 -038 -038
Abono
Orgaacutenico
045 067 -013 072 061 023 051 -001 051 053 042 053 020 023
Fertilizante -046 -078 014 -081 -062 -048 -049 -004 -071 -067 -069 -078 -030 -034
ExPtRo
Rendimiento -019 041 -040 033 046 083 046 -015 071 074 034 024 064 042
81 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En ExPtSp no se presentaron correlaciones significativas entre ninguacuten indicador con el
rendimiento Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado se presentoacute una correlacioacuten significativa
con SQPCA(P) SQW(A) y SQw(P) altamente significativa con SQSA y muy altamente significativa
con SQSMAF Entre la cantidad de fertilizante aplicado se presentoacute una correlacioacuten negativa
altamente significativa con SQSA y SQw(P) y muy altamente significativa con SQSMAF SQW(A)
SQPCA(A) y SQPCA(P) En ExPtRo el rendimiento se correlacionoacute significativamente con SQW(A) y
SQPLSR(A) y muy significativamente con SQW(P) (Tabla 2-15)
226 Discusioacuten
2261 Ventajas y desventajas de los meacutetodos evaluados
SMAF realiza el anaacutelisis subdividiendo las propiedades del suelo en grupos propiedades quiacutemicas
fiacutesicas y bioloacutegicas con el objetivo de identificar sus contribuciones relativas al indicador general
(Cherubin et al 2016b) Este enfoque identifica los grupos con los puntajes de SQFs SQQm o
SQBl maacutes bajos para que los administradores del suelo puedan decidir apropiadamente sobre
coacutemo restaurar o mejorar de manera maacutes eficiente la calidad del suelo en un aacuterea especiacutefica
(Karlen et al 2014b) Aunque en el presente estudio se siguieron las reglas planteadas por
Andrews et al (2004) en ExTom y ExPtRo no se aprecian diferencias significativas entre
tratamientos para SQSMAF Esto sugiere que SQSMAF presenta una muy baja sensibilidad a los
cambios en el suelo como respuesta a los tratamientos evaluados Esto concuerda con lo reportado
por Peltre et al (2012) quienes mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto
de la aplicacioacuten de enmiendas orgaacutenicas solo son evidentes a largo plazo En ExTom y ExPtSp se
evaluoacute un uacutenico ciclo de produccioacuten En experimentos estacionales se deben evaluar propiedades
con alta y raacutepida sensibilidad a la perturbacioacuten quiacutemica fiacutesica yo bioloacutegica del suelo De los tres
grupos las propiedades bioloacutegicas son las maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al 2000) En los tres experimentos la
uacutenica propiedad incluida en el grupo de propiedades bioloacutegicas en SMAF fue el contenido total de
carbono orgaacutenico (CO) Como lo expone Peltre et al (2012) esta propiedad variacutea
significativamente a mediano y largo plazo y su efecto en las plantas se ve en el mismo lapso Esta
variacioacuten solo fue evidente en el corto plazo en ExTom debido a que se aportoacute una gran cantidad
de abono orgaacutenico al suelo No obstante esta variacioacuten no fue suficiente para que se expresara en
el resultado final de SQSMAF pues no se presentaron diferencias significativas Estas diferencias si
82 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
se presentaron en ExPtSp debido a la influencia del grupo de propiedades quiacutemicas del suelo En
este grupo el pH la CE y el P mostraron diferencias significativas (Tabla 2-4) lo que generoacute una
variacioacuten en el resultado de SQQm suficiente para producir diferencias significativas en el SQSMAF
de los tratamientos evaluados en este experimento Cabe aclarar que el carbono orgaacutenico
generalmente no se considera una propiedad bioloacutegica pues estas propiedades estaacuten relacionadas
con la presencia y actividad de microorganismos y fauna en el suelo Esto conlleva a discusiones
teacutecnicas sobre el uso de SMAF
En el indicador de calidad de suelo SQSA se asigna una puntuacioacuten a cada propiedad con base en
su ajuste a los umbrales oacuteptimo adecuado bajo o alto (Amacher et al2007) Estos umbrales son
definidos a partir de lo reportado en la literatura o la experiencia de los investigadores En este
estudio las puntuaciones individuales para aproximadamente la mitad de las propiedades
evaluadas en cada experimento se encontraban por fuera del rango oacuteptimo o adecuado Los
tratamientos que incluyeron el aporte de abono orgaacutenico (OrC de ExTom y AsSp25 y AsSp50 de
ExPtSp) obtuvieron un mayor puntaje de SQSA Esto concuerda con los resultados del anaacutelisis de
correlacioacuten en donde se aprecia una alta colinealidad entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado
y SQSA para ExPtSp y ExTom (Tabla 2-15) SQSA muestra una alta sensibilidad a los cambios
generados en el suelo como respuesta a los tratamientos aplicados Esto se demuestra porque en
todos los experimentos se presentan diferencias significativas entre los tratamientos evaluados
(Figura 2-1) Esta teacutecnica es relativamente maacutes faacutecil en comparacioacuten con los otros meacutetodos pues
la calificacioacuten requiere solamente de la revisioacuten de literatura y opiniones de expertos (Mukherjee y
Lal 2014) La desventaja de SQSA es que implica un alto nivel de subjetividad y se basa
principalmente en el punto de vista del investigador
El indicador SQW asigna una puntuacioacuten a cada propiedad del suelo como lo hace SQSA en funcioacuten
de umbrales La diferencia radica en que SQW solo tiene en cuenta el rango oacuteptimo de cada
propiedad (Tabla 2-4) SQW asigna los puntajes de acuerdo con la cercaniacutea o ubicacioacuten de la
propiedad dentro de ese umbral Algo valioso de este indicador es que agrupa las propiedades del
suelo en propiedades funcionales dentro de la relacioacuten suelo-planta Al tratarse de experimentos
agriacutecolas la capacidad del suelo para suministrar agua nutrientes y condiciones oacuteptimas para el
desarrollo de las raiacuteces de la planta cobra gran relevancia Sin embargo SQW asigna el peso (W) en
funcioacuten de la cantidad de variables incluidas en cada propiedad funcional del suelo Esto suma
cierto grado de subjetividad al anaacutelisis ya que no se puede relacionar W con el aporte real de la
propiedad funcional a la calidad del suelo sino con la cantidad de propiedades medidas Esta
83 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cantidad variacutea en respuesta a lo estipulado por los investigadores Para los tres experimentos la
propiedad funcional que mayor peso tuvo en el anaacutelisis fue la capacidad de suministro de
nutrientes (CSN) ya que evaluoacute la mayor cantidad de propiedades en los tres experimentos SQW
es el indicador que mostroacute una mayor sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los
tratamientos evaluados (Figura 2-1) en concordancia con lo encontrado por Cherubin et al
(2016a) y Lima et al (2013) La ventaja de SQW es que calcula el ponderador en funcioacuten del
disentildeo del experimento y del conjunto de datos asiacute compensa su nivel de subjetividad Sin
embargo la desventaja de SQw es que requiere un nuacutemero miacutenimo de paraacutemetros por cada
propiedad funcional del suelo que podriacutean ser costosos y dispendiosos en el caso praacutectico
(Mukherjee y Lal 2014)
El uso de PCA redujo el conjunto total de datos de nueve doce y trece a tres cinco y cuatro
componentes principales en ExTom ExPtSp y ExPtRo respectivamente que explicaban cerca del
90 de la variacioacuten total (Tabla 2-11) Dos ventajas se identifican en SQPCA Primero su
capacidad para predecir la calidad del suelo a partir de un conjunto miacutenimo de datos que
representan el conjunto total de paraacutemetros estudiados Segundo es un enfoque menos subjetivo
pues los ponderadores se asignan en funcioacuten de procesos estadiacutesticos (Andrews et al 2002
Mukherjee y Lal 2014) lo cual ayuda a evitar sesgos y redundancia de informacioacuten (Cherubin et
al 2026a) Y tercero este indicador puede utilizarse a largo plazo a traveacutes de la medicioacuten de las
propiedades maacutes representativas derivadas de anaacutelisis iniciales con PCA (Mukherjee y Lal 2014)
No obstante el meacutetodo de PCA requiere un gran conjunto de datos y es menos faacutecil de usar lo que
impone barreras a la adopcioacuten praacutectica para evaluaciones de la calidad del suelo (Cherubin et al
2016a) Ademaacutes los indicadores seleccionados pueden no ser significativos para los agricultores y
administradores del suelo (Andrews et al 2002) Al igual que SQW SQPCA mostroacute una gran
sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los tratamientos evaluados (Figura 2-1)
Similares resultados fueron reportados por Andrews et al 2002 y Cherubin et al (2016a)
A diferencia de SQPCA SQPLSR utiliza toda la informacioacuten cuantitativa (propiedades) y cualitativa
(tratamientos) del modelo para estimar la calidad del suelo (Obade y Lal 2016) Esto implica que
el PLSR asigne ponderadores (W) a cada unidad experimental y propiedad es decir asigna tantos
W como observaciones haya en la base de datos Esto conlleva a que en conjunto la variacioacuten
entre tratamientos no sea suficiente para producir diferencias significativas (Figura 2-1)
mostrando muy baja sensibilidad a la variacioacuten producida por los tratamientos en evaluacioacuten En
ninguno de los experimentos evaluados se presentoacute correlacioacuten con el rendimiento Resultados
84 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
similares obtuvieron Obade y Lal (2016) en su trabajo Otro aspecto importante es que al ser una
teacutecnica relativamente nueva y no tan faacutecil de procesar no se ha generado una amplia adopcioacuten
entre los investigadores del suelo
2262 Validacioacuten de los meacutetodos
Al hablar de calidad del suelo la discusioacuten entre objetividad y subjetividad sigue abierta Para unos
investigadores del suelo deberiacutea cobrar mayor importancia el conocimiento de los expertos Sin
embargo para muchos otros investigadores este puede derivar en diferentes enfoques volviendo
al problema de iquestQuieacuten tiene la razoacuten Al estudiar el efecto de diversos tratamientos sobre la
calidad del suelo en un experimento puntual la experiencia sobre el cultivo y su comportamiento
en unas condiciones edafoclimaacuteticas particulares podriacutea cobrar mayor validez No obstante con
este enfoque los resultados no podriacutean extrapolarse tan faacutecilmente a otras condiciones y el uso de
los mismos indicadores en otras condiciones despertariacutea dudas Para evitar sesgos podriacutea recurrirse
a ambos enfoques pues como se mostroacute en este trabajo en la literatura existen opciones
suficientes para evaluar la calidad del suelo con un grado de objetividad o subjetividad alto medio
o bajo
Para elegir entre los meacutetodos evaluados se debe tener en cuenta dos puntos i) la sensibilidad a la
variacioacuten entre tratamientos y ii) el valor de SQ obtenido En cuanto a la sensibilidad del indicador
se presentaron estos resultados SQW = SQPCA gt SQSA gt SQSMAF SQPLSR no mostroacute sensibilidad a
los cambios provocados en el suelo por los tratamientos aplicados Con respecto al segundo punto
es maacutes difiacutecil establecer cual es el indicador maacutes adecuado pues un mayor o menor puntaje entre
indicadores de calidad del suelo no implica necesariamente que el indicador refleje la realidad Es
necesario analizar ambos aspectos (i y ii) en conjunto Por ejemplo SQSMAF generoacute las mayores
puntuaciones en los tres experimentos mientras que SQSA generoacute los valores maacutes bajos pero
SQSMAF no produjo diferencias significativas entre los tratamientos de ExTom y ExPtRo mientras
que SQSA mostroacute una gran sensibilidad En teacuterminos generales la sensibilidad tendriacutea un mayor
grado de importancia por ende y en este caso particular se recomendariacutea el uso de SQSA
Algo que se evidencia en los tres experimentos es que los resultados de todos los indicadores son
consistentes Esto quiere decir que el mismo tratamiento obtuvo la mejor puntuacioacuten para todos
los indicadores de calidad del suelo que en ExTom fue OrC en ExPtSp ASSp50 (sin tener en
cuenta a Barbecho) y en ExPtRo PaAvAr (Figura 2-1)
85 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Un mecanismo utilizado ampliamente para verificar la viabilidad del indicador es su correlacioacuten
con la funcioacuten del suelo que se esteacute estudiando en este caso produccioacuten agriacutecola (rendimiento)
(Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) De los tres experimentos evaluados solo ExTom
mostroacute correlaciones significativas entre el rendimiento y algunos indicadores en este caso con
SQSA y SQW Dos aspectos importantes se derivan de este resultado El primero que la correlacioacuten
es negativa es decir entre mayor rendimiento menor calidad del suelo en concordancia con lo
encontrado por Lima et al (2013) El segundo que la correlacioacuten se presentoacute con los indicadores
con mayor grado de subjetividad y sensibilidad Con respecto al primer aspecto como ya se
mencionoacute el aporte de materia orgaacutenica exoacutegena generoacute un incremento de la calidad del suelo
pero este no se vio reflejado en un aumento del rendimiento Esto se debe a que el incremento del
aporte de este abono estaba acompantildeado de una reduccioacuten de la cantidad de fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuanto maacutes fertilizante se aplicoacute mayor rendimiento se obtuvo Con respecto al segundo
aspecto no se podriacutea afirmar que lo reportado en la literatura genera una mayor confianza en los
resultados finales pues la tendencia variacutea Por ejemplo en ExPtSp no se aprecian correlaciones
significativas entre ninguacuten indicador con el rendimiento
Para hacer la evaluacioacuten de los indicadores se siguieron las reglas planteadas por sus autores Sin
embargo la variacioacuten a corto plazo de las propiedades del suelo por efecto de los tratamientos no
estaacute representada adecuadamente en los indicadores SQSMAF y SQPLSR Es probable que sea
necesario evaluar otras propiedades bioloacutegicas incluiacutedas en el ExcelSMAF como carbono de la
biomasa microbiana actividad β-Glucosidasa o nitroacutegeno potencialmente mineralizable
Mukherjee y Lal (2014) con base en sus hallazgos tambieacuten sugieren la evaluacioacuten de diversas
propiedades bioloacutegicas Estas propiedades producen una mayor variacioacuten a corto plazo pues son
maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Doran y Zeiss 2000) y se adaptariacutean mejor a
experimentos estacionales con cultivos de ciclo corto
Los dos meacutetodos de agregacioacuten aditivo (A) y geomeacutetrico o producto multiplicativo (P) siempre
mostraron la misma tendencia para los SQ que lo utilizaron Aunque (P) generoacute siempre un menor
nivel de calidad del suelo para el indicador mostroacute maacutes correlaciones significativas con los demaacutes
indicadores La teacutecnica aditiva aplica el supuesto de independencia preferencial de las propiedades
86 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
del suelo lo cual implica que hay compensacioacuten3 total entre estas y que independiente de su
valor es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En este caso si una propiedad puntual o
funcional del suelo obtiene un valor normalizado de cero este seraacute enmascarado por otra propiedad
con mayor valor Esto implica por ejemplo que un contenido excesivo de sales se contrarresta con
una capacidad de intercambio catioacutenica dentro del rango oacuteptimo El meacutetodo multiplicativo tambieacuten
implica la compensacioacuten entre propiedades aunque en este caso la tasa de compensacioacuten no es
constante variacutea en funcioacuten del valor de las propiedades y de los ponderadores A medida que una
propiedad se acerca al rango oacuteptimo su capacidad de compensacioacuten aumenta y viceversa es decir
a medida que el valor de una propiedad toma valores extremos lo mismo ocurre con su capacidad
de compensacioacuten Esto implica que una propiedad que tiene un valor normalizado alto genera un
alto grado de compensacioacuten pero si alguna propiedad obtiene un valor normalizado muy bajo que
indicariacutea que estaacute por fuera del umbral permitido generariacutea una disminucioacuten notable en el valor
del indicador sugiriendo una muy baja calidad del suelo
De acuerdo con los resultados obtenidos es difiacutecil definir la mejor teacutecnica de evaluacioacuten de la
calidad del suelo La eleccioacuten dependeraacute en gran medida de factores como el disentildeo del
experimento la eleccioacuten de las propiedades del suelo incluidos en el modelo y la interaccioacuten entre
aspectos ambientales versus rendimiento del cultivo (Mukherjee y Lal 2014) Sin embargo es
evidente que en cuanto al uso de indicadores de calidad del suelo en experimentos estacionales
SQPLSR no tiene el grado de sensibilidad necesaria y es probable que deban evaluarse maacutes
propiedades bioloacutegicas incluidas en SQSMAF si se quiere utilizar este indicador Con base en los
resultados seriacutea conveniente y viable utilizar dos o maacutes indicadores para dar mayor validez a los
resultados En ese sentido SQSA SQW(P) y SQPCA(P) son muy buenas opciones
Un aspecto clave es la seleccioacuten de indicadores Se sabe que la precisioacuten de la evaluacioacuten de la
calidad del suelo aumenta al utilizar tantos indicadores como sea posible Esto debido a la
naturaleza muy compleja del suelo que involucra sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas y
las interacciones resultantes
3 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de una propiedad que estaacute por fuera
del rango oacuteptimo con el de otras que si estaacuten dentro del rango y que por ende generan un mayor nivel de
calidad del suelo
87 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
227 Conclusiones
Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) detectaron eficientemente los
cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al suelo Esto indica que en
experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar como SQSA fueron
tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos como SQPLSR Es recomendable el uso de
indicadores ponderados como SQW o SQPCA y de la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (P) Aunque esta teacutecnica genera valores de SQ maacutes bajos refleja mejor el estado
individual de las propiedades del suelo evitando enmascaramientos entre propiedades en nivel
oacuteptimo contra aquellas por fuera del rango adecuado No se presentoacute consistencia en cuanto a la
correlacioacuten entre los indicadores y el rendimiento del cultivo Esto podriacutea sugerir dos cosas
primero que asiacute como la eleccioacuten del meacutetodo de evaluacioacuten la seleccioacuten de los indicadores es
vital para que los resultados reflejen la real calidad del suelo Y segundo que no siempre los
tratamientos que promueven un mayor rendimiento generan una mayor calidad del suelo En dos
de los experimentos se aprecia que la aplicacioacuten de material orgaacutenico exoacutegeno genera una mayor
calidad del suelo a corto plazo aunque esto no se correlaciona con un mayor rendimiento el cual
esta jalonado por el aporte de fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Tambieacuten se evidencia con los
resultados mostrados que el rango de variacioacuten temporal de las propiedades del suelo despueacutes de
un disturbio es maacutes amplio ya que no pudo captarse en los experimentos
88 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la
magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores agricolas
231 Resumen
A escala finca los indicadores sociales de sostenibilidad agriacutecola maacutes comunes son las horas labor
y la estacionalidad de la mano de obra La magnitud del esfuerzo fiacutesico que los trabajadores
invierten en las actividades agriacutecolas no se utiliza como indicador En ese sentido se propone el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Para calcularlo 1) se establecieron cinco grados de
esfuerzo de labor (GE) 2) se realizoacute una clasificacioacuten de las labores de cultivo y 3) a cada una se
le asignoacute un GE Para probar el meacutetodo se estimoacute ELB en cuatro sistemas de produccioacuten de papa
en dos inclinaciones de terreno Los resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene una
influencia maacutes significativa sobre ELB que el nivel de tecnificacioacuten El sistema no tecnificado en
terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de
labor El sistema medianamente tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169)
correspondiente a poco esfuerzo de labor Se espera que este indicador pueda ser incluido en la
dimensioacuten social de los anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala finca yo parcela
Palabras clave bienestar humano indicadores sociales Solanum tuberosum sostenibilidad
agriacutecola
232 Abstract
At the farm level the most common social indicators are hours of work (wages) and the
seasonality of labor The magnitude of physical effort that workers invest in agricultural activities
is not used as an indicator In this sense the work effort indicator (WEF) is proposed To calculate
WEF 1) five degrees of work effort (GE) were established 2) a classification of the cultivation
tasks was carried out and 3) each one was assigned a GE To test the method the WEF of four
potato production systems at two land slopes was calculated The results suggest that the slope of
the land has a more significant influence than the level of technification on WEF The non-
technical system on sloping land (MuiNo) generates the highest WEF (467) corresponding to the
maximum work effort The moderately technified system on flat land (PlnMd) obtained the lowest
89 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
WEF (169) corresponding to little labor effort It is expected that this indicator can be included in
the social dimension of farm andor plot-scale agricultural sustainability analyzes
Keywords agricultural sustainability human welfare social indicators Solanum tuberosum
233 Introduccioacuten
En las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de finca (dentro de una misma regioacuten de
estudio) las dimensiones ambiental y econoacutemica disponen de un nuacutemero considerable de
indicadores que se derivan directamente de las actividades agriacutecolas del sistema de produccioacuten
Para esta escala sin embargo la disponibilidad de indicadores en la dimensioacuten social es limitada
siendo las horas labor y la estacionalidad de la mano de obra los maacutes comunes (Goacutemez y Riesgo
2009 Van Asselt et al 2014) A enfoques geograacuteficos mayores (pej nacional o global) se
pueden encontrar maacutes de 150 indicadores sociales (Finkbeiner et al 2010) la mayoriacutea asociados a
poliacuteticas gubernamentales Estos abarcan desde salud humana derechos de las mujeres y
educacioacuten hasta sindicatos responsabilidad social de las compantildeiacuteas y distribucioacuten de la poblacioacuten
(Finkbeiner et al 2010) Estos indicadores aplican al evaluar sistemas productivos en dos o maacutes
regiones con poliacuteticas de gobierno diferenciales Al disminuir el aacuterea geograacutefica las leyes se van
aplicando de la misma forma para todos los sistemas productivos en evaluacioacuten (comparacioacuten) y el
efecto diferencial de estas poliacuteticas se diluye reducieacutendose al mismo tiempo el nuacutemero de
indicadores sociales con posibilidad de medicioacuten
A pesar de que la dimensioacuten social de la sostenibilidad evaluacutea el bienestar de los trabajadores en
los marcos de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola no se utilizan indicadores que representen el
esfuerzo humano que exigen las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten que se estaacuten
comparando (pej Beacutelanger et al 2012 Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 De Olde
et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Marchand et al 2014 Paracchini et al 2015 Peano
et al 2014 Ryan et al 2016 Schader et al 2016 Schindler et al 2015 Van Passel y Meul
2012) Cada sistema productivo tiene labores de cultivo que implican un mayor o menor esfuerzo
fiacutesico incluso dentro de la misma especie cultivada Este esfuerzo que se deriva directamente de
las actividades de cultivo puede medirse empiacutericamente a traveacutes de la percepcioacuten de los
trabajadores (Borg 1982 1990) e incluirse como un indicador dentro de la dimensioacuten social de la
sostenibilidad
90 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Con el presente trabajo se propone el indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) como estimador
del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a cabo las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola a nivel de finca o parcela En este trabajo ELB se evaluacutea con un estudio de caso en papa
234 Metodologiacutea
2341 Construccioacuten del indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB)
ELB es un indicador que permite la comparacioacuten de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola a
escala de finca o parcela en teacuterminos de la magnitud del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a
cabo las labores de cultivo A cada sistema de cultivo evaluado se le asigna un valor de ELB a
partir del comportamiento tanto de ese sistema individualmente como el de todos los sistemas
evaluados en conjunto es decir ELB tiene en cuenta los resultados de todos los sistemas evaluados
para determinar cual es el comportamiento de cada sistema individualmente
El primer paso para la construccioacuten de ELB fue definir empiacutericamente los diferentes grados de
esfuerzo (GE) asociados a las labores de cultivo Se establecioacute como punto de partida el disentildeo de
la escala psicofiacutesica de Borg (1982 1990) En ese sentido los GE hacen referencia a la percepcioacuten
de la magnitud del esfuerzo fiacutesico que los operarios de cultivo deben invertir para realizar cada una
de esas labores Para establecer esta clasificacioacuten se hizo un recuento de las labores culturales
tiacutepicas de cultivos hortofrutiacutecolas (frutales hortalizas legumbres raiacuteces y tubeacuterculos) y con los
resultados de 36 encuestas realizadas a operarios de cultivo con maacutes de 20 antildeos de experiencia se
asocioacute un GE a cada una de las labores recopiladas
Para calcular el indicador de esfuerzo de labor (ELB) 1) se hizo la sumatoria de las horas dedicadas
a cada labor 2) se suman las horas de las actividades que tienen el mismo GEi (i = 1 2 3 4 o 5)
3) se calcula el GE total (GET) correspondiente a la sumatoria de los GEi para cada sistema (GET =
GE1 + GE2hellip + GE5) 4) se calcula el maacuteximo GET entre los sistemas evaluados (MaxGET) 5) se
calcula el factor de esfuerzo (FEi) para cada GEi de cada sistema (FEi = GEi MaxGET) 6) se
calcula el factor por grado de esfuerzo (FGE) para cada FEi (FGE = FEi x GEi) y 7) se calcula ELB
para cada sistema como la sumatoria de todos los FGEi (ELB = FGE1 + FGE2hellip + FGE5)
91 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2342 Estudio de caso
Con el fin de evaluar el indicador con datos reales de campo se hizo seguimiento a cuatro sistemas
de produccioacuten de papa en dos inclinaciones de terreno durante un ciclo de produccioacuten Los cultivos
se ubicaron en el municipio de Sibateacute (Cundinamarca Colombia) Sus caracteriacutesticas se exponen
en la Tabla 2-16
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados
Terreno Sistema Sigla Descripcioacuten
Plano
(Pendiente 0-7)
Vereda Chacua
Altamente tecnificado PlnAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado PlnMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado PlnEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado PlnNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual
aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
Muy inclinado
(Pendiente gt 50) Vereda San Miguel
Altamente tecnificado MuiAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado MuiMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado MuiEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado MuiNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
En cada sistema e inclinacioacuten evaluados se contabilizoacute el tiempo en horas dedicadas a cada labor
Esto se realizoacute con respecto a las labores que correspondieran al cultivo de papa con base en lo
expuesto en la Tabla 2-18 Se contabilizoacute el tiempo dedicado por cada operario a cada labor y se
sumaron las horas de todos los operarios en la misma actividad Se debe tener en cuenta que cada
labor en el cultivo de papa es realizada por mas de un operario al mismo tiempo
235 Resultados y discusioacuten
2351 Definicioacuten de grados de esfuerzo de labor (GE)
Se establecieron cinco grados de esfuerzo de labor donde GE1 representa el menor esfuerzo y GE5
el mayor Estos grados se definieron con respecto a la cantidad de esfuerzo fiacutesico que se requiere
para realizar una labor especiacutefica de cultivo Para establecer el nivel de intensidad el esfuerzo se
comparoacute con actividades cotidianas (Tabla 2-17)
92 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el indicador
Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) GE Rango Categoriacutea Descripcioacuten
GE1 0 a 15 Muy poco esfuerzo de labor La labor exige muy poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos
GE2 gt 15 a 25 Poco esfuerzo de labor La labor exige poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos con morral de 3-5 kg
GE3 gt 25 a 35 Mediano esfuerzo de labor La labor exige esfuerzo fiacutesico moderado Como caminar con afaacuten en terreno
moderadamente inclinado con morral de 3-5 kg
GE4 gt 35 a 45 Alto esfuerzo de labor La labor exige un alto esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se hace con la
teacutecnica adecuada Como hacer sentadillas
GE5 gt 45 a 5 Maacuteximo esfuerzo de labor La labor exige el mayor esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se tienen los
aditamentos necesarios y no se hace con la teacutecnica adecuada Como levantar pesas
2352 Clasificacioacuten de las labores de cultivo seguacuten su grado de esfuerzo
(GE)
Las labores de cultivo se clasificaron de acuerdo con la dificultad fiacutesica que requiere su
realizacioacuten Estas labores estaacuten directamente relacionadas con produccioacuten agriacutecola desde
preparacioacuten del suelo hasta postcosecha No incluyen labores previas a la preparacioacuten del terreno
ni instalacioacuten de infraestructuras como invernaderos sistemas de riego camas de hidroponiacutea
cuartos de postcosecha entre otras Las labores se dividieron en cinco grupos preparacioacuten del
terreno (PT) siembra y trasplante (ST) proteccioacuten de cultivos (PC) labores culturales (LC) y
cosecha y postcosecha (CP) A cada actividad de cada grupo se le asignaron tres grados de
esfuerzo de acuerdo con la inclinacioacuten del terreno donde se desarrolla el proceso productivo
terreno plano (0 ndash 7) (Pln) inclinado (7 ndash 50) (Inc) y muy inclinado (gt 50) (Min) seguacuten la
clasificacioacuten del IGAC (2014) (Tabla 2-18)
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten terreno ST
= Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP = Cosecha y postcosecha
Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
11 PT Adecuacioacuten terreno con
azadoacuten 4 4 5
Preparacioacuten del suelo para siembra con herramientas manuales como azadoacuten pala barreno etc Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg sumado al
esfuerzo de la labor
12 PT Adecuacioacuten terreno con motocultor
3 4 5 Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada manualmente
13 PT Adecuacioacuten terreno con
tractor 2 2 3
Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada
mecaacutenicamente
14 PT Levantar camas altas 4 5 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante ge 50 cm de altura
15 PT Levantar camas bajas 3 4 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante lt 50 cm de altura
16 PT Surcado superficial 3 3 4 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (2 - 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
17 PT Surcado profundo 4 5 5 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (gt 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
93 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
18 PT Apertura de huecos
superficial en suelo 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de plaacutentulas de
hortalizas
19 PT Apertura de huecos
profundo en suelo 4 5 5
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de frutales
arboacutereos y arbustivos
110 PT Apertura huecos en
acolchado plaacutestico 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de hortalizas en
acolchado plaacutestico
111 PT Montaje acolchado plaacutestico 2 2 3 Incluye estiramiento y ubicacioacuten del plaacutestico sobre las camas de siembra
21 ST Siembra semilla una a una
en cama baja 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo lt 90deg
22 ST Siembra semilla una a una
en cama alta 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
23 ST Siembra semilla chorrillo en
cama baja 3 3 4
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
24 ST Siembra semilla chorrillo en
cama alta 2 2 3
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
25 ST Siembra semilla al voleo 2 2 3 Siembra de semillas sobre el suelo sin demarcar una guiacutea especiacutefica
26 ST Trasplante en cama baja 4 4 5 Siembra de plaacutentulas en camas lt 50 cm de altura Implica inclinarse formando
un aacutengulo lt 90deg
27 ST Trasplante en cama alta 3 3 4 Siembra de plaacutentulas en camas ge a 50 cm de altura Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
28 ST Siembra o trasplante en
cama levantada 2 2 3
Siembra o trasplante en camas de sustrato o hidroponiacutea No hay necesidad de
inclinarse
31 PC Deshierba manual 4 5 5
Retirado de arvenses (de forma manual o con herramientas manuales) de las
camas de siembra y calles Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
ademaacutes del esfuerzo de la labor
32 PC Mezclado de fertilizantes 4 4 4 Unir dos o maacutes fertilizantes soacutelidos en una mezcla homogeacutenea
33 PC Mezclado de pesticidas 3 3 3 Unir dos o maacutes pesticidas liacutequidos en una mezcla homogeacutenea
34 PC Fertilizacioacuten edaacutefica manual
3 3 4 Aplicacioacuten de fertilizantes soacutelidos al suelo de forma manual o con herramientas manuales
35 PC Fertilizacioacuten por fertirriego 1 1 1 Aplicacioacuten de fertilizantes mediante el sistema de riego
36 PC Riego manual 2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante manguera
37 PC Riego por sistema de riego por goteo
1 1 1 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por goteo
38 PC Riego por sistema de riego por aspersioacuten
2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por aspersioacuten
39 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda
3 4 5 Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba de espalda
310 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos
bomba estacionaria 2 2 3
Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba
estacionaria
311 PC Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes
5 5 5 Cargue y descargue de bultos de maacutes de 25 kg al o del camioacuten u otro sitio en la unidad productiva
41 LC Amarre plantas a guiacutea o tutorado
3 3 4 Amarre de plantas enredaderas a las guiacuteas o tutorados
42 LC Poda formacioacuten 3 3 4 Poda de ramas para formar arbustos y frutales
43 LC Poda sanitaria 3 3 4 Poda de oacuterganos generalmente hojas afectadas por dantildeos bioacuteticos o abioacuteticos
44 LC Deschupone 2 2 3 Poda de yemas axilares
45 LC Agobio 4 4 5 Llevar un oacutergano de la planta generalmente rama hacia el suelo y sembrarlo alliacute
46 LC Canequeo 2 2 3 Voltear o tumbar las plantas (Follaje) al suelo manualmente o por medio de una caneca plaacutestica
47 LC Aporque 4 5 5 Atraer suelo haciacutea las plantas con el fin de cubrir la base de su tallo Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg ademaacutes del esfuerzo de la labor
48 LC Soqueo 3 3 4 Hacer una poda total en la planta generalmente 30 - 50 cm por encima de la
superficie del suelo
49 LC Raleo de frutos 3 3 4 Retirar frutos de la planta
410 LC Raleo de plantas 3 3 4 Retirar plantas completas del cultivo
411 LC Descuelgue 3 3 4 Desamarrar las plantas de la guiacutea o tutorado descolgaacutendolas unos cm hacia el
suelo
412 LC Compostaje 3 3 3 Ubicacioacuten de residuos de cultivo en contenedores o espacios para esperar su
descomposicioacuten Incluye los volteos y riegos a las pilas de compost
94 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
51 CP Cosecha hortalizas hoja
cama alta 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
52 CP Cosecha hortalizas hoja
cama baja 4 4 5
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
53 CP Cosecha hortalizas hoja
cama levantada 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
54 CP Cosecha hortalizas fruto 3 3 4 Recoleccioacuten manual de las hortalizas de fruto listas para cosechar
55 CP Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes
4 5 5 Recoleccioacuten manual de raiacuteces y tubeacuterculos listos para cosechar Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
56 CP Cosecha frutales arboacutereos 3 4 4
Recoleccioacuten manual de frutales en aacuterboles listos para cosechar Dependiendo de la altura del frutal implica estirarse hacia arriba o utilizar herramientas para
alcanzar los frutos Ademaacutes se debe tener la cabeza siempre mirando hacia
arriba
57 CP Cosecha frutales arbustivos 3 3 4 Recoleccioacuten manual de frutos en arbustos listos para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
58 CP Desgrane bulbos 3 3 3 Separacioacuten manual de dientes ejemplo ajo de los bulbos que los contienen
59 CP Lavado de tubeacuterculos y raiacuteces
3 3 3 Lavado manual o con maacutequina de tubeacuterculos y raiacuteces
510 CP Limpieza producto
cosechado 2 2 2 Limpieza manual o con herramientas de productos cosechados
511 CP Seleccioacuten y clasificacioacuten
producto cosechado 2 2 2 Seleccioacuten y clasificacioacuten manual o con herramientas de productos cosechados
512 CP Llevar producto cosechado
manualmente 4 5 5
Llevar manualmente bultos o canastillas con el producto cosechado desde el
terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
513 CP Llevar producto cosechado
con carretilla 4 4 5
Llevar con carretilla empujada manualmente bultos o canastillas con el
producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
514 CP Llevar producto cosechado con carro transportador
3 3 4
Llevar con carro transportador empujado manualmente bultos o canastillas con
el producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
515 CP Llevar producto cosechado
con cable viacutea 2 2 2
Llevar a traveacutes de cable viacutea bultos o canastillas con el producto cosechado
desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
2353 Resultados del estudio de caso
Para los cuatro sistemas evaluados se requiere una mayor cantidad de tiempo para desarrollar las
labores de cultivo cuando el terreno es muy inclinado (Mui) (Tabla 2-19) Esto es loacutegico si se
tiene en cuenta que en este tipo de terreno las labores exigen un mayor esfuerzo fiacutesico (Tabla
2-18) que redunda en desplazamientos maacutes lentos y mayores tiempos de descanso La
combinacioacuten terreno plano con alta tecnologiacutea resultoacute en un menor nuacutemero de horas destinadas a
las labores de cultivo Es asiacute como el sistema PlnAl necesitoacute 678 horas de trabajo por hectaacuterea para
llevar a cabo el ciclo completo de produccioacuten comparado con las 1320 horas requeridas en un
terreno muy inclinado sin tecnologiacutea (MuiNo) (Tabla 2-19)
Los sistemas que se ubicaron en terreno plano (Pln) agruparon sus actividades principalmente en el
grado de esfuerzo GE4 (Tabla 2-20) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-17)
mientras que los sistemas que se ubicaron en un terreno muy inclinado (Min) agruparon sus
actividades principalmente en el GE5 (Tabla 2-20) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de labor
95 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Tabla 2-17) Las labores que requieren un mayor esfuerzo fiacutesico (GE4 y GE5) estaacuten asociadas a la
remocioacuten y reubicacioacuten del suelo (adecuacioacuten del terreno armado de camas aporque y cosecha de
tubeacuterculos) (Tabla 2-19) que coincide con las actividades que mayor cantidad de mano de obra
requiere el cultivo de papa (Tabla 2-19 y DANE 2017) Cuando la adecuacioacuten del terreno y el
armado de camas se hace con herramienta manual (azadoacuten) como en los tratamientos PlnNo y
MuiNo tanto la cantidad de horas (Tabla 2-19) como el esfuerzo fiacutesico (Tabla 2-20) se
incrementan considerablemente
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado seguacuten su
grado de esfuerzo (GE)
Actividad Plano Muy inclinado
GE PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo
GE MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
h ha-1 h ha-1
Adecuacioacuten terreno con azadoacuten 4 0 0 0 160 5 0 0 0 240
Adecuacioacuten terreno con tractor 2 8 8 8 0 3 10 10 10 0
Levantar camas bajas 3 0 0 0 112 5 0 0 0 160
Siembra semilla una a una en cama baja 3 24 24 24 24 4 32 32 32 32
Mezclado de fertilizantes 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Mezclado de pesticidas 3 13 13 13 13 3 13 13 13 13
Fertilizacioacuten edaacutefica manual 2 0 96 96 96 4 0 120 120 120
Fertilizacioacuten por fertirriego 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego manual 2 0 0 0 108 4 0 0 0 135
Riego por sistema de riego por goteo 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego por sistema de riego por aspersioacuten 2 0 45 45 0 4 0 56 56 0
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda 3 0 0 50 50 5 0 0 60 60
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba estacionaria 2 40 40 0 0 3 48 48 0 0
Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes 5 4 4 4 4 5 4 4 4 4
Aporque 4 64 64 64 64 5 80 80 80 80
Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes 4 400 320 320 320 5 500 400 400 400
Seleccioacuten y clasificacioacuten producto cosechado 2 48 40 40 40 2 48 40 40 40
Llevar producto cosechado manualmente 4 28 24 24 24 5 36 32 32 32
Total horas 678 682 692 1019 820 839 851 1320
Al calcular el indicador Esfuerzo de Labor (ELB) para cada sistema de cultivo se encontroacute que el
sistema no tecnificado en terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente
al maacuteximo esfuerzo de labor (Tabla 2-20) En el otro extremo el sistema medianamente
tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169) correspondiente a poco esfuerzo
de labor (Tabla 2-20)
Estos resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene mayor influencia que el nivel de
tecnificacioacuten tanto en el esfuerzo requerido para llevar a cabo las labores de cultivo como en la
cantidad de horas necesarias para realizar dichas labores Esto uacuteltimo es de especial importancia si
se tienen en cuenta las actuales teoriacuteas de desplazamiento de mano de obra por tecnologiacutea que
sugieren que mayor tecnologiacutea se relaciona con menos mano de obra (Schmitz y Moss 2015)
96 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende GE =
Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET = Maacuteximo grado de
esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 1320 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 003 007 003 038 000 003 015 008 150 002 178 Poco esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 017 003 031 000 000 035 008 125 002 169 Poco esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 014 007 031 000 000 029 020 125 002 175 Poco esfuerzo de labor
PlnNo 0 244 199 572 4 1019 000 018 015 043 000 000 037 045 173 002 257 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 003 004 005 003 047 003 007 016 011 235 273 Mediano esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 003 005 016 039 000 006 016 064 195 282 Mediano esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 003 002 016 044 000 006 005 064 218 294 Mediano esfuerzo de labor
MuiNo 0 40 13 291 976 1320 000 003 001 022 074 000 006 003 088 370 467 Maacuteximo esfuerzo de labor
En este estudio de caso se evidencia que porcentualmente hay mayor desplazamiento o
disminucioacuten de mano de obra por la inclinacioacuten del terreno que por el nivel de tecnologiacutea (Tabla
2-21) Se aprecian dos extremos correspondientes a los sistemas PlnAl y MuiNo cuya diferencia
en cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de cultivo es del 9469 (Tabla
2-21) En este caso la combinacioacuten nivel tecnoloacutegico - inclinacioacuten del terreno genera que la
cantidad de mano de obra requerida por PlnAl sea considerablemente menor que MuiNo En el
otro extremo las diferencias entre los sistemas con mediana y escasa tecnologiacutea se reducen
notablemente dentro de la misma inclinacioacuten (147 y 143 en terreno plano e inclinado
respectivamente) e incluso entre inclinaciones de terreno (Tabla 2-21) Por otro lado una mayor
tecnologiacutea no redunda completamente en disminucioacuten de mano de obra Las labores de cosecha y
postcosecha requieren maacutes mano de obra en el sistema altamente tecnificado (Tabla 2-19) debido
a que este genera una mayor produccioacuten de tubeacuterculos que los demaacutes sistemas Se debe tener en
cuenta que de todo el sistema de cultivo de papa independiente del nivel de tecnologiacutea y la
inclinacioacuten del terreno las labores de cosecha son las maacutes demandantes de mano de obra (Tabla
2-19 y DANE 2017)
Labores de cultivo como la preparacioacuten del terreno y el armado de camas de forma mecanizada
influyen significativamente en la cantidad de mano de obra Es asiacute como los tratamientos PlnNo y
MuiNo que realizaron estas labores de forma manual necesitaron entre 9075 y 9469 maacutes horas
labor en terreno plano y entre 5507 y 6098 en terreno inclinado que los tratamientos donde
estas labores se realizaron de forma mecanizada Esto no solo tiene influencia en la cantidad de
horas laboradas sino en el bienestar de los trabajadores y en general en la sostenibilidad del
97 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sistema de cultivo pues la mano de obra es el segundo rubro maacutes importante en la sabana de
costos despueacutes de la fertilizacioacuten (DANE 2017)
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de
cultivo entre los sistemas evaluados PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
PlnAl 000
PlnMd 059 000
PlnEs 206 147 000
PlnNo 5029 4941 4725 000
MuiAl 2094 2023 1850 -1953 000
MuiMd 2378 2306 2128 -1764 235 000
MuiEs 2555 2482 2301 -1646 381 143 000
MuiNo 9469 9355 9075 2954 6098 5728 5507 000
Como se expuso en la metodologiacutea ELB se calcula a partir de los resultados tanto del sistema
individual como el de todos los sistemas en conjunto Es decir ELB no solo tiene en cuenta el
nuacutemero de horas requeridas en cada sistema y para cada GEi sino que ademaacutes considera el
consumo de tiempo de los demaacutes sistemas comparados Una muestra de esto es que a pesar de que
PlnMd requirioacute un mayor nuacutemero de horas labor (682) que PlnAl (678) (Tabla 2-19) PlnMd
obtuvo un ELB menor (PlnMd = 169 PlnAl = 178) (Tabla 2-20) Para ilustrar esto maacutes
claramente se exponen los resultados eliminando el sistema no tecnificado (PlnNo y MuiNo)
(Tabla 2-22) Al eliminar el sistema no tecnificado en ambas pendientes y comparando los
resultados mostrados en la Tabla 2-20 y Tabla 2-22 se puede apreciar el efecto del
comportamiento en conjunto de los sistemas evaluados Los sistemas PlnAl PlnMd y PlnEs pasan
de la categoriacutea ldquoPoco esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla
2-22) mientras que los sistemas MuiAl y MuiMd pasan de la categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de
laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22) y el sistema MuiEs pasa de la
categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMaacuteximo esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22)
Esto se debe al efecto combinado de todas las labores expresadas en el factor de esfuerzo (FEi) De
no incluirse este factor el efecto del nivel tecnoloacutegico se diluiriacutea como se comproboacute durante el
proceso de disentildeo del indicador (datos no mostrados) Para describir esta situacioacuten se utiliza como
ejemplo el sistema PlnAl Este sistema invierte la mayor cantidad de horas en el grado de esfuerzo
cuatro (GE4) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-19) Si se analizara
individualmente este sistema y se tuvieran en cuenta uacutenicamente las horas de labor su ELB
corresponderiacutea efectivamente a esta categoriacutea ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo En este caso hipoteacutetico no
se tendriacutean en cuenta la cantidad de esfuerzo y horas laboradas que se reducen como resultado del
98 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
uso de tecnologiacutea Al comparar y evaluar todos los sistemas en conjunto la aplicacioacuten de
tecnologiacutea queda evidente en la reduccioacuten del esfuerzo de labor El sistema PlnAl se clasifica por
consiguiente dentro del grupo de poco esfuerzo de labor (Tabla 2-20) Por lo tanto para este
estudio de caso entre maacutes diferencias tecnoloacutegicas haya entre los sistemas evaluados maacutes
evidentes seraacuten esas diferencias en el resultado de ELB para cada sistema individualmente
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y MuiNo
Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 851 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 005 011 004 058 000 005 023 013 233 002 276 Mediano esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 027 004 048 000 000 054 013 194 002 263 Mediano esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 022 010 048 000 000 044 031 194 002 271 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 005 006 008 004 073 005 011 025 017 364 423 Alto esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 005 008 025 061 000 009 025 100 303 437 Alto esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 005 003 025 068 000 009 008 100 338 456 Maacuteximo esfuerzo de labor
236 Conclusiones
El esfuerzo de labor (ELB) es un indicador que estima la magnitud del esfuerzo fiacutesico con respecto
a las particularidades de las labores de cultivo y del terreno donde se desarrollan un conjunto
comparable de sistemas de produccioacuten agriacutecola ELB agrupa estas caracteriacutesticas considerando
tanto el sistema productivo individual como todos los sistemas productivos en comparacioacuten Esto
permite cuantificar individualmente el esfuerzo fiacutesico del sistema productivo teniendo en cuenta
las caracteriacutesticas de todos los sistemas evaluados ELB estaacute dirigido a la toma de decisiones a nivel
de finca o parcela pudieacutendose incluir como indicador social en las evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a estas escalas de medicioacuten ELB se puede calcular a partir del registro de las labores de
cultivo lo que lo hace muy accesible Sin embargo se debe tener en cuenta que la asignacioacuten de
los grados de esfuerzo a cada actividad agriacutecola se realizoacute empiacutericamente a partir de la experiencia
y percepcioacuten de los operarios de cultivo Por tal motivo ELB debe tomarse como punto de
referencia no como un valor absoluto
99 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de
indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
241 Resumen
Es bien reconocido el potencial de los indicadores de sostenibilidad para evaluar y monitorear el
desarrollo sostenible de los sistemas agriacutecolas Algunos autores plantean preocupaciones con
respecto a la validez confianza y transparencia al momento de seleccionar los indicadores En ese
sentido se han planteado una serie de criterios de seleccioacuten orientados a evaluaciones de
sostenibilidad a diferentes escalas geograacuteficas No obstante las evaluaciones a escala de parcela o
unidad experimental requieren ademaacutes de la adaptacioacuten de esos criterios o la generacioacuten de unos
nuevos la construccioacuten de una metodologiacutea de seleccioacuten El objetivo de este estudio fue por lo
tanto construir un marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores que haraacuten parte de los
anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental Se establecioacute un
orden jeraacuterquico de indicadores compuesto por indicadores crudos base y centrales estos uacuteltimos
conforman el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) Posteriormente se establecieron los
procedimientos y criterios de seleccioacuten conformados por obligatorios no obligatorios principales
y alternos y de correlacioacuten Para evaluar el marco de seleccioacuten propuesto se utilizaron los
resultados de un estudio de fertilizacioacuten en tomate bajo invernadero De los 40 indicadores crudos
con que se inicioacute el anaacutelisis el CMI se conformoacute por ocho indicadores centrales tres ambientales
cuatro sociales y uno econoacutemico Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso
proceso con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos Al mismo tiempo
promueve una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos
matemaacuteticos
Palabras clave seleccioacuten de indicadores conjunto miacutenimo de indicadores unidad experimental
sostenibilidad agriacutecola
100 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
242 Abstract
The potential of sustainability indicators to assess and monitor the sustainable development of
agricultural systems is well recognized Some authors raise concerns about the validity reliability
and transparency of indicator selection Several selection criteria have been put forward for
sustainability assessments at the farm and higher levels However assessments at the plot or
experimental unit level require the adaptation of these criteria the generation of new ones and the
construction of a selection methodology Therefore this study aims to build a framework for
selecting the minimum indicators set that will be part of the agricultural sustainability analyses at
the plot or experimental unit scale A hierarchical order of indicators was established consisting of
raw base and core indicators the latter make up the minimum indicators set (MIS) Subsequently
selection procedures and criteria were established consisting of mandatory main and alternative
non-mandatory and correlation indicators The selection framework was evaluated with the results
of a greenhouse tomato fertilization study Of the 40 raw indicators with which the analysis began
the MIS was made up of eight core indicators three environmental four social and one economic
This indicator selection methodology uses a rigorous process with 22 selection criteria distributed
in four hierarchical groups At the same time it promotes less subjectivity by including statistical
analysis algorithms and mathematical processes
Keywords agricultural sustainability experimental unit greenhouse tomato indicator selection
minimum indicators set
243 Introduccioacuten
Para saber si un sistema productivo es sostenible se requieren niveles de referencia indicadores yo
meacutetodos de evaluacioacuten comparativa (de Olde et al 2016 Gerdessen y Pascucci 2013) Los
indicadores de sostenibilidad estaacuten compuestos por una o un conjunto de variables que informan
sobre el funcionamiento de un sistema maacutequina clima ser humano ecosistema o paiacutes (Rao y
Rogers 2006) Estos indicadores son factores cuantificables y medibles del sistema (Panell y
Schilizzi 1999) tienen atributos multidimensionales (econoacutemicos ambientales o sociales) y
pueden ser incluidos en un iacutendice de agregacioacuten De esta forma se realizan mediciones integradas
sobre la sostenibilidad del sistema (Rao y Rogers 2006) Aunque para las dimensiones econoacutemica
101 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
y social los indicadores pueden ser transversales a muchas liacuteneas de investigacioacuten agriacutecola los
indicadores de la dimensioacuten ambiental variaraacuten de acuerdo con la liacutenea en cuestioacuten
Cuando se llevan a cabo experimentos agriacutecolas en campo generalmente se miden muchas
variables Para estimar la sostenibilidad generada por los tratamientos evaluados en dichos
experimentos es necesario escoger cuales de esas variables son realmente indicadores y pueden
por ende hacer parte del conjunto miacutenimo de indicadores de los anaacutelisis de sostenibilidad
Seguacuten Waas et al (2014) un indicador es ldquola representacioacuten de un atributo de un sistema
mediante una variable o un conjunto de variables agregadas en una funcioacuten cuantitativa que
relacionan su valor con un valor de referenciardquo Desde la perspectiva de sistema un indicador es
una representacioacuten operacional de un atributo (calidad caracteriacutestica propiedad) de un
sistema A su vez un sistema es ldquoun conjunto interconectado de elementos que estaacuten organizados
coherentemente de tal manera que logran un objetivo (Waas et al 2014) Un sistema tiene tres
caracteriacutesticas esenciales (1) elementos (2) interconectividad y (3) propoacutesito (Meadows 2009)
Aunque existe un consenso sobre el uso de indicadores para evaluar la sostenibilidad de los
sistemas de produccioacuten agriacutecola aun no se llega a un acuerdo sobre la forma de seleccioacuten de esos
indicadores existiendo una amplia diversidad de enfoques (de Olde et al 2016a Bockstaller et
al 2009 Bell y Morse 2008 Parris y Kates 2003) Esto implica la posibilidad de que los
indicadores evaluados no esteacuten realmente enfocados en el objetivo del estudio aumentando los
costos de medicioacuten y suscitando inquietudes sobre la validez del enfoque y la utilidad y confianza
de la evaluacioacuten (de Olde et al 2016a Schader et al 2014 Bockstaller et al 2009) Como
respuesta a esto muchos autores han resaltado la importancia de establecer procedimientos de
seleccioacuten de indicadores con criterios transparentes y bien definidos que lleven a evaluaciones
relevantes confiables comprensivas significativas y que representen de manera integral el sistema
de produccioacuten agriacutecola estudiado (Marchand et al 2014 Lebacq et al 2013 Binder et al 2010
Hunnemeyer et al 1997)
Los criterios de seleccioacuten de indicadores maacutes relevantes han sido el indicador debe ser medible
(Roy y Chan 2012 Dantsis et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernaacutendez 2010) sensible a las
variaciones (Beacutelanger et al 2012) relevante para el estudio de caso (Beacutelanger et al 2012 Dantsis
et al 2010) y estar relacionado directamente con el tema de estudio (van Asselt et al 2014) La
definicioacuten y priorizacioacuten de los criterios utilizados para hacer la seleccioacuten de los indicadores variacutean
102 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ampliamente entre las herramientas de evaluacioacuten de sostenibilidad (de Olde et al 2016b Bell y
Morse 2008 Reed et al 2006) por lo tanto es necesario hacer la descripcioacuten de tales criterios
antildeadiendo a las evaluaciones de sostenibilidad transparencia y confiabilidad En la Tabla 2-23 de
Olde et al (2016b) sintetizan los criterios de seleccioacuten utilizados en diversas evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola pueden realizarse a diferentes escalas Dependiendo de
la proyeccioacuten geograacutefica a la que se quieran escalar los resultados de estas evaluaciones se pueden
generar opiniones que reflejan diferencias en las visiones del mundo por ejemplo enfoques
reduccionistas versus enfoques maacutes holiacutesticos para comprender una actividad compleja como la
agricultura (de Olde et al 2016b) Cuando las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan
para comparar diferentes tratamientos en experimentacioacuten cientiacutefica es decir cuando el alcance de
la evaluacioacuten es a nivel de parcela o de unidad experimental los indicadores deben reflejar los
cambios de los sistemas de produccioacuten como respuesta a los tratamientos evaluados En ese
sentido los criterios de seleccioacuten sintetizados por de Olde et al (2016b) se deben adaptar yo
establecer nuevos criterios de seleccioacuten
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola (Fuente de
Olde et al 2016b)
Criterio Descripcioacuten
Relevancia en la
evaluacioacuten
Los indicadores miden las propiedades clave del entorno la economiacutea la sociedad o la gobernanza que afectan la
sostenibilidad (por ejemplo estado presioacuten respuesta uso o capacidad)
Claridad y
estandarizacioacuten
Los indicadores se basan en datos claramente definidos verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante
meacutetodos estandarizados de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute
Comunicacioacuten y
entendimiento Los indicadores transmiten la informacioacuten de una manera clara y comprensible
Amplia aceptacioacuten La solidez de un indicador depende de su amplia aceptacioacuten por parte de los principales interesados o tomadores de
decisioacuten (pe productores gobernantes cientiacuteficos etc)
Medicioacuten asequible Una medicioacuten asequible aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo o ampliacutea el alcance de lo que se puede
medir para la evaluacioacuten general de la sostenibilidad
Rendimiento en lugar
de praacutectica
Es mejor medir el desempentildeo y los resultados reales que las praacutecticas que se espera promuevan la sostenibilidad y la
resiliencia
Sensibilidad
Los indicadores deben ser sensibles (cambiar substancial e inmediatamente si el estado de los sistemas agriacutecolas cambia)
Esto ayuda a detectar tendencias o incumplimientos de umbrales dentro de los marcos de tiempo y en las escalas que son
relevantes para las decisiones de gestioacuten y antes de que sea demasiado tarde para corregir cualquier problema
Cuantificacioacuten Los indicadores deben cuantificarse completamente siempre que sea posible Los recuentos y las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es
preferible a una evaluacioacuten totalmente cualitativa
Especificidad para la
interpretacioacuten
Los indicadores solo deben verse afectados por algunos factores clave (riesgos oportunidades causas) de la sostenibilidad y no por muchos factores (contexto local muacuteltiples factores de estreacutes etc) para que cualquier cambio en el indicador sea
interpretable por la sostenibilidad
Alta precisioacuten y poder estadiacutestico
Los indicadores deben tener suficiente precisioacuten y una varianza natural suficientemente baja a fin de detectar tendencias y la probabilidad de que se haya infringido alguacuten liacutemite o umbral
103 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterio Descripcioacuten
Capacidad para mejorar
Los indicadores deben disentildearse y medirse de forma tal que permitan su agregacioacuten en muacuteltiples escalas espaciales y temporales para diferentes propoacutesitos
Desarrollo participativo
Los conjuntos de indicadores y los marcos que estaacuten disentildeados por las partes interesadas tienen maacutes probabilidades de ser relevantes confiables praacutecticos escuchados y utilizados
Amplio alcance e integracioacuten
El marco y los conjuntos de indicadores deben cubrir y vincular las muacuteltiples dimensiones de la sostenibilidad y los valores que abarcan las dimensiones del medio ambiente la economiacutea la sociedad y la gobernanza
Vinculado a objetivosumbrales
Los indicadores deben estar vinculados a objetivos realizables orientados a la accioacuten o a umbrales criacuteticos de riesgo desempentildeo o praacutectica profesional
Transparencia y
accesibilidad
Los conjuntos de datos que son accesibles para todas las partes interesadas (incluido el puacuteblico) y explican los supuestos la
incertidumbre y las fuentes tienen maacutes probabilidades de ser confiables y utilizados
Poliacutetica relevante y
significativa
Los indicadores deben proporcionar informacioacuten a un nivel apropiado para la toma de decisiones de gobernanza y gestioacuten
al evaluar los cambios en el estado y los riesgos para la sostenibilidad agriacutecola
Usos solo de los indicadores necesarios
Entre menos indicadores mejor siempre que se hayan cubierto los determinantes criacuteticos de la sostenibilidad Tener el
nuacutemero de indicadores idoacuteneo daraacute como resultado una mayor participacioacuten una precisioacuten mejorada en los informes y una
comunicacioacuten maacutes clara de la imagen general a los agricultores los responsables poliacuteticos y el puacuteblico en general
Mezcla generalizada y
especiacutefica
Los conjuntos de indicadores deben incluir suficientes indicadores generales para permitir la comparacioacuten cruzada entre
sectores agriacutecolas regiones paiacuteses y diversos sistemas socio-ecoloacutegicos Sin embargo se deben incluir algunos indicadores
altamente especiacuteficos y localmente fundamentados para guiar los ajustes de gestioacuten detallados que son especialmente relevantes para un sector regioacuten o paiacutes
Balance de corriente y
futuro
El monitoreo es parte de la gestioacuten de riesgos por lo que debe informar las opciones y los controladores actuales mientras
prepara a los actores para futuras turbulencias (golpes y conductores) Al menos algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas amenazas y oportunidades justo en el horizonte
Informacioacuten
explicativa y
contextual
La orientacioacuten del manejo es maacutes enfocada efectiva y confiable y la evaluacioacuten comparativa es maacutes justa si se recopila
informacioacuten adicional para identificar las covariables y la informacioacuten adicional para determinar por queacute los indicadores
cambian
Con base en lo anterior el objetivo de este estudio fue proponer un marco de seleccioacuten del
conjunto miacutenimo de indicadores adaptado a escala de parcela o unidad experimental que combine
criterios cualitativos y cuantitativos
244 Metodologiacutea
2441 Orden jeraacuterquico de los indicadores
Las variables que sean consideradas como indicadores son asignadas seguacuten su jerarquiacutea en
indicadores crudos base o centrales
Indicadores crudos Son todas las variables medidas y estimadas en el experimento en cuestioacuten
de las que se esperan diferencias significativas por la aplicacioacuten de los tratamientos evaluados
Variables asociadas con investigacioacuten baacutesica que aportan informacioacuten valiosa pero no influyen de
forma directa sobre el anaacutelisis de sostenibilidad no deberiacutean tenerse en cuenta como indicadores
104 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(p ej tasas de crecimiento del cultivo anaacutelisis bioquiacutemicos o moleculares en plantas etc) Estas
variables pueden servir como informacioacuten complementaria
Indicadores base Son aquellos indicadores crudos que hayan cumplido con los criterios de
seleccioacuten obligatorios expuestos maacutes adelante En este grupo se encuentran todos los indicadores
que obtuvieron un puntaje mayor a cero despueacutes de correr la lista de chequeo de criterios
obligatorios
Indicadores centrales Son aquellos indicadores base que obtuvieron la mayor puntuacioacuten
despueacutes de correr toda la lista de chequeo de los criterios de seleccioacuten expuesta maacutes adelante
Conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) El CMI estaacute compuesto por los indicadores centrales
que hayan obtenido la mayor puntuacioacuten Se espera que cada atributo y dimensioacuten de la
sostenibilidad esteacute representado con al menos un indicador Con los indicadores que constituyen el
CMI se realiza el anaacutelisis de sostenibilidad
2442 Criterios de seleccioacuten
Como punto de referencia se utilizoacute la lista de criterios de seleccioacuten de indicadores sintetizada por
de Olde et al (2016b) y expuesta en la Tabla 2-23 Esta lista se modificoacute y adaptoacute a la escala
geograacutefica y el objetivo de este estudio
Para que el proceso de seleccioacuten de indicadores se realizara de una forma cuantitativa se
establecioacute un sistema de puntuacioacuten basada en el cumplimiento total o parcial de los diferentes
criterios de seleccioacuten Esta es una lista de chequeo tipo ldquoNo cumple = 0 oacute Siacute cumple = 1rdquo y de
calificacioacuten (p ej de 0 a 3) seguacuten las reglas correspondientes al criterio de seleccioacuten que le
adjudica al indicador una puntuacioacuten de acuerdo con el cumplimiento parcial o total del criterio
Los criterios de seleccioacuten se agruparon en cuatro categoriacuteas criterios obligatorios directos
criterios no obligatorios principales criterios no obligatorios alternos y criterios de correlacioacuten La
evaluacioacuten de cada criterio para cada indicador se realiza de manera secuencial obedeciendo el
siguiente orden
105 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterios obligatorios Son criterios de estricto cumplimiento es decir si el indicador no cumple
con alguno de los criterios de este grupo obtendraacute una puntuacioacuten total de cero seraacute descartado y
no continuaraacute en el proceso de anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola Son los primeros criterios para
tener en cuenta Todos los indicadores crudos deben cumplir estos criterios para avanzar al
siguiente paso convertirse en indicadores base Los criterios de seleccioacuten obligatorios son
a) Estar relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola El indicador tiene una relacioacuten
altamente significativa (2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo de sostenibilidad
agriacutecola Se debe tener en cuenta que el objetivo de sostenibilidad puede ser diferente al objetivo
del estudio Por ejemplo el efecto de los tratamientos sobre el stock de carbono del suelo (StockC)
se relaciona tanto con el objetivo del estudio como con los objetivos de sostenibilidad agriacutecola La
concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal (Ntr-Veg) no tendriacutea relacioacuten significativa directa con
los objetivos de sostenibilidad
b) Ser cuantificable Las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas
ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es preferible a una
evaluacioacuten totalmente cualitativa (de Olde et al 2016b) Es cuantificable (1) no es cuantificable
(0)
c) Ser especiacuteficamente interpretable El cambio del indicador puede ser interpretado por la
modificacioacuten que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos Es especiacuteficamente interpretable (1)
no es especiacuteficamente interpretable (0)
d) Ser transparente y estandarizado El indicador se basa en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que pueda repetirse de manera confiable y compararse entre siacute Es
transparente y estandarizado (1) no es transparente y estandarizado (0)
e) No ser redundante El indicador no se obtiene a partir de otra variable que hace parte del
anaacutelisis o no es una variable dentro de una funcioacuten de agregacioacuten (FAg) Una FAg es un indicador
que agrega dos o maacutes variables dentro de siacute y que mediante una ecuacioacuten obtiene el resultado de la
interaccioacuten de las variables que conforman la funcioacuten De presentarse el primer caso se da
prioridad a la variable independiente De presentarse el segundo caso se escoge la FAg pues por si
misma genera una mayor cantidad de informacioacuten Es redundante (0) no es redundante (1) es una
106 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
FAg (1) o es una variable dentro de una FAg incluida en el estudio (0) Si el indicador no
redundante resulta ser no significativo (f) se puede elegir el indicador redundante
f) Ser significativamente diferente El indicador es sensible cambia substancial y dentro del
umbral de evaluacioacuten con los tratamientos aplicados Estadiacutesticamente el indicador presenta
diferencias significativas entre los tratamientos evaluados Se realiza un anaacutelisis de varianza
(Anova) y una prueba de comparacioacuten Si existen diferencias significativas (P lt 005) entre al
menos el 20 de los tratamientos para el indicador evaluado se le asigna un puntaje de uno (1)
entre el 20 y 40 un puntaje de dos (2) entre el 40 y el 60 un puntaje de tres (3) entre el 60 y
el 80 un puntaje de cuatro (4) y entre el 80 y el 100 de los tratamientos un puntaje de cinco
(5) Si resulta que no son significativos se le asigna un puntaje de cero (0) y el indicador no
continuacutea en el proceso
Criterios no obligatorios principales Son criterios cuyo cumplimiento es altamente
recomendable pues aportan mayor validez transparencia y confianza al anaacutelisis pero no son de
estricto cumplimiento Los criterios de seleccioacuten no obligatorios principales son
a) Medicioacuten asequible La medicioacuten directa (campo o laboratorio) o estimacioacuten del indicador a
traveacutes de funciones o modelos es faacutecil y poco costosa (3) faacutecil y muy costosa (2) difiacutecil y poco
costosa (1) o difiacutecil y muy costosa (0) para la mayoriacutea de los interesados Una medicioacuten asequible
aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo (de Olde et al 2016b)
b) Parametrizado El indicador tiene rangos o umbrales preestablecidos (3 puntos) Es altamente
recomendable que los indicadores esteacuten parametrizados pues maacutes que la comparacioacuten entre
tratamientos los umbrales definen claramente si la aplicacioacuten del tratamiento genera un aumento o
una disminucioacuten en la sostenibilidad del sistema
c) Medido o estimado El indicador es medido directamente en campo o estimado a partir de
variables medidas directamente en campo (2) es medido en laboratorio o estimado a partir de
variables medidas en laboratorio (1) o es estimado mediante funciones (p ej de
pedotransferencia) o modelacioacuten (0) Siempre seraacuten preferibles los valores reales (observados) a
los estimados
107 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
d) Relacionado con el objetivo del estudio El indicador tiene una relacioacuten altamente significativa
(2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo del estudio Se debe tener en cuenta que
el objetivo del estudio puede ser diferente al objetivo del anaacutelisis de sostenibilidad
e) Variable entre repeticiones El indicador muestra diferencias entre las repeticiones de un
mismo tratamiento (1) Algunos indicadores obtenidos mediante estimaciones generan
exactamente el mismo valor para todas las repeticiones del tratamiento esto podriacutea restar validez al
anaacutelisis estadiacutestico
Criterios no obligatorios alternos Son criterios cuyo cumplimiento es recomendable pero se
utilizan maacutes como medio de desempate en caso de que dos o maacutes indicadores que cumplen con los
demaacutes criterios obtienen el mismo puntaje Los criterios de seleccioacuten no obligatorios alternos son
a) Aceptacioacuten El indicador es aceptado (1) ampliamente aceptado (2) o no aceptado (0) por parte
de los principales interesados o tomadores de decisioacuten (pej productores gobernantes cientiacuteficos
etc)
b) Desarrollo participativo El indicador se escogioacute participativamente (1) o no (0) Indicadores
escogidos por las partes interesadas tienen maacutes probabilidad de ser relevantes confiables
praacutecticos considerados y utilizados (de Olde et al 2016b)
c) Balance de presente y futuro El indicador puede utilizarse para evaluar la sostenibilidad
actual y futura Algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas
amenazas y oportunidades futuras (de Olde et al 2016b)
d) Agregado El indicador es un FAg que representa un conjunto de variables (1) o no (0) Los
indicadores que corresponden una funcioacuten de agregacioacuten son preferibles pues con un solo valor se
explica el comportamiento de dos o maacutes variables o componentes del sistema de produccioacuten
Criterio de correlacioacuten Este criterio permite elegir entre indicadores que presentan una
correlacioacuten significativa Para asignar la puntuacioacuten se debe seguir el siguiente procedimiento
1 Se realiza una matriz de correlacioacuten entre los indicadores que se deseen comparar
108 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Se estima el factor de seleccioacuten uno (FS1) para cada indicador aplicando la Ecuacioacuten 19
FS1 = 1 ndash [ (Ck1-n)] Ecuacioacuten 19
Donde = Promedio Ck1-n = valor del coeficiente de correlacioacuten en valores absolutos (0 a 1)
entre el indicador evaluado y los demaacutes indicadores de la matriz de correlacioacuten FS1 determina el
grado de correlacioacuten global del indicador es decir su grado de correlacioacuten con los demaacutes
indicadores dentro de la matriacutez de correlacioacuten Entre mayor sea FS1 menor es la correlacioacuten global
del indicador
3 Se estima el factor de seleccioacuten dos (FS2) para cada indicador a partir de la Ecuacioacuten 20
FS2 = [sum k minus ( sum FL
FL=n
FL=1
)
k=n
k=1
] minus 1 Ecuacioacuten 20
Donde k = indicador FL = Funcioacuten loacutegica que va de 1 hasta n
FL = Si FS1 gt 07 entonces 0 de lo contrario 1
FS2 relaciona la magnitud del coeficiente de correlacioacuten con la significancia de cada indicador De
esta forma se eliminan indicadores muy correlacionados a los cuales se les asigna un valor de
cero
4 Se estima el factor de seleccioacuten tres (FS3) para cada indicador a partir de las siguientes
funciones loacutegicas
Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2 (kn)] gt 0 entonces FS3 = FS2 Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2
(kn)] = 0 entonces Si FS1 lt Valor maacuteximo [(FS1(k1) hellip FS1 (kn)] entonces FS3 = 0 de lo
contrario FS3 = FS1]
FS3 permite escoger un indicador cuando todos los indicadores de la matriz estaacuten correlacionados
de una forma altamente significativa
109 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5 Se normaliza FS3 por medio de la siguiente Ecuacioacuten 21
FSN = FS3
Valor maacuteximo [FS3(k1minusn)] Ecuacioacuten 21
Donde FSN = Valor normalizado de FS3 FS3(k1-n) = Valor maacuteximo de FS3 desde el indicador uno
hasta n
Si FSN = 0 entonces se elimina el indicador
6 Puede ocurrir que dos indicadores se correlacionen significativamente con los demaacutes indicadores
de la matriz de correlacioacuten y que a su vez esos dos indicadores tengan una correlacioacuten entre siacute
altamente significativa En ese caso se debe eliminar uno de los indicadores Para definir cual
indicador se elimina primero se deben identificar los indicadores correlacionados mediante la
siguiente funcioacuten loacutegica
Si [FS1(k1) = FS1(k2) y FS1(k1) = FS1(k3) y hellip FS1(k1) = FS1(kn)] entonces se identifican los
indicadores (k) correlacionados con este siacutembolo ldquoϯrdquo Esta comparacioacuten se debe realizar con todos
los indicadores [FS1(k1) hasta FS1(kn)]
7 Para cada indicador que se le haya adjudicado un valor FSN se hace la sumatoria de los puntajes
obtenidos en los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS = ObDr + NbPr + NbAt) Si se identificaron
dos indicadores correlacionados en el paso sexto (ϯ) se escoge el que haya obtenido el mayor valor
para la suma de los puntajes de los criterios de seleccioacuten (sumCS)
8 Se calcula CrLc para cada indicador seleccionado multiplicando sumCS WCS Donde WCS es el
ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten
Al final del proceso se realiza una sumatoria de los puntajes obtenidos en cada categoriacutea (ObGt +
NbPr + NbAt + CrLc) Los indicadores que obtengan un puntaje mayor a cero haraacuten parte del CMI
110 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2443 Estudio de caso
La metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores expuesta se utilizoacute con los tres experimentos
evaluados en este trabajo de tesis (Numeral 21) En esta seccioacuten se presentan los resultados y el
procedimiento detallado de seleccioacuten de indicadores para el experimento en tomate (ExTom)
expuesto en el Numeral 211 En la Tabla 2-24 se muestran las variables evaluadas en el
experimento Los meacutetodos utilizados para medir cada variable se pueden ver en la Tabla 4-3 y
Tabla 4-5
Los anaacutelisis estadiacutesticos se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019) Para
todas las variables estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por
medio de graacuteficos boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y
realizando pruebas de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de
la libreriacutea normtest (Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste
para encontrar la transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la
libreriacutea MASS (Ripley et al 2017) Se realizoacute el anaacutelisis de correlacioacuten de Pearson con las ayudas
de origen de R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae
(Mendiburu 2017) se realizoacute el Anova y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey (HSD)
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de caso
Ambiental Social
Indicador crudo Sigla Indicador crudo Sigla
Stock de carbono StockC Rendimiento Yd
pH pH Porcentaje de producto de primera categoriacutea PCat
Conductividad eleacutectrica CE Jornales por ciclo por hectaacuterea JC
Capaciadad de intercambio catioacutenica efectiva CICE Jornales por antildeo por hectaacuterea JA
Foacutesforo disponible en el suelo Pd Indicador de esfuerzo de labor ELB
Densidad aparente Db Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de labor ELB(45)
Capacidad de agua disponible CAD Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos PO
Concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal Ntr-Veg Toxicidad humana HT
Marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo SQSMAF
Indicador de calidad del suelo aditivo simple SQSA Econoacutemica
Indicador de calidad del suelo aditivo ponderado SQWP Costos variables VC
Indicador de calidad del suelo con PCA SQPCA Costos fijos FC
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr Inversioacuten IV
Cantidad de agua por kilogramo producido W-kg Ingresos brutos GI
Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo producido N-kg Ingresos netos NI
Toxicidad de agua dulce FWT Valor presente neto NPV
Toxicidad marina MWT Relacioacuten beneficio costo BC
Eutrofizacioacuten potencial EP Tasa de oportunidad obtenida ORO
Acidificacioacuten potencial AP Tasa interna de retorno IRR
Potencial de calentamiento global potencial GWP Punto de equilibrio por cantidad BPQ
Agotamiento de la capa de ozono OLD Punto de equilibrio por precio BPP
111 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
245 Resultados
Despueacutes de correr la lista de criterios obligatorios a cada indicador crudo (Tabla 2-24) se
definieron como indicadores base de la dimensioacuten ambiental SQPCA S-Pr W-kg N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD (Tabla 2-25) Los indicadores crudos StockC pH CE CICE P Db
CAD y Txt estaacuten agregados en las funciones de calidad del suelo SQSMAF y SQPCA Por tal motivo
se les asignoacute un puntaje de cero para el criterio de redundancia (NoRd) Ntr-Veg no tiene relacioacuten
directa significativa con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) y se le asignoacute un puntaje de cero para
ese criterio (Tabla 2-25) El indicador SQSMAF no presentoacute diferencias significativas
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten obligatorios
(ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt Cuantificable EpIn
Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No redundante y SgDf
Significativamente diferente
Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt
0 - 2 0 oacutea 1 0 - 5 WCS = 05 0 - 2 0 oacutea 1 WCS = 05
Dimensioacuten ambiental Dimensioacuten social StockC 2 1 1 1 0 3 000 Yd 2 1 1 1 1 1 100 050
pH 1 1 1 1 0 0 000 PCat 1 1 1 1 1 0 000
CE 1 1 1 1 0 3 000 JC 2 1 1 1 1 1 100 050
CICE 1 1 1 1 0 2 000 JA 2 1 1 1 0 1 000
P 2 1 1 1 0 0 000 ELB 1 1 1 1 0 1 000
Db 1 1 0 1 0 0 000 ELB(45) 1 1 1 1 1 1 086 043
CAD 2 1 1 1 0 0 000 PO 1 1 1 1 1 1 086 043
Txt 0 0 0 1 0 0 000 HT 2 1 1 1 1 1 100 050
Ntr-
Veg 0 1 1 1 1 2 000 Dimensioacuten econoacutemica
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 000 VC 2 1 1 1 0 1 000
SQPCA 2 1 1 1 1 2 073 036 FC 2 1 1 1 0 0 000
LU 2 1 1 1 1 1 064 032 IV 2 1 1 1 0 0 000
W-kg 2 1 1 1 1 1 064 032 GI 1 1 1 1 0 1 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 064 032 NI 2 1 1 1 1 1 100 050
FWT 2 1 1 1 1 5 100 050 BC 2 1 1 1 1 1 100 050
MWT 2 1 1 1 1 5 100 050 NPV 1 1 1 1 1 1 086 043
EP 2 1 1 1 1 5 100 050 ORO 1 1 1 1 1 1 086 043
AP 1 1 1 1 1 5 091 045 IRR 1 1 1 1 1 1 086 043
GWP 2 1 1 1 1 5 100 050 BPQ 2 1 1 1 1 1 100 050
OLD 1 1 1 1 1 5 091 045 BPP 2 1 1 1 1 0 000
Las convenciones de las variables se pueden apreciar en la Tabla 2-24
En cuanto a la dimensioacuten social los indicadores crudos JA y ELB obtuvieron un puntaje de cero
por ser redundantes con JC y ELB(45) respectivamente De igual forma PCat que no presentoacute
diferencias significativas tambieacuten fue eliminado En esta dimensioacuten continuaron como indicadores
base Yd JC ELB(45) PO y HT En la dimensioacuten econoacutemica los indicadores crudos VC FC IV y
GI estaacuten agregados en las funciones de los indicadores de rentabilidad BC NPV ORO e IRR
112 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
mientras que BPP no presentoacute diferencias significativas por lo que obtuvieron un puntaje de cero
Continuaron como indicadores base NI BC NPV ORO IRR y BPQ (Tabla 2-25)
Una vez se definieron los indicadores base para cada dimensioacuten el siguiente paso fue seleccionar
los indicadores centrales Para esto primero se corrioacute la lista de chequeo de criterios no
obligatorios a todos los indicadores base Se encontroacute que la medicioacuten de estos indicadores es
asequible aunque ninguno estaacute parametrizado por lo que a todos los indicadores se les asignoacute un
puntaje de cero para este criterio En la dimensioacuten ambiental solo los indicadores S-Pr y W-kg son
medidos directamente en campo mientras que N-kg es medido en laboratorio Los demaacutes
indicadores base de esta dimensioacuten se estiman mediante funciones o modelacioacuten En la dimensioacuten
social es necesario hacer mediciones directamente en campo para calcular Yd y JC mientras que
ELB(45) PO y HT se estiman mediante funciones o modelacioacuten Todos los indicadores base se
obtienen a partir de mediciones en campo Dentro de la dimensioacuten ambiental los indicadores base
FWT MWT AP GWP y OLD no tienen una relacioacuten significativa con el objetivo del estudio Lo
mismo sucede para JC ELB(45) PO y HT en la dimensioacuten social El uacutenico indicador crudo que no
es variable entre repeticiones es JC pues todas las unidades experimentales dentro del mismo
tratamiento obtuvieron exactamente el mismo valor para este indicador
El uacutenico indicador considerado que auacuten no se ha utilizado en otros estudios es ELB(45) Al mismo
tiempo el uacutenico indicador elegido de forma participativa es Yd Dentro de los indicadores base se
considera que SQPCA S-Pr W-kg N-kg Yd JC y todos los indicadores econoacutemicos pueden ser
uacutetiles para estimaciones de la sostenibilidad futura SQPCA de la dimensioacuten ambiental y todos los
indicadores de la dimensioacuten econoacutemica excepto NI son funciones de agregacioacuten (Tabla 2-26)
Despueacutes de construir la matriz de correlacioacuten se evidencia que existen correlaciones significativas
y altamente significativas entre un gran nuacutemero de indicadores base en cada dimensioacuten De
acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 2-27 los indicadores ambientales N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD estaacuten correlacionados de una forma significativa y altamente
significativa entre siacute y con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental Estos indicadores
fueron eliminados del proceso dejando en representacioacuten a N-kg pues obtuvo el mayor FS1
Los indicadores S-Pr y W-kg tambieacuten presentaron una correlacioacuten altamente significativa ademaacutes
de correlacionarse de forma equivalente con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental En
este sentido seguacuten la puntuacioacuten obtenida con los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS) siguioacute en el
113 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
proceso S-Pr Con base en esto de los indicadores base de la dimensioacuten ambiental se escogieron
como indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg (Tabla 2-27)
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no obligatorios
principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ Parametrizado MdEd Medido o
estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt Variable entre repeticiones AcTn
Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr Agregado
Indicador
base
Principales NbPr
Alternos NbAt
MdAs PrTz MdEd ObEs VrRt AcTn DsPt PrFu AgVr
0-3 0-2 0 oacute 1 WCS = 02 0-2 0 oacute 1 WCS = 02
Dimensioacuten ambiental SQPCA 3 0 0 2 1 055 011 2 0 1 1 080 016
LU 3 0 2 1 1 064 013 2 0 1 0 060 012
W-kg 3 0 2 1 1 064 013 1 0 1 0 040 008
N-kg 3 0 1 2 1 064 013 1 0 1 0 040 008
FWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
MWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
EP 2 0 0 1 1 036 007 2 0 0 0 040 008
AP 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
GWP 2 0 0 0 1 027 005 2 0 0 0 040 008
OLD 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten social Yd 3 0 2 2 1 073 015 2 1 1 0 080 016
JC 2 0 2 0 0 036 007 2 0 1 0 060 012
ELB(45) 3 0 0 0 1 036 007 0 0 0 0 000 000
PO 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
HT 2 0 0 0 1 036 007 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten econoacutemica NI 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 0 060 012
BC 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
NPV 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
ORO 1 0 2 1 1 045 009 1 0 1 1 060 012
IRR 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
BPQ 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
En la dimensioacuten social los indicadores PO y HT presentaron la misma correlacioacuten entre siacute y con
los demaacutes indicadores de su dimensioacuten HT alcanzoacute un mayor puntaje para sumCS Con base en esto
se seleccionaron como indicadores centrales de la dimensioacuten social Yd JC ELB(45) y HT (Tabla
2-27)
En la dimensioacuten econoacutemica todos los indicadores base presentaron correlaciones altamente
significativas entre ellos El indicador BPQ obtuvo el mayor FS3 por lo que se escogioacute como
indicador central en representacioacuten de toda la dimensioacuten econoacutemica (Tabla 2-27)
Con base en los resultados mostrados en la Tabla 2-27 el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI)
estaacute conformado por los indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg en la dimensioacuten ambiental Yd
114 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
JC ELB(45) y HT en la dimensioacuten social y BPQ en la dimensioacuten econoacutemica Los indicadores
SQPCA Yd S-Pr y BPQ obtuvieron el mayor puntaje (087 086 085 y 085 respectivamente)
mientras que ELB(45) mostroacute la menor puntuacioacuten (06) (Figura 2-2)
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc) NoCv = No
covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de correlacioacuten obtenido
en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis de covarianza en el componente
principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de
covarianza del PCA
Indicador
base Matriz de correlacioacutensect Factores de Seleccioacuten CrLc
Dimensioacuten ambiental
SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD FS1 FS2 FS3 FSN sumCS WCS = 01
SQPCA 039 039 076 072 072 072 072 072 072
035 100 100 100 207 100 010
LU 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 187 100 010
W-kg 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 166
N-kg 076 054 054 095 095 095 095 095 095
016 100 100 100 167 100 010
FWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
MWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
EP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
AP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
GWP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
OLD 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
Dimensioacuten social
Yd JC ELB(45) PO HT
Yd 019 041 077 077
047 100 100 050 253 050 005
JC 019 071 024 024
066 200 200 100 196 100 010
ELB(45) 041 071 070 070
037 200 200 100 122 100 010
PO 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 133
HT 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 147 050 005
Dimensioacuten econoacutemica
NI BC NPV ORO IRR BPQ
NI 100 100 100 100 096
001 000 000
BC 100 100 100 100 096
001 000 000
NPV 100 100 100 100 096
001 000 000
ORO 100 100 100 100 097
001 000 000
IRR 100 100 100 100 097
001 000 000
BPQ 096 096 096 097 097
004 000 004 100 225 100 010
115 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto miacutenimo de
indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten
246 Discusioacuten
Tomando como referencia lo expuesto por Smith y Dumanski (1994) un indicador es una
caracteriacutestica que mide o refleja el estado o condicioacuten de cambio de un sistema Asiacute mismo un
indicador de sostenibilidad agriacutecola es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un conjunto
de variables asociadas a la dimensioacuten ambiental social o econoacutemica de un sistema de produccioacuten
agriacutecola que se establece(n) como referente para informar sobre el funcionamiento de ese
sistemardquo (de Olde et al 2016c) Un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de
distancia al objetivo es decir mide la distancia entre los valores reales o predichos y el valor de
referencia (que en este caso representa el valor con que se logra la mayor sostenibilidad)
La seleccioacuten de indicadores es un proceso que involucra anaacutelisis tanto cualitativos como
cuantitativos No obstante como lo sugiere Waas et al (2014) aunque los indicadores pueden ser
cuantitativos (nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos
sean transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida Con el procedimiento
expuesto en este trabajo se tratoacute de reducir al maacuteximo el nivel de subjetividad asociada a la
seleccioacuten de indicadores cualitativos No obstante es muy difiacutecil eliminar totalmente la
subjetividad del proceso de seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola pues se deben
tomar decisiones muy relacionadas con la experiencia de los investigadores La primera eleccioacuten
subjetiva que se realiza es el peso o ponderador que se le asigna a cada grupo de criterios de
00
02
04
06
08
10
HT JC Yd ELB(45) N-kg SQPCA S-Pr BPQ
Social Ambiental Econoacutemica
Pu
nta
je
Dimensioacuten - Indicador
ObGt NbPr NbAt CrLc
116 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
seleccioacuten En este trabajo se considera que los criterios obligatorios tienen un mayor peso por lo
que se les asignoacute un WCS de 05 (escala 0 a 1) (Tabla 2-25) mientras que a los criterios no
obligatorios principales y alternos se les asignoacute un WCS de 02 a cada uno y al criterio de
correlacioacuten un WCS de 01 Podriacutea haber un consenso en el que se afirme que los criterios
obligatorios son maacutes importantes que los no obligatorios la pregunta es iquestcuaacutel valor de WCS se debe
asignar a cada criterio de seleccioacuten Es evidente que los criterios obligatorios tienen una mayor
importancia pues si no se cumple alguno de ellos el indicador queda eliminado del proceso
inmediatamente por lo que deben ser revisados con mayor detalle
La segunda eleccioacuten subjetiva es el puntaje asignado a algunos criterios de seleccioacuten Por ejemplo
definir si un indicador tiene una relacioacuten significativa o altamente significativa con el objetivo de
sostenibilidad podriacutea tener varios puntos de vista Determinar si un indicador tiene o no relacioacuten
con el objetivo de sostenibilidad tambieacuten puede generar una gran discusioacuten A este respecto Bell y
Morse (2008) Bockstaller et al (2009) y Parris y Kates (2003) establecen que falta consenso sobre
cuaacuteles indicadores incluir en los anaacutelisis de sostenibilidad existiendo una amplia diversidad de
enfoques
Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores estaacute disentildeada para que el proceso de seleccioacuten
subjetiva se vaya diluyendo a medida que se va avanzando de indicadores crudos a indicadores
base e indicadores centrales Al incluir anaacutelisis estadiacutesticos y criterios de seleccioacuten absolutos
(sino) se disminuye el grado de subjetividad
Como se evidencioacute en este trabajo generalmente se miden muchos indicadores pero muchos son
redundantes y correlacionados La eleccioacuten de indicadores mediante una matriz y un algoritmo de
correlacioacuten permite seleccionar los indicadores con el mayor peso estadiacutestico evitando la
redundancia en el anaacutelisis Asiacute mismo el procedimiento de seleccioacuten da mayor importancia a
aquellos indicadores que sean funciones de agregacioacuten pues un solo indicador explica el
comportamiento de todas las variables que conforman la funcioacuten
Desde una perspectiva teacutecnica un indicador es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un
nuacutemero de variables relacionado con un valor de referencia que da sentido a los valores que
toman las variablesrdquo (Pinteacuter et al 2012 Singh et al 2012 Rigby et al 2000) En ese sentido un
indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Ninguno de los indicadores base
117 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estaba parametrizado es decir ninguno teniacutea ese punto de referencia Al no estar parametrizados
el nivel de sostenibilidad de los indicadores se debe realizar en teacuterminos de la comparacioacuten entre
los tratamientos evaluados El nivel de sostenibilidad se define con base en un referente dentro del
mismo experimento no con base en referentes externos En ese sentido se debe definir si el mayor
nivel de sostenibilidad se asocia con un mayor o menor nivel del indicador
Escoger solo los indicadores que muestran diferencias significativas entre los tratamientos
evaluados elimina ruido al anaacutelisis Trabajar con indicadores que tienen la misma importancia para
todos los tratamientos de un experimento solo incrementa el trabajo pero no aporta informacioacuten
sobre las diferencias que se quieren identificar entre los tratamientos Esto es maacutes evidente en aacutereas
pequentildeas como parcela o unidad experimental A esta escala indicadores asociados a poliacuteticas
gubernamentales o macroeconoacutemicas no ejerceriacutean un efecto diferencial entre los tratamientos en
evaluacioacuten por lo que no deberiacutean ser consideradas
Aunque la metodologiacutea propuesta en este estudio promueve una menor subjetividad en el proceso
de seleccioacuten de indicadores se debe seguir reconociendo que las definiciones de sostenibilidad asiacute
como la seleccioacuten de indicadores variacutean con los enfoques contextos y expectativas de los
investigadores (Bell y Morse 2008 Gasparatos 2010)
247 Conclusiones
El proceso de seleccioacuten de indicadores inicioacute con la evaluacioacuten de 40 indicadores crudos 21
ambientales ocho sociales y once econoacutemicos Al finalizar el proceso se redujeron a ocho
indicadores centrales tres ambientales (N-kg SQPCA S-Pr) cuatro sociales (HT JC Yd y ELB(45))
y uno econoacutemico (BPQ) Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso proceso
con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos al mismo tiempo promueve
una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos matemaacuteticos Al
utilizar esta metodologiacutea se incrementa la probabilidad de que todas las variables ambientales
sociales y econoacutemicas medidas en el experimento esteacuten representadas en el conjunto miacutenimo de
indicadores Ademaacutes se aumenta la posibilidad de que los indicadores centrales seleccionados
evaluacuteen con mayor confiabilidad la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Se espera que esta
metodologiacutea sea viable y ampliamente utilizada en instrumentos de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola
118 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten
de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos
Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
31 Resumen
Existe un considerable nuacutemero de herramientas orientadas a la evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola adaptadas a diferentes escalas geograacuteficas de medicioacuten (global nacional regional yo
finca) En la literatura revisada no se encontroacute ninguna evaluacioacuten enfocada a evaluaciones a una
menor aacuterea geograacutefica es decir hacia la comparacioacuten de parcelas o unidades experimentales a las
cuales se les aplican tratamientos de investigacioacuten Como aporte se propone la Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo
(MSEAS) En este estudio se construye MSEAS haciendo una revisioacuten de los indicadores
ambientales sociales y econoacutemicos con posibilidad de uso y se define un uacutenico iacutendice de
sostenibilidad (IS) Se recopilaron 47 indicadores para la dimensioacuten ambiental distribuidos en
cuatro atributos calidad del suelo (12) relacioacuten suelo-planta (17) relacioacuten suelo-agua (9) y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera (9) Para la dimensioacuten social ocho indicadores seguridad alimentaria (2)
generacioacuten de empleo (2) y salud humana (4) Para la dimensioacuten econoacutemica 11 indicadores
egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) y rentabilidad (6) De los tres iacutendices (meacutetodos de
agregacioacuten) evaluados suma ponderada de indicadores (ISS) producto de indicadores ponderados
(ISP) y funcioacuten multicriterio (ISλ) ISP se define como el maacutes idoacuteneo pues limita el poder de
compensacioacuten entre indicadores e iacutendices cuando estos son iguales a cero y mantiene el rango de
IS entre 0 y 1 cuando estos son mayores a 0 MSEAS es una herramienta de apoyo a la toma de
decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan sostenibles son los
diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos de campo
Palabras clave calidad del suelo relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-
atmoacutesfera indicadores de sostenibilidad iacutendice de sostenibilidad
119 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
32 Abstract
There are many established agricultural sustainability assessment tools in use at global regional
and farm geographical scales To date however there is no known assessment of their ability to
define the most sustainable cropping system at the plot-level or experimental unit geographical
scale Furthermore despite the environmental and social importance of soil in the agricultural
systems many of the sustainability assessments use very few or no indicators related to soil
properties or processes In that sense we propose the tool MSEAS (Sustainability Assessment
Methodology to Soil-Associated Agricultural Experiments) In this work MSEAS is constructed
making a review of the environmental social and economic indicators that could be utilized and
defining a single sustainability index (IS) The environmental dimension included 47 indicators
distributed in four subdimensions soil quality (12) soil-plant (17) soil-water (9) and soil-
atmosphere (9) Social dimension included eight indicators food security (2) employment
generation (2) and human health (4) For the economic dimension 13 indicators were collected
costs (2) investment (1) incomes (2) profitability (6) and crop management (2) for a total of 118
indicators From the three indices (aggregation methods) evaluated weighted sum of indicators
(ISS) product of weighted indicators (ISP) and multi-criterion function (ISλ) ISP is defined as the
most appropriate because it limits the compensation power between indicators and indices when
they are equal to zero and maintains the range of IS between 0 and 1 as long as they are higher than
0 This study provides an adaptable and quantifiable methodology for the evaluation of agricultural
sustainability on a plot or EU scale which will serve as a starting point for use with real
experiments
Key words soil quality soil-plant soil-water soil-atmosphere sustainability indicators
sustainability index
33 Introduccioacuten
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
antropogeacutenicas entre otros que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Este recurso es la base
de diversos servicios esenciales de provisioacuten regulacioacuten cultura y apoyo (Adhikari y Hartemink
120 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2016) ademaacutes de condicionar la produccioacuten agriacutecola A pesar de esto muchas de las evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados con sus propiedades o
procesos (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) Incluso en
algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten de un nuacutemero muy reducido de indicadores (p ej
Van Asselt et al 2014) existiendo la posibilidad de no incluir ninguno relacionado con el suelo en
el proceso de seleccioacuten
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan a traveacutes de herramientas que mediante el
uso de indicadores comparan diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de
produccioacuten agriacutecola (de Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015
Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et al 2014) Generalmente estaacuten orientadas a evaluar la
sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten que ya estaacuten en marcha (pej Goacutemez-Limon y
Riesgo 2009 Van Asselt et al 2014) En la literatura no se encuentran instrumentos de anaacutelisis de
sostenibilidad orientados hacia nuevas alternativas de produccioacuten es decir hacia la definicioacuten de
cuaacutel de los meacutetodos o teacutecnicas agriacutecolas evaluados mediante experimentacioacuten cientiacutefica es la maacutes
sostenible A este respecto Deytieux et al (2016) mencionan que deberiacutea evaluarse la
sostenibilidad agriacutecola tanto para sistemas de produccioacuten en curso como para nuevas alternativas
desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
Algo que tienen en comuacuten las herramientas actuales de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es
la medicioacuten y estimacioacuten de variables el anaacutelisis a traveacutes de indicadores y la manera como los
resultados son interpretados a traveacutes de iacutendices Este esquema permite el monitoreo del sistema
identificando de forma temprana aquellos procesos que pueden salirse de los liacutemites o umbrales
permitidos (de Olde et al 2016a) A manera de contextualizacioacuten y como se abordaraacute en este
estudio un iacutendice es un valor cuantitativo construido a partir de un conjunto combinado de
indicadores que permite hacer comparaciones entre diferentes sistemas mientras que un indicador
es la representacioacuten de un atributo de un sistema mediante una variable o un conjunto de variables
agregadas en una funcioacuten cuantitativa que relacionan su valor con un valor de referencia (Waas et
al 2014) Es decir un iacutendice se construye a partir de indicadores y un indicador se construye a
partir de variables Esto aplica para todas las herramientas independiente de la escala geograacutefica a
la cual estaacute dirigida
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue construir la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
121 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
34 Materiales y Meacutetodos
La construccioacuten de MSEAS incluye las siguientes actividades 1) hacer una revisioacuten y recopilar la
mayor cantidad de indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a
escala de parcela o unidad experimental La dimensioacuten ambiental se enfatiza en las caracteriacutesticas
del suelo 2) proponer un meacutetodo de seleccioacuten de indicadores a partir del cumplimiento secuencial
de criterios (Numeral 23) 3) evaluar diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y
agregacioacuten por medio de simulaciones y 4) escoger un uacutenico iacutendice de evaluacioacuten de la
sostenibilidad de los tratamientos evaluados en los experimentos
341 Revisioacuten y tipos de indicadores
Inicialmente se hace una revisioacuten de los indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de
sostenibilidad a escala de parcela o unidad experimental partiendo de lo expuesto en el Numeral
167 y se sugieren nuevos indicadores acorde con esta propuesta metodoloacutegica
El objetivo de esta revisioacuten es tener una base de referencia para elegir los indicadores que seguacuten
los criterios de seleccioacuten (Numeral 23) y las condiciones propias de los experimentos son los maacutes
idoacuteneos para ser incluidos dentro del anaacutelisis de sostenibilidad
Para facilitar la medicioacuten y estimacioacuten de indicadores especialmente sociales y econoacutemicos se
debe construir un inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada
tratamiento Este inventario es vital para utilizar MSEAS y se realiza a partir de la recoleccioacuten de
los datos de la explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra)
342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores
En MSEAS la seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores se hace a partir de lo expuesto en el
Numeral 23
La parametrizacioacuten es la definicioacuten de los valores paraacutemetros umbrales o rangos ideales para un
indicador en particular es decir cual valor o dentro de cual rango se obtiene la mayor
sostenibilidad posible para el indicador considerado Estos paraacutemetros se establecen para definir
122 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuan alejado estaacute el valor real (obtenido mediante medicioacuten u observacioacuten directa o estimacioacuten) del
umbral que genera la mayor sostenibilidad
343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
Existen diversos meacutetodos para medir iacutendices En este trabajo se buscoacute definir un meacutetodo que
condujera a un uacutenico iacutendice que permitiera definir cuantitativamente (0 a 1) cuaacutel de los
tratamientos evaluados presenta el mayor nivel de sostenibilidad Es asiacute como se analizaron
diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten que mediante comparaciones y
simulaciones permitieron seleccionar los maacutes idoacuteneos
3431 Teacutecnicas de normalizacioacuten evaluadas
Debido a que los indicadores son usualmente medidos en diferentes unidades la normalizacioacuten o
transformacioacuten de los datos en variables adimensionales es un requisito previo para el proceso de
agregacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) En ese
sentido se evaluaron las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten o estandarizacioacuten expuestas por
Freudenberg (2003)
Desviacioacuten estaacutendar desde la media asume una distribucioacuten normal (media de 0 y desviacioacuten
estaacutendar 1) Los valores normalizados pueden ser positivos o negativos (Ecuacioacuten 22)
Vacute =v minus vx
Ds Ecuacioacuten 22
Doacutende Vacute = Valor normalizado v = valor observado a normalizar vx = promedio de todos los
valores observados y Ds = Desviacioacuten estaacutendar
Distancia desde el maacuteximo los valores de todos los indicadores normalizados variacutean entre un
rango adimensional de 0 a 1 donde 0 representa el peor valor del indicador (el menos sostenible) y
1 el mejor (el maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 23)
Vacute =v
MA Ecuacioacuten 23
123 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Donde MA = valor maacutes sostenible del conjunto de datos (puede ser el mayor o el menor valor
seguacuten la naturaleza del indicador)
Distancia desde la media donde el valor observado medio se le asigna un valor normalizado de 1
y a los demaacutes valores observados se les asignan valores dependiendo de su distancia a la media
Los valores superiores a 1 sugieren que el indicador supera el promedio (Ecuacioacuten 24)
Vacute =v
vx Ecuacioacuten 24
Distancia desde el mejor y peor valor donde el valor normalizado estaacute en relacioacuten con el valor
observado maacuteximo y miacutenimo Los valores normalizados toman valores entre 0 (menos sostenible)
y 1 (maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 25)
Vacute =v minus vmin
vmax minus vmin Ecuacioacuten 25
Donde vmin = valor observado miacutenimo y vmax = valor observado maacuteximo
Escala categoacuterica donde a cada valor observado se le asigna un puntaje ya sea cuantitativo (p
ej entre [1hellip n] ngt 1) o cualitativo (alto medio bajo) dependiendo de si su valor estaacute por encima
o por debajo de un umbral dado
3432 Asignacioacuten de ponderadores a los indicadores centrales
La ponderacioacuten despueacutes de la seleccioacuten de los indicadores es el paso que maacutes influye en el
resultado final de la evaluacioacuten de sostenibilidad ya que dependiendo de la teacutecnica utilizada los
resultados pueden diferir Las teacutecnicas de asignacioacuten de ponderadores a los indicadores se pueden
dividir en positivas y normativas (OECD-JRC 2008) Las teacutecnicas positivas o endoacutegenas son
aquellas que utilizan procedimientos estadiacutesticos sin incluir opiniones de expertos o juicios de
valor Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas intentan asignar diferentes pesos a los indicadores como
una funcioacuten de la opinioacuten de expertos asumiendo la sostenibilidad como una construccioacuten social
(Baush et al 2014 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
124 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3433 Teacutecnicas de agregacioacuten evaluadas
Para evaluar cuantitativamente el nexo entre las diferentes dimensiones de la sostenibilidad es
necesario tener en cuenta que estas dimensiones no son independientes sino que estaacuten
interconectadas entre siacute (Giampietro et al 2014) Se han establecido paraacutemetros cuantificables de
comparacioacuten entre la sostenibilidad de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola y estos
generalmente se agregan en iacutendices o indicadores compuestos (Schader et al 2014 Singh et al
2012 Bockstaller et al 2009)
En general un valor de agregacioacuten o valor agregado es un uacutenico valor representativo de un amplio
conjunto de valores arbitrarios relacionados (Pollesch y Dale 2015) Una funcioacuten de agregacioacuten es
la operacioacuten matemaacutetica que asigna los valores de entrada al valor de salida representativo o
ldquoagregadordquo (Pollesch y Dale 2015) Existen diferentes teacutecnicas de agregacioacuten cuya diferencia
radica en el tipo de funcioacuten y en el grado de compensacioacuten que utiliza (total parcial o nula)4
Para determinar cuaacutel es el IS que mejor representa la realidad a traveacutes de simulaciones de un rango
de posibles respuestas que se presentariacutean en la realidad se evaluaron las tres teacutecnicas de
agregacioacuten expuestas por Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez (2010)
Suma ponderada de indicadores es una regla de agregacioacuten ponderada lineal la cual representa
la compensacioacuten total entre indicadores La Ecuacioacuten 26 muestra la expresioacuten de agregacioacuten
ISS = sum Wk times Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 26
Doacutende ISS = Iacutendice de sostenibilidad para suma ponderada Wk = Peso asociado (ponderador) al
indicador k e Ik = Valor normalizado del indicador k Al utilizar este meacutetodo (aditivo) se aplica el
supuesto de independencia preferencial de los indicadores lo cual implica que hay compensacioacuten
total entre ellos y que independiente de su valor esta es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza
2011)
4 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de un indicador poco sostenible con
el de otro maacutes sostenible
125 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Producto de indicadores ponderados Este representa la compensacioacuten parcial entre indicadores
Su expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27
ISP = prod IkWk
k=n
k=1
Ecuacioacuten 27
Este meacutetodo (multiplicativo) tambieacuten implica la compensacioacuten entre indicadores aunque en este
caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten del valor de los
indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa lo
mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011)
Funcioacuten multi-criterio Se basa en la distancia al punto ideal Se define por la Ecuacioacuten 28
donde el paraacutemetro de compensacioacuten (120582) fluctuacutea de 0 a 1 afectando el grado de compensacioacuten
entre indicadores Se consideran cinco valores del paraacutemetro de compensacioacuten (120582 = 000 025
050 075 y 100) equivalentes a cinco IS los cuales resultan en los tres grados de compensacioacuten
mencionados a) compensacioacuten total (120582 = 1) b) varios grados de compensacioacuten parcial (0 lt 120582 gt 1)
y c) compensacioacuten nula (120582 = 0)
ISλ = (1 minus λ) lowast [Mink(Wk lowast Ik)] + λ lowast sum Wk lowast Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 28
Donde Mink(Wk Ik) = valor miacutenimo ponderado y normalizado para el conjunto de indicadores
Se evaluaron todos los meacutetodos mediante simulaciones y con base en los resultados se sugirioacute el
maacutes idoacuteneo para ser utilizado en MSEAS con valores reales de campo Para realizar las
simulaciones se asumieron las tres dimensiones de la sostenibilidad (Ik) cada una con tres
diferentes posibles valores asiacute I1 = 000 033 y 100 I2 e I3 = 010 03 y 100 Cada posible
combinacioacuten de Ik se contrastoacute con un vector de ponderacioacuten (Wk) con cuatro combinaciones de
factores (W1 W2 y W3) = (033 033 033) (01 01 08) (01 08 01) (08 01 01) A cada
valor de Wk se le asignoacute un valor de Ik construyendo finalmente cuatro escenarios cada uno con
27 combinaciones IkWk (Tabla 3-1)
126 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten Simulacioacuten 1 Simulacioacuten 2 Simulacioacuten 3 Simulacioacuten 4
Wk
W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 033 033 033 01 01 08 01 08 01 08 01 01
Ik
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1
00 - 03 03 - 03 10 - 03 00 - 01 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 00 - 03 03 - 01 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 01
10 - 03 00 - 03 03 - 03 10 - 01 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 01
I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3
I2
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3
I3
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
35 Resultados y discusioacuten
351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial
en MSEAS
3511 Indicadores de la dimensioacuten ambiental
En esta propuesta los indicadores ambientales giran en torno al recurso suelo y su relacioacuten con los
demaacutes sistemas del medio ambiente dando como resultado cuatro atributos calidad del suelo
relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada
atributo se obtienen a partir de las variables medidas en campo o laboratorio del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141) yo de la estimacioacuten mediante funciones o modelacioacuten En
cuanto a esto uacuteltimo se utiliza la metodologiacutea de anaacutelisis de ciclo de vida (LCA por sus siglas en
ingleacutes Life Cicle Assessment) (Guineacutee et al 2004) (Numeral 4143)
Atributo Calidad del suelo
En la literatura se evidencian dificultades para hacer la seleccioacuten de indicadores que realmente
representen la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola pues es faacutecil caer en el error
de emplear cualquier propiedad fiacutesica quiacutemica o bioloacutegica del suelo como indicador para este
propoacutesito Tambieacuten pueden evaluarse indicadores asociados con otro tipo de sistemas que no
127 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
aportan informacioacuten directa a la evaluacioacuten de la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola
cuyo objetivo como ya se ha mencionado es hacer comparaciones cuantitativas entre diferentes
sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola es decir entre formas de
cultivar Por otro lado aunque las estrategias evaluadas impacten directamente sobre el suelo
muchas de las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados
con sus propiedades (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) En
esta revisioacuten se encontroacute que se miden muy pocos indicadores relacionados con las propiedades
fiacutesicas del suelo aun cuando se evaluacutean por ejemplo sistemas diferenciales de manejo del agua
(pej Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) e incluso en algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten
de un nuacutemero muy reducido de indicadores existiendo la posibilidad de que en esta seleccioacuten no se
tenga en cuenta ninguacuten indicador relacionado con el suelo (pej van Asselt et al 2014)
La calidad de los suelos determina la sostenibilidad agriacutecola (Acton y Gregorich 1995) y como
consecuencia la salud de las plantas de los animales y de los humanos (Haberern 1992) Larson y
Pierce (1991) argumentan que la medicioacuten de la calidad del suelo en agricultura no deberiacutea
limitarse a los objetivos de productividad pues esto contribuye a aumentar su degradacioacuten Cuando
el manejo del suelo se centra en la sostenibilidad en lugar de simplemente en el rendimiento del
cultivo un iacutendice de calidad del suelo puede considerarse como un indicador primario de su
manejo sostenible (Zornoza et al 2015 Andrews 2002 Doran 2002) En muchas publicaciones
relacionadas con sostenibilidad agriacutecola se hace referencia a la calidad del suelo Sin embargo es
comuacuten que no se utilice un iacutendice o funcioacuten de agregacioacuten de propiedades que la determine sino
que se hace referencia a soacutelo una o unas pocas propiedades que se incluyen dentro del conjunto de
caracteriacutesticas de su calidad (pej Nambiar et al 2001) La calidad del suelo no se puede medir de
manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de un conjunto miacutenimo de
caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica del suelo y su relacioacuten
con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) Pero la definicioacuten de
indicadores de calidad del suelo se complica por la necesidad de considerar las muacuteltiples funciones
del suelo y la integracioacuten de sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas las cuales definen esas
funciones y generan una imagen holiacutestica de su calidad (Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992 de Paul Obade y Lal 2016)
En la Tabla 3-2 se muestran 11 indicadores de calidad del suelo que podriacutean utilizarse dentro de
los anaacutelisis de sostenibilidad y que por medio de un solo indicador dariacutean una visioacuten global de las
caracteriacutesticas del suelo y su relacioacuten con los sistemas de produccioacuten agriacutecola
128 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Indicador de calidad del suelo
de Doran y Parkin SQDP
El objetivo de este indicador es hacer la evaluacioacuten de la calidad del suelo en
teacuterminos de produccioacuten sostenible (produccioacuten de alimentos y resistencia a la
erosioacuten) calidad ambiental (calidad del agua y del aire) y salud humana y animal (calidad de alimentos) (Doran y Parkin 1994)
Indicador general de calidad
del suelo GISQ
Permite la evaluacioacuten de la calidad del suelo y facilita la identificacioacuten de
problemas a traveacutes de los valores individuales de cada subindicador y sus 54 variables Ademaacutes permite monitorear del cambio a traveacutes del tiempo y puede
guiar la implementacioacuten de tecnologiacuteas de restauracioacuten de suelos (Velasquez et
al 2007)
Indicador de calidad del suelo - SMAF
SQSMAF
Este marco de referencia mide el impacto del manejo del suelo sobre sus
funciones a traveacutes de tres pasos seleccioacuten de indicadores interpretacioacuten de
indicadores e integracioacuten en un iacutendice (Andrews et al 2004)
Indicador de calidad del suelo
de Karlen Karlen-SQI
Es un marco de referencia para evaluar la calidad del suelo basado en el
concepto de sistema como apoyo a la toma de decisiones Se utiliza para cuantificar los cambios en la calidad del suelo o comparar factores como
rendimiento a corto plazo vs sostenibilidad a largo plazo o la erosioacuten hiacutedrica
frente a la percolacioacuten profunda de sustancias quiacutemicas (Karlen y Scott 1994)
Indicador de calidad del suelo aditivo simple
SQSA Mukherjee y Lal (2014) compararon tres meacutetodos matemaacuteticos para determinar
la calidad del suelo encontrando que los tres son uacutetiles para calcular SQI Se
utilizan tres paraacutemetros clave de la relacioacuten suelo - planta capacidad de desarrollo de la raiacutez capacidad de almacenamiento de agua y capacidad de
suministro de nutrientes y estos son comparados con el rendimiento del cultivo
(Mukherjee y Lal 2014)
Indicador de calidad del suelo
aditivo ponderado SQW
Indicador de calidad del suelo
modelado estadiacutestico SQPCA
Rangos de respuesta RR
Los rangos de respuesta se utilizan para comparar sistemas de produccioacuten de
forma pareada Bai et al (2018) lo utilizaron para evaluar diferentes meacutetodos y sistemas de produccioacuten en Europa y China
Herramienta de evaluacioacuten del funcionamiento bioloacutegico del
suelo
Biofunctool
Es una manera de evaluar la calidad del suelo basaacutendose en un conjunto de indicadores funcionales de baja tecnologiacutea (efectivos en costo y tiempo asiacute
como faacuteciles de usar) que se pueden medir directamente en el campo
(Thoumazeu et al 2019) Se basa en las funciones del suelo propuestas por Kiblewhitte (2008) Mantenimiento de la estructura ciclo de nutrientes y
transformacioacuten del carbono
Mapa Biogeoquiacutemico BioMap Esta aproximacioacuten considera al suelo como un sistema vivo en el cual la calidad del suelo se puede evaluar a partir de la biodiversidad de la biomasa en tiempo
real (Higueras et al 2019)
Indicador de calidad del suelo
a partir de PLSR SQPLSR
Es un meacutetodo de anaacutelisis de datos estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal muacuteltiple el anaacutelisis de
correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de modelado de regresioacuten que estudia muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con variables dependientes individuales o muacuteltiples (p
ej manejo uso profundidad etc) (Xing et al 2020)
Atributo Relacioacuten suelondashplanta
En cuanto al atributo relacioacuten suelondashplanta se recopilaron 17 indicadores agrupados en
propiedades fiacutesicas de la relacioacuten suelondashplanta con dos indicadores propiedades y composicioacuten
quiacutemica de la relacioacuten suelondashplanta con diez indicadores y relacioacuten suelondashmanejo del cultivo con
siete indicadores (Tabla 3-3) Este atributo es el maacutes grande lo cual tiene sentido si se tiene en
cuenta que en el contexto agriacutecola todas las propiedades y caracteriacutesticas del suelo afectan el
129 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
crecimiento y desarrollo de la planta ya sea directamente (como en este atributo) o indirectamente
(como en los demaacutes atributos)
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Propiedades fiacutesicas del suelo - planta
Absorcioacuten de agua por la raiacutez RWU Las plantas utilizan las raiacuteces para anclaje respiracioacuten y absorcioacuten de agua y
nutrientes La libre expansioacuten de las raiacuteces en el suelo es vital para el
desarrollo de toda la planta La PE que estaacute ligada a otras propiedades fiacutesicas
del suelo puede modificar la arquitectura de la raiacutez en funcioacuten de aspectos
limitantes a dicha profundidad como la pedregosidad niveles freaacuteticos
superficiales capas endurecidas etc
Profundidad efectiva Pe
Propiedades y composicioacuten quiacutemicas del suelo - planta Reaccioacuten del suelo pH La disponibilidad de nutrientes para la planta estaacute ligada directamente al pH
del suelo elementos como el foacutesforo por ejemplo tienden a inmovilizarse
en pHs aacutecidos o alcalinos limitando su disponibilidad para la planta
(Marschner y Rengel 2012) El pH estaacute relacionado tambieacuten con la inhibicioacuten de la elongacioacuten de las raiacuteces y con toxicidad por exceso de Al
(Lynch et al 2012)
Acidez intercambiable Al+H
Conductividad eleacutectrica CE
La CE es una medida de la concentracioacuten de sales en la solucioacuten del suelo
en donde ciertos niveles pueden inhibir la absorcioacuten de agua por las raiacuteces de
las plantas (Neumann y Roumlmheld 2012)
Nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+) N Dentro de los factores que intervienen directamente en el desarrollo de las
plantas estaacute el suministro de nutrientes esenciales El suministro de estos nutrientes estaacute directamente relacionado con su concentracioacuten y
disponibilidad en el suelo con el equilibrio dinaacutemico entre ellos y con la
relacioacuten con otros factores de crecimiento como agua y clima (Engels et al 2012)
Foacutesforo disponible en el suelo Pd
Potasio K
Calcio Ca
Magnesio Mg
Elementos menores ElMn
Sodio Na
El exceso de sodio puede afectar la capacidad de retencioacuten de agua
disponible para la planta la penetracioacuten de raiacuteces (Qadir y Oster 2004) y
generar desbalances nutricionales (Qadir y Schubert 2002)
Suelo - Manejo del cultivo
Relacioacuten elemento - produccioacuten Elto-kg Es la cantidad requerida del elemento (p ej N P o K) para producir un kg
del producto cosechado
Cobertura del suelo CS Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Balance de N P o K NPKBal
Es la diferencia entre la cantidad de N P o K aplicada y la acumulada en el
cultivo (plantas) por unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad de N P o K
que se libera al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Relacioacuten suelo - productividad S-Pr Determina la cantidad de aacuterea requerida para producir un kilogramo del producto cosechado
Consumo de agua por kilogramo
producido W-kg
Determina la cantidad de agua requerida para producir un kg del producto
cosechado
Atributo Relacioacuten suelo-agua
El manejo del agua es vital en las actividades agriacutecolas y es un detonante de impacto ambiental
positivo o negativo Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es
el agua (Marschner 2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de
130 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
nutrientes si el agua es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es
fundamental para producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha
convertido en una gran preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015) Por
otro lado en condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes como nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente comparado con la emitida en condiciones
naturales (Yao et al 2012)
Se recopilaron nueve indicadores distribuidos en dos grupos movimiento del agua en el suelo con
cinco indicadores y contaminacioacuten de aguas superficiales y profundas desde el suelo con cuatro
indicadores (Tabla 3-4)
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Movimiento del agua en el suelo Saturacioacuten de agua SA
Dado que solo una pequentildea cantidad de agua se almacena en las plantas
cultivadas es el suelo el que se encarga de almacenarla en sus poros y asiacute
mantener la transpiracioacuten de la planta Pero esa capacidad de almacenamiento no es igual para todos los suelos por ende es necesario conocer sus caracteriacutesticas
con miras a un correcto plan de manejo (Ritchie 1981)
Capacidad de campo CC
Punto de marchitez
permanente PMP
Infiltracioacuten In
Escorrentiacutea Esc
La escorrentiacutea tiene relacioacuten directa con la erosioacuten en zonas de ladera por
cuanto el flujo superficial de agua generalmente lleva consigo partiacuteculas de suelo
Contaminacioacuten aguas superficiales y profundas desde el suelo
Lixiviacioacuten de nitratos L-NO3 Las emisiones de nitratos y fosfatos a las aguas superficiales y profundas
ademaacutes de generar peacuterdidas a los agricultores puede generar problemas ambientales como eutrofizacioacuten Lixiviacioacuten de fosfatos L-PO4
Eutrofizacioacuten potencial EP Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos produciendo un aumento de ciertas especies como algas que reduciraacute la concentracioacuten de
oxiacutegeno del medio siendo una amenaza para la biodiversidad (Audsley 2003)
Ecotoxicidad acuaacutetica EtA Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas (plaguicidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los ecosistemas acuaacuteticos (Audsley 2003)
Atributo Relacioacuten suelondashatmoacutesfera
Desde el suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) monoacutexido de
dinitroacutegeno (N2O) y amoniaco (NH3) que son importantes gases de efecto invernadero (Oertel et
al 2016) sin embargo los sistemas agriacutecolas intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo
aumentando la cantidad de estas emisiones En la Tabla 3-5 se muestran nueve indicadores
asociados al impacto que el manejo del suelo tiene sobre la atmoacutesfera y a su vez sobre el clima
131 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Potencial de calentamiento global PCG
El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea de radiacioacuten
teacutermica y en consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento global) (Audsley 2003)
Emisiones de amoniaco (NH3) NH3 La agricultura genera el 84 de las emisiones mundiales N2O (Smith et al 2008) y al mismo tiempo este gas tiene 298 veces maacutes potencial
de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013) Seguacuten Audsley
(2003) el 3 del total de N aplicado al suelo se libera en forma de NH3
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno (N2O) N2O
Emisiones de oacutexidos de nitroacutegeno NOx
Acidificacioacuten potencial AP Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera donde puede combinarse con otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de
lluvia aacutecida (Audsley 2003)
Agotamiento de la capa de ozono OLD La capa de ozono actuacutea como filtro de la radiacioacuten ultravioleta UV-B
3512 Indicadores de la dimensioacuten social
Esta dimensioacuten se enfatiza en tres atributos sociales seguridad alimentaria generacioacuten de empleo
y salud humana Los indicadores de la dimensioacuten social no abordan poliacuteticas gubernamentales o
caracteriacutesticas sociales que variacuteen dependiendo de la regioacuten o estado En el contexto del aacuterea
geograacutefica de MSEAS (parcela o unidad experimental) estas poliacuteticas o caracteriacutesticas tendriacutean la
misma influencia sobre todos los sistemas (tratamientos) a comparar y no habriacutea un impacto
diferencial sobre los mismos Estas poliacuteticas no generariacutean efecto en el anaacutelisis de sostenibilidad
Se asume que en los datos plasmados en el inventario del sistema productivo estaacuten impliacutecitas las
caracteriacutesticas sociales del lugar donde se desarrolla el experimento y que los resultados estaraacuten
dirigidos principalmente a productores de ese lugar de estudio Se recopilaron ocho indicadores
correspondientes a tres atributos seguridad alimentaria con dos indicadores generacioacuten de empleo
con dos indicadores y salud humana con cuatro indicadores (Tabla 3-6) Todos los indicadores se
pueden estimar a partir del inventario del sistema productivo (Numeral 4141)
3513 Indicadores de la dimensioacuten econoacutemica
Para estimar los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica es vital el inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) pues este permite calcular todos los ingresos y egresos de la
operacioacuten productiva No es posible realizar el anaacutelisis financiero del sistema productivo sin estos
datos A partir de los datos de costos (egresos) y ventas (ingresos) y por medio de un anaacutelisis
financiero de proyectos se obtienen todos los indicadores que para este caso fueron 11 divididos
en cuatro atributos egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) rentabilidad (6) (Tabla 3-7)
132 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd El rendimiento es la cantidad total producida por unidad de aacuterea por ciclo de
produccioacuten Este indicador es uno de los pilares de la seguridad alimentaria
(Rosegrant y Cline 2003 Godfray et al 2010) y la sostenibilidad intensiva (GRabowski et al 2018) la cual exige maacutes y mejores alimentos con menor uso de
espacio (Rockstroumlm et al 2017) Una mayor produccioacuten del producto cosechado
dentro de las categoriacuteas mas altas de calidad fomenta un mayor flujo de dinero al sistema de produccioacuten por ende mayor sostenibilidad
Calidad categoacuterica del producto QCat
Calidad nutricional del producto QNtr Una mayor produccioacuten del producto cosechado con alto valor nutricional promueve
un mayor bienestar entre los consumidores
Generacioacuten de empleo
Jornales por ciclo por hectaacuterea JC Cantidad de personas en horario laboral completo (8 horas diarias de trabajo) que se
requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado
Jornales por antildeo por hectaacuterea JA Cantidad de personas que se requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado en un antildeo calendario
Salud humana
Indicador de esfuerzo de labor ELB
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador
Indicador de alto y maacuteximo
esfuerzo de labor ELB(45)
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos PO
Los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) reaccionan con compuestos orgaacutenicos volaacutetiles estos
pueden ser perjudiciales para la salud humana
Toxicidad humana HT Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas que se encuentran en el ambiente
sobre los humanos
3514 Parametrizacioacuten de indicadores Definicioacuten de umbrales o valores de
referencia
Un indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Como se mencionoacute anteriormente
un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de distancia al objetivo es decir mide la
distancia entre los valores reales o predichos de la variable y el valor de referencia (que representa
el valor con que se logra la sostenibilidad) Aunque los indicadores pueden ser cuantitativos
(nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos sean
transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida (Waas et al 2014)
A diferencia de la calidad del aire y del agua la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo
estaacuten escasamente definidas Esta deficiencia puede atribuirse a la definicioacuten difusa de la calidad
del suelo acentuada por la dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad
espacial (de Paul Obade y Lal 2016) Esta situacioacuten dificulta la parametrizacioacuten pues no es claro
133 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuaacutel es el rango oacuteptimo para muchos de los indicadores Con base en esto los valores de referencia
de los indicadores utilizados en MSEAS se definen de dos formas primero a partir de lo
establecido para la zona y especie cultivada por ejemplo pH = 58 - 65 y segundo mediante la
comparacioacuten de los sistemas (tratamientos) evaluados definiendo previamente si es mejor cuanto
mayor o menor sea Posteriormente se comparan los valores obtenidos para todos los tratamientos
infiriendo que el de mejor comportamiento (mayor o menor) ha alcanzado el mayor valor de
sostenibilidad para ese indicador en particular
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Egresos Costos variables VC Son los gastos que cambian con la actividad de la empresa o proyecto
Costos fijos FC Son costos que no variacutean con el volumen de ventas o los ingresos
Inversioacuten
Inversioacuten IV Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos Ingresos brutos GI Son los ingresos de la actividad financiera sin descontar los costos
Ingresos netos NI Son los ingresos de la actividad financiera descontando los costos
Rentabilidad
Valor presente neto NPV Permite determinar si una inversioacuten se maximiza cuando es positivo o se reduce cuando es negativo
Relacioacuten beneficio costo BC
Determina cuantos pesos se recuperan por cada peso invertido Si es gt
1 habraacute ganancias si es lt 1 habraacute perdidas y si es = 1 solo se recupera la inversioacuten
Tasa de intereacutes de oportunidad OIR Es la rentabilidad miacutenima que se le debe exigir al proyecto para renunciar a un uso alternativo
Tasa interna de retorno IRR Es la tasa de intereacutes que ofrece una inversioacuten Debe ser mayor a la
ofrecida por la banca
Punto de equilibrio por cantidad BPQ Cantidad del producto vendido donde las ventas igualan exactamente
los costos
Punto de equilibrio por precio BPP Precio del producto vendido donde las ventas igualan exactamente los costos
352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten
seleccionados para definir un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
3521 Eleccioacuten del meacutetodo de normalizacioacuten
Despueacutes de comparar los resultados de la evaluacioacuten de las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten
(Figura 3-1) para MSEAS se utilizaraacute la teacutecnica de distancia desde el maacuteximo (N2) Esto debido a
134 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las teacutecnicas de desviacioacuten estaacutendar desde la media (N1) y distancia desde la media (N3)
generan valores por fuera del rango establecido (0 a 1) El meacutetodo de distancia desde el mejor y
peor valor (N4) le asigna un valor de 0 al menor valor observado Esto puede generar
inconvenientes con el meacutetodo de agregacioacuten pues el cero implica insostenibilidad absoluta lo que
en la realidad puede no darse con los valores observados mas bajos En cuanto a la teacutecnica de
escala categoacuterica que no se muestra en la Figura 3-1 se descartoacute porque su uso requiere
establecer umbrales para las variables a normalizar y esto no es posible en todos los casos ademaacutes
se busca un meacutetodo estaacutendar que se pueda utilizar con todas las variables y valores observados
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten estaacutendar
desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94
3522 Eleccioacuten del meacutetodo de asignacioacuten de ponderadores
Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas requieren la realizacioacuten de encuestas para conocer la opinioacuten
de expertos Para esto es necesario 1) definir el nuacutemero miacutenimo viable y confiable
(estadiacutesticamente hablando) de expertos a contactar 2) disentildear la encuesta 3) contar con el tiempo
de los expertos que responderiacutean y los investigadores que la realizariacutean y 4) analizar los resultados
Esta teacutecnica se aplica bien a estudios a gran escala cuyos resultados impacten una poblacioacuten
considerable A escala de parcela o unidad experimental puede resultar muy dispendioso e incluso
inviable llevar a cabo este procedimiento
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N
v
N1 N2 N3 N4
135 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Teniendo en cuenta que uno de los objetivos de MSEAS es su facilidad de aplicacioacuten de las dos
teacutecnicas de ponderacioacuten maacutes utilizadas normativas o positivas se escogioacute la teacutecnica positiva o
endoacutegena por su confiabilidad y facilidad de operacioacuten
Para definir los ponderadores se escogioacute el Anaacutelisis de Componentes Principales acorde a lo
expuesto por Rossi et al (2009) quienes sugieren que la suma de las coordenadas cuadradas de un
indicador k en cada vector propio (λj) multiplicada por los porcentajes de variabilidad total (fj)
explicados por cada componente principal (PC) se usa como factor de ponderacioacuten o
ponderador (Wk) para calificar los indicadores (Ecuacioacuten 29)
Wk = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 29
A cada atributo le corresponde un Wk que seraacute el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo Cuanto maacutes alto es Wk maacutes importante es la contribucioacuten del
atributo
3523 Eleccioacuten del meacutetodo de agregacioacuten
El comportamiento de ISP e ISλ000 con las cuatro posibles formas de ponderacioacuten evidencia que
siempre que al menos uno de los Ik es 0 independiente del valor de Wk el resultado es cero
(Figura 3-2 Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) Si se fija I1 = 0 para cualquier valor de I2 e I3
los iacutendices ISP e IS120582000 son iguales a 0 sin importar el valor de Wk (Figura 3-2)
Si I1 = I2 = I3 = 1 y la ponderacioacuten es dividida en partes iguales (W1 W2 y W3 = 033) entonces
ISS = ISP = ISλ100 = 1 mientras que ISλ000 que aplica una compensacioacuten nula da como resultado
033 (Figura 3-2) Con respecto a las teacutecnicas multicriterio no compensatorias (ISλ000) Munda
(2005) sugiere su empleo para la elaboracioacuten de iacutendices de sostenibilidad a traveacutes de los cuales no
se permite que indicadores con valores bajos se compensen con aquellos que presentan valores maacutes
altos asiacute se dariacutea validez al concepto de sostenibilidad ldquofuerterdquo que implica la imposibilidad de
sustituir el efecto de un indicador por otro (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) No obstante
asumiendo que cuantitativamente 0 corresponde a insostenible y 1 corresponde al mayor grado de
136 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibilidad los resultados de las simulaciones sugieren que ni en condiciones ideales es decir
cuando se alcanza la mayor sostenibilidad del sistema que se esteacute evaluando ISλ000 seraacute igual a 1
Maacutes aun los resultados tienden a aproximarse maacutes a cero que a uno (033 en este caso) sugiriendo
que el o los sistemas tienden a ser insostenibles lo cual no es un reflejo de los valores de entrada
en este escenario
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los iacutendices de
sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
A diferencia de lo mostrado por ISP e IS120582000 los iacutendices ISS e IS120582100 que generan exactamente el
mismo resultado tienden a compensar (enmascarar) el efecto de indicadores con valores cercanos
o iguales a cero pues al ser I1 = 0 ISP = IS120582000 = 0 mientras que ISS = IS120582100 = 066 09 09 y 02
para W1-2-3 = (033 033 033) (Figura 3-2) W1-2-3 = (01 01 08) (Figura 3-3) W1-2-3 = (01
08 01) (Figura 3-4) y W1-2-3 = (08 01 01) (Figura 3-5) respectivamente En este caso se
observa el efecto de la compensacioacuten ldquototalrdquo entre indicadores pues con ninguna de las
combinaciones de ponderacioacuten ISS e ISλ100 dan como resultado cero Este hecho evidencia el
poder de compensacioacuten que tienen estos dos iacutendices en donde si un atributo o dimensioacuten obtiene
un valor de cero esta seraacute enmascarada por otra con mayor valor Esto implica por ejemplo que
cualquier conflicto ambiental se puede solucionar con una compensacioacuten econoacutemica
Evidentemente esto es lo opuesto al concepto multidimensional e integrado de sostenibilidad ya
que valores altos de una determinada dimensioacuten podriacutean enmascarar valores bajos o nulos de otra
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137 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sin que el IS refleje tales diferencias (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En ese sentido Goacutemez-
Limoacuten y Arriaza (2011) indican que asumir una compensacioacuten total entre indicadores se asocia al
concepto de sostenibilidad ldquodeacutebilrdquo la cual implica la posibilidad de sustituir el efecto de un
indicador por otro
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Siempre que I1 = I2 = I3 = 1 independiente de cualquier combinacioacuten de Wk ISP = 1 (Figura 3-2
Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) ISP tambieacuten aplica la compensacioacuten entre indicadores
aunque en este caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten
del valor de los indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se
incrementa lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y
Arriaza 2011)
A excepcioacuten de ISP e ISλ000 se aprecia que IS aumenta proporcionalmente con el incremento de Ik
y Wk Este incremento se acentuacutea cuando a I1 = 0 le corresponde Wk = 01 (Figura 3-3 y Figura
3-4) En la Figura 3-5 se puede evidenciar que cuando a I1 = 0 le corresponde el mayor Wk (08)
todos los IS son muy bajos incrementaacutendose a medida que I1 aumenta a 033 y finalmente a 1
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138 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Al analizar los niveles intermedios de compensacioacuten (ISλ025 ISλ050 e ISλ075) se aprecia que ISλ
toma valores maacutes altos a medida que el grado de compensacioacuten se incrementa En ese sentido
utilizar valores intermedios de compensacioacuten antildeade subjetividad al estudio pues es necesario
definir el valor y argumentar muy bien esa decisioacuten Teniendo en cuenta que el objetivo de este
anaacutelisis es disminuir el grado de subjetividad inherente a los anaacutelisis de sostenibilidad y en este
caso especiacutefico al meacutetodo de agregacioacuten de indicadores atributos o dimensiones en un uacutenico
iacutendice de sostenibilidad no se recomienda ninguacuten valor de compensacioacuten parcial intermedio dentro
de la funcioacuten multicriterio como iacutendice uacutenico de sostenibilidad Cabe aclarar que el proceso de
agregacioacuten hace referencia a atributos o dimensiones pues el meacutetodo aplica para ambos casos
Con base en estos resultados se considera que la teacutecnica de producto de indicadores ponderados
(ISP) es la que mejor representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la
que mejor se ajusta a los requerimientos de MSEAS debido a que la misma ecuacioacuten representa la
compensacioacuten total parcial y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores A medida que el valor de un atributo o dimensioacuten toma valores extremos
aproximaacutendose a 0 o 1 lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y
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139 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Arriaza 2011) Esto implica que un Ik que tiene un gran peso es decir un W alto genera un alto
grado de compensacioacuten pero si alguacuten Ik obtiene un valor de cero que indicariacutea que estaacute por fuera
del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute insostenible
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
36 Conclusiones
Este estudio proporciona una metodologiacutea 1) adaptable a experimentos asociados a actividades de
manejo del suelo con diversas caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten y 2)
cuantificable ya que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un
iacutendice cuantitativo MSEAS evaluacutea la sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad
experimental mediante el anaacutelisis de un conjunto de indicadores ambientales sociales y
econoacutemicos seleccionados a partir de una lista de criterios claros y estructurados MSEAS permite
identificar cuaacutel de los tratamientos evaluados en experimentos orientados a actividades agriacutecolas
con impacto en el suelo son los maacutes sostenibles Las salidas de MSEAS son interpretadas a traveacutes
del valor cuantitativo de un iacutendice de sostenibilidad Por lo tanto MSEAS es una herramienta de
apoyo a la toma de decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan
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140 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibles son los diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos De esta forma se podraacute
aumentar la confiabilidad y viabilidad de aplicacioacuten de los resultados que seraacuten compartidos con
los agricultores
141 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales
41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de
un cultivo de tomate frente a la aplicacioacuten de cinco
mezclas de fertilizantes
411 Resumen
En investigacioacuten orientada a actividades agriacutecolas asociadas al suelo generalmente los mejores
tratamientos son definidos a traveacutes de las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis
estadiacutestico de variables como rendimiento Especiacuteficamente en tomate se han llevado a cabo una
considerable cantidad de experimentos que buscan aumentar el rendimiento del cultivo y cuyos
resultados se abordan desde el enfoque teacutecnico ambiental econoacutemico o mediante la combinacioacuten
de un par de estos factores pero no desde el equilibrio entre las dimensiones ambiental econoacutemica
y social es decir desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Con base en esto se utilizoacute la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) con un experimento en donde se midioacute la respuesta del tomate ante la aplicacioacuten
de cinco tratamientos de fertilizacioacuten en presiembra control quiacutemico (ChC) control orgaacutenico
(OrC) mezcla 1 ldquoorgano-mineralrdquo (Mx1 - 2575) mezcla 2 (Mx2 ndash 5050) y mezcla 3 (Mx3 ndash
7525) Se encontroacute que a excepcioacuten de OrC que obtuvo el mas bajo rendimiento no se
presentaron diferencias significativas entre los tratamientos para esta variable Sin embargo
aplicando la metodologiacutea MSEAS se evidencia que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos
sigue esta secuencia ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC que es inversamente proporcional a la
cantidad de abono orgaacutenico aplicado Con este trabajo se evidencia que no siempre los tratamientos
que generan un mayor rendimiento o utilizan abonos orgaacutenicos promueven una mayor
sostenibilidad
Palabras clave anaacutelisis de ciclo de vida fertilizacioacuten organo-mineral sostenibilidad agriacutecola
tomate bajo invernadero
142 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
412 Abstract
In research-oriented to soil-associated agricultural activities generally the best treatments are
defined through the significant differences that result from the statistical analysis of variables such
as yield Specifically in tomato an important amount of experiments have been carried out to
improve the fertilization process and whose results are approached from the technical
environmental economic or by mixing a couple of these factors but not from the balance between
the environmental economic and social dimensions ie from the production system
sustainability Based on this the sustainability assessment methodology oriented to soil-associated
agricultural experiments (MSEAS) was used with an experiment where the tomato response to the
application of five fertilization treatments was measured chemical control (ChC) organic control
(OrC) mix 1 organic-mineral (Mx1 - 2575) mix 2 (Mx2 - 5050) and mix 3 (Mx3 - 7525) It
was found that except for OrC there were no significant differences between the treatments for
yield indicator However applying the MSEAS methodology it is evident that the sustainability
level of the treatments follows this sequence ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC wich is inversely
proportional to the amount of organic fertilizer applied With this work it is evident that the
treatments that generate higher yield do not always promote at the same time higher sustainability
at the production system
Key words agriculture sustainability greenhouse tomato life cycle assessment organic-mineral
fertilization
413 Introduccioacuten
El tomate (Solanum lycopersicum L) es la principal hortaliza cultivada bajo el sistema de
agricultura protegida en Colombia (Monsalve et al 2011) con 2870 ha para el antildeo 2017
(Agronet 2017) Aunque el desarrollo de este sistema productivo ha permitido incrementar los
rendimientos y proteger los cultivos de las inclemencias del clima (Bojacaacute et al 2009 Jaramillo
2009) la produccioacuten de esta hortaliza afronta permanentemente otra serie de riesgos Factores
como la constante variacioacuten de los rendimientos debida a la heterogeneidad en las praacutecticas de
manejo generan incertidumbre sobre la rentabilidad real del cultivo (Monsalve et al 2011)
143 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La nutricioacuten es un complejo proceso que involucra 16 elementos esenciales asiacute como otros
elementos que pueden ser tanto beneacuteficos como toacutexicos para el metabolismo de la planta (Passam
et al 2007) De estos elementos entre 12 y 14 se suministran a traveacutes del proceso de fertilizacioacuten
En Colombia la aplicacioacuten de fertilizantes en tomate bajo condiciones protegidas se realiza
mediante mezclas soacutelidas y fertirriego cuyas foacutermulas de fertilizacioacuten se adaptan para tal fin Los
productores generalmente realizan una correccioacuten de nutrientes con fertilizantes soacutelidos al inicio
del ciclo de produccioacuten (fertilizacioacuten presiembra) junto con la preparacioacuten del suelo (Bojacaacute et
al 2014) Algunas veces la fertilizacioacuten presiembra se complementa con enmiendas orgaacutenicas
principalmente gallinaza (compost de estieacutercol de gallina) y aproximadamente un mes despueacutes
inicia la fertilizacioacuten de mantenimiento a traveacutes del sistema de riego (fertirriego) Los fertilizantes
mezclas y dosis utilizadas por los productores tanto en la fertilizacioacuten de fondo como en la de
mantenimiento son muy variados y su eleccioacuten depende de su propio criterio y algunas veces de la
asesoriacutea de personas externas (Bojacaacute et al 2014)
Una considerable cantidad de trabajos de investigacioacuten se han desarrollado para mejorar el proceso
de fertilizacioacuten del cultivo de tomate en Colombia cuyo objetivo es recomendar el mejor
tratamiento para su aplicacioacuten en campo (pej Pentildea et al 2013 Cano-Betancur et al 2011
Balaguera-Loacutepez et al 2009) Es comuacuten que esta recomendacioacuten se base en los resultados de unas
cuantas variables generalmente asociadas a la dimensioacuten ambiental y algunas veces a la dimensioacuten
econoacutemica pero no se hacen sobre la base de la interaccioacuten y el equilibrio entre las dimensiones
ambiental social y econoacutemica es decir a partir de la sostenibilidad del sistema (p ej Gu et al
2018 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018 Wang et al 2018 Hosiny et al
2017)
Dado que el objetivo de la investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten la calificacioacuten de
un tratamiento como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola las cuales se han ido adoptando en el mundo pues incorporan e integran la perspectiva de
las tres dimensiones o enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1998) que incluye
la viabilidad econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017)
Se han desarrollado una serie de aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos
de evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones
cuantitativas entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola
(De Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar
144 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2014 Peano et al 2014) En este trabajo de tesis se desarrolloacute una metodologiacutea enfocada en una
menor escala de parcela o de unidad experimental denominada MSEAS (Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo)
(Numeral 3) que permite a traveacutes de un iacutendice cuantitativo conocer el nivel de sostenibilidad de
los diferentes tratamientos evaluados en experimentos relacionados con actividades agriacutecolas de
impacto en el suelo es decir labranza riego y fertilizacioacuten principalmente
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue comparar cinco tratamientos de fertilizacioacuten
combinada oacuterganica y mineral presiembra en un cultivo de tomate y mediante el uso de MSEAS
(Numeral 3) encontrar el tratamiento que genera la mayor sostenibilidad del sistema
414 Materiales y Meacutetodos
4141 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo a escala de parcela o unidad experimental
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 211
En anaacutelisis ambientales como el de ciclo de vida (LCA) es vital la construccioacuten del inventario del
sistema productivo que es una recopilacioacuten y cuantificacioacuten de las entradas y salidas del sistema
Con este inventario se determinan las cantidades de cada insumo o recurso utilizado en el sistema y
su relacioacuten con las salidas (cosechas) Esto se obtiene a partir de la recoleccioacuten de los datos de la
explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra) Con esta informacioacuten y
mediante una serie de funciones y factores de transformacioacuten se estima el impacto que genera
sobre el ambiente producir un kg o tonelada de producto cosechado
Al incluir el costo de los insumos de la mano de obra e informacioacuten sobre los precios de venta del
producto cosechado el inventario del sistema productivo tambieacuten genera informacioacuten sobre
ingresos y egresos Con esta informacioacuten se pueden calcular indicadores financieros como costos
variables y fijos relaciones beneficio costo puntos de equilibrio entre otros Asiacute mismo con los
datos de cantidad de mano de obra requerida en cada componente del sistema productivo el
inventario del sistema productivo permite calcular indicadores sociales como jornales por hectaacuterea
y antildeo esfuerzo de labor toxicidad humana entre otros
145 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Uno de los requisitos de MSEAS es la construccioacuten del inventario del sistema productivo
mediante el cual se obtiene la informacioacuten para estimar algunos indicadores ambientales y sociales
y todos los indicadores econoacutemicos
El inventario del sistema productivo estaacute constituido por la base de datos de insumos (Tabla 4-1) y
de datos de campo (Tabla 4-2) A partir de estas dos bases de datos se realizan los caacutelculos de uso
de recursos en el sistema productivo
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Variable Fertilizantes Pesticidas Materiales Combustibles
Nombre Geneacuterico
Comercial
Tipo Mineral orgaacutenico o
enmienda
Insecticida fungicida
bactericida acaricida
herbicida adyuvante o
bioloacutegico
Madera acero plaacutestico
caucho entre otros Gasolina gas
electricidad carboacuten
Composicioacuten ()
Molecular (pej NO3- o
P2O5) y elemental (p ej
N o P)
Ingrediente activo (IA) P ej PVC polietileno
poliestireno NA
Presentacioacuten kg L bulto 50kg bulto25
kg etc L kg 250cc 500g etc Rollo caja kg lb etc Unidad seguacuten tipo
Costo
Seguacuten presentacioacuten
g o cc ($gFr) g o cc ($gPst) kg ($kgMtr) Seguacuten unidad
($UMCmb)
Los combustibles hacen referencia a las fuentes de energiacutea
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema productivo La
informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento individualmente
Variable SGL Descripcioacuten
Aacuterea experimental Localizacioacuten Loc Coordenadas geograacuteficas de la ubicacioacuten del experimento Altitud Alt Metros sobre el nivel delm mar
Tratamientos Trats Cantidad de tratamientos evaluados
Repeticiones Reps Cantidad de repeticiones por tratamiento
Unid Experimentales UE Cantidad de unidades experimentales UE = Trats Reps
Salario miacutenimo SMMV Valor del salario miacutenimo mensual vigente para el antildeo en el cual se realizoacute el estudio Valor de hora laborada $HLb Valor de la hora laborada $HLb = SMMV HLbM
Horas laboradas por diacutea HLbD Cantidad de horas establecidas legalmente de labor diaacuteria
Horas laboradas por mes HLbM Cantidad de horas establecidas legalmente de labor mensual Precio venta categoriacutea 1 $1Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad primera
Precio venta categoriacutea 2 $2Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad segunda
Precio venta categoriacutea 3 $3Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad tercera Precio venta categoriacutea 4 $4Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad cuarta
Tratamientos
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica para cada parcela o UE
146 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten
Tratamiento Trat Nombre o abreviacioacuten del tratamiento
Repeticioacuten Rep Nombre o abreviacioacuten de la repeticioacuten del tratamiento evaluado
Descripcioacuten Dscr Descripcioacuten del tratamiento significado de la abreviacioacuten
Aacuterea UE ArUE Aacuterea de cada UE en m2
Densidad Dsd plantas m-2
Siembra FcSbr Diacutea de la siembra o trasplante
Fin de ciclo FnCcl Fecha del final del ciclo de cultivo Es igual al diacutea de la uacuteltima cosecha
Tiempo de ciclo TmCcl Duracioacuten del ciclo de cultivo en diacuteas Fin de ciclo menos siembra
Inclinacioacuten terreno IncTrr Inclinacioacuten del terreno 1 - Plano (Pln) 2 - Inclinado (Inc) 3 - Muy inclinado (Min)
Tipo de produccioacuten TpPr 1 - Convencional 2 - Limpio (BPA) 3 - Orgaacutenico
Tipo de ensamble TpEs 1 - Suelo 2 - Sustrato 3 - Hidroponiacutea 4 - Aeroponiacutea
Tipo de riego TpRg 1 - Aspersioacuten 2 - Goteo 3 - Fertirrigacioacuten 4 - No utiliza
Tipo de cubierta TpCb 1 - Campo abierto 2 - Invernadero 3 - Techo plaacutestico
Tutorado Ttrd Usa tutorado Si - S No - N
Acolchado plaacutestico PCAl Usa acolchado plaacutestico Si - S No - N
Agua
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcAga Fecha en que se realizoacute la aplicacioacuten de agua ya sea para riego fertirrigacioacuten o MIP
Tipo TpAga Tipo de riego realizado 1 - Irrigacioacuten (solo agua) 2 - Fertirrigacioacuten (agua maacutes solucioacuten nutritiva) 3 - Foliar (aplicacioacuten de pesticidas o fertilizantes foliares)
Caudal Cdl Cantidad de agua (L) requerida para hacer un minuto de riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar (L min-1)
Tiempo TmAga Tiempo (h) utilizado en riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar
Cantidad CtAga Cantidad (L) de agua utilizada para el riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar en la UE CtAga (L m-2) = [(Cdl 60) TmAga] Aacuterea (m2) de la UE
Fertilizantes
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcFr Fecha de la fertilizacioacuten Si se mezcloacute maacutes de un fertilizante en la misma aplicacioacuten se debe registrar cada
producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtFr Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Soacutelida 2 - Fertirrigacioacuten 3 - Foliar
Tipo TpFr Tipo de fertilizante 1 - Mineral 2 - Orgaacutenico 3 - Enmienda
Producto PrFr Nombre geneacuterico o comercial del producto aplicado
Grado Grd Porcentaje () de los nutrientes incluidos en el fertilizante (como se reporta en el producto comercial)
Grado elemental GdElm
Porcentaje () del nutriente en forma elemental Cuando se presenta en forma molecular en el producto
comercial Por ejemplo un fertilizante reporta 15 de NO3 iquestcuaacutento N realmente contiene
GdElm (N) = [Grd(N) PM (N)] PM (NO3) = (15 14g) 60g = 35 de N PM = Peso molecular
Dosis fertilizante DsFr Dosis del fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
Dosis del elemento ElmFr Dosis del elemento en el fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
ElmFr = DsFr GdElm
Costo fertilizante $Fr Costo ($) de los g o cc del fertilizante aplicado por m2 $Fr = $gFr DsFr (a)
Costo elemento $Elm Costo ($) de la cantidad del elemento del fertilizante aplicado (ElmFr) por m2
$Elm = $Fr GrdElm
Pesticidas
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcPst Fecha de la aplicacioacuten del producto Si se mezcloacute maacutes de un producto en la misma aplicacioacuten se debe registrar
cada producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtPst Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Foliar 2 - Inyeccioacuten
Tipo TpPst Tipo de producto aplicado 1 - Insecticida 2 - Fungicida 3 - Bactericida 4 - acaricida 5 - Herbicida 6 -
Adyuvante 7 - Bioloacutegico
Ingrediente activo IA Nombre del ingrediente activo del producto aplicado
Producto PrPst Nombre comercial del producto aplicado
Porcentaje de IA IA Porcentaje () de IA presente en el producto aplicado
Grupo quiacutemico GqIA Grupo quiacutemico al que el IA del producto pertenece
Dosis producto DsPst Dosis del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
Dosis del IA IAPst Dosis del IA del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
IAPst = DsPst IA
Costo $Pst Costo ($) de la cantidad del producto aplicado (DsPst) por m2 $Pst = $gPst DsPst (a)
Costo $IA Costo ($) de la cantidad de IA del producto aplicado (IAPst) por m2
147 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten $IA = $Pst IA
Combustibles
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpCmb Tipo de combustible 1 - Gasolina 2 - Gas 3 - Electricidad 4 ndash Carboacuten
Producto PrCmb Nombre geneacuterico o comercial del combustible utilizado
Cantidad CtCmb Cantidad del combustible seguacuten unidad de medida por m-2
Costo $Cmb Costo ($) de la cantidad (seguacuten unidad) del combustible utilizado por m2 $Mtr = $UMCmb CtCmb (a)
Materiales
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpMtr Tipo de material 1 - Madera 2 - Acero 3 - Poliviniol cloruro 4 - Polietileno 5 - Poliestireno 6 - Caucho entre
otros
Producto PrMtr Nombre geneacuterico o comercial del material utilizado
Cantidad CtMtr Cantidad del material en kg m-2
Costo $Mtr Costo ($) de la cantidad (kg) del material utilizado por m2 $Mtr = $kgMtr CtMtr (a)
Fuerza laboral
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcLb Fecha de realizacioacuten de la labor
Actividad IDActLb Identificacioacuten de la actividad llevada a cabo con base en lo expuesto en (b)
Grado de esfuerzo de
labor GE Grado de esfuerzo de labor seguacuten la escala de esfuerzo de labor expuesta en (b)
Tiempo TmLb Horas dedicadas a la actividad por UE No son las horas utilizadas por persona sino el total de horas empleadas por el nuacutemero total de trabajadores que realizaron la actividad
Costo $Lb Costo ($) de la labor $Lb = $HLb TmLb
Cosecha
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcCos Fecha de la cosecha
Cosecha total TtCos Cantidad total cosechada (kg UE-1) en cada FcCos
Categoriacuteas total CatCos Cantidad de primera (1Cat) segunda (2Cat) etc recolectada (kg UE-1) en cada FcCos
Cosecha m2 m2Cos Cantidad total cosechada en kg m-2 m2Cos = TtCos ArUE
Categorias m2 m2Cat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg m-2 P ej m21Cat = 1CatCos ArUE
Cosecha hectaacuterea haCos Cantidad total cosechada en kg ha-1 haCos = m2Cos 10000
Categorias hectaacuterea haCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg ha-1 P ej ha1Cat = m21Cat 10000
Cosecha planta PltCos Cantidad cosechada en kg planta-1 PltCos = m2Cos Dsd
Categorias planta PltCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg planta-1 P ej Plt1Cat = m21Cat Dsd
Porcentaje categorias Cat Porcentaje cosechado de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat P ej 1Cat = (m21Cat m2Cos) 100
Venta $Cos Ingresos obtenidos por la venta del producto cosechado por hectaacuterea $Cos = ($1Cat ha1Cat) hellip + ($4Cat
ha4Cat)
SGL Sigla (a) Tabla 4-1 (b) Numeral 23 Tabla 2-18
Se construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada uno de
los tres experimentos expuestos en el Numeral 21 ExTom (Numeral 211) ExPtSp (Numeral
212) y ExPtRo (Numeral 213) A manera de ejemplo ilustrativo y debido a que la informacioacuten
es muy extensa en este apartado se muestran algunos datos de insumos y de campo para el
experimento ExTom (Numeral 211) Este ejemplo permite definir la forma de recoleccioacuten y
diligenciamiento de toda la informacioacuten recolectada en campo para cada experimento
Dependiendo del objetivo del estudio que se lleve a cabo se puede abordar el inventario de uno o
varios componentes del sistema con un mayor o menor grado de detalle En este trabajo el
objetivo de los experimentos ExTom y ExPtSp es hacer comparaciones entre tratamientos de
148 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fertilizacioacuten Los pesticidas materiales y combustibles utilizados fueron los mismos para todos los
tratamientos La informacioacuten de estos componentes se abordoacute de forma global principalmente para
hacer evaluaciones financieras
4142 Seleccioacuten de indicadores centrales
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS El cual divide los
indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemico) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
4143 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten ambiental
Dentro de la dimensioacuten ambiental se seleccionan indicadores que muestran el impacto del manejo
del suelo y del sistema de cultivo sobre el ecosistema como un todo es decir sobre la biota el
agua la atmoacutesfera los humanos y se hace eacutenfasis en el recurso suelo Con base en esto y de
acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos calidad del suelo relacioacuten
suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada atributo se
obtuvieron de las variables medidas en campo del inventario del sistema productivo (Numeral
4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment - LCA) que
permite cuantificar el impacto ambiental de los productos desde su origen como materia prima
hasta su final como residuo (Kucukvar et al 2014 Antoacuten 2004) Para el LCA se siguieron las
directrices de ISO 14040 (ISO 2006a b) a traveacutes de tres fases fase 1) inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) fase 2) medicioacuten del impacto ambiental (ISO 2006a) en esta fase
se evaluaron las diferentes entradas y salidas dentro de los efectos ambientales tambieacuten llamadas
ldquoCategoriacuteas de Impactordquo (en este estudio corresponden a indicadores) y fase 3) interpretacioacuten de
los resultados (ISO 2006b) Se utilizaron los meacutetodos de caracterizacioacuten basal de la CML (Guineacutee
et al 2004) Todos los consumos de recursos y las emisiones se refirieron a una unidad funcional
de masa de un kg de tomates comerciales frescos El liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue
desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de la granja es decir un LCA de cuna a
puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten Los procesos de fondo incluyeron la
149 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent
V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
Dentro de la dimensioacuten ambiental se evaluaron 10 indicadores crudos distribuidos en los atributos
calidad del suelo (SQSMAF SQSA SQWP y SQPCA) relacioacuten suelo-planta (S-Pr W-kg y N-kg)
relacioacuten suelo-agua (FWT MWT y EP) y relacioacuten suelo-Atmoacutesfera (AP GWD OLD) de los
cuales seis se estimaron mediante LCA (FWT MWT EP AP GWP y OLD) Los demaacutes
indicadores se midieron en laboratorio o fueron estimados mediante ecuaciones de acuerdo con lo
expuesto en la Tabla 4-3
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Calidad del suelo
Marco de referencia de
evaluacioacuten del manejo
del suelo
SQSMAF --- 0 - 1
Acorde a lo planeteado por Andrews (2004) Se evaluaron las propiedades pH CE P
CAD Da y CO Se asignoacute un puntaje a cada propiedad y unidad experimental usando los
algoriacutetmos de SMAF en una hoja de excel
Indicador de calidad del
suelo aditivo simple SQSA --- 0 - 1
Siguiendo el meacutetodo planteado por Amacher et al 2007 y evaluado por Mukherjee y Lal
(2014) SQSA se midioacute a partir de las propiedades pH CE CICE P AD CAD Da CO y
StockC
Indicador de calidad del
suelo aditivo ponderado SQWP --- 0 - 1
Acorde a lo planteado por Mukherjee y Lal (2014) Se evaluaron las mismas propiedades
de SQSA
Indicador de calidad del
suelo con PCA SQPCA --- 0 - 1
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se usa para crear un conjunto miacutenimo de
datos y evitar la redundancia de los datos Se llevoacute a cabo de acuerdo con lo expuesto por
Mukherjee y Lal (2014) con las mismas variables de SQSA
Relacioacuten suelo-planta
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr m2 kg-1 MNM
Ecuacioacuten 30
Consumo de agua por
kilogramo W-kg L kg-1 MNM
Ecuacioacuten 31
Consumo de nitroacutegeno por
kilogramo N-kg g kg-1 MNM
Ecuacioacuten 32
Relacioacuten suelo-agua
Toxicidad de agua dulce FWT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 33
Toxicidad marina MWT kg 14-DB eq MNM Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas acuaacuteticos fi n = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental
n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley 2003) Se estimoacute mediante LCA
Eutrofizacioacuten potencial EP kg PO43- eq MNM
Ecuacioacuten 34
S minus Pr = 1 m2
kg Producto
w minus kg =L agua aplicados mminus2
kg producidos mminus2
N minus kg = g N mminus2
kg Producto mminus2
F(M)WT = sum TAPin x fi n x mi
i n
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
150 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Doacutende vi = cantidad de moles de N o P en una moleacutecula del compuesto i M = masa
molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la degradacioacuten
de las algas Ae = cantidad de moles de N o P contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004) Se puede estimoacute mediante LCA
Relacioacuten suelo-Atmoacutesfera
Acidificacioacuten potencial AP kg SO2 eq MNM
Ecuacioacuten 35
Doacutende ηSO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que pueden ser potencialmente
producidos por un kg de substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2 (kg mol-
1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) (Heijungs et
al 2012) Se estimoacute mediante LCA
Potencial de calentamiento
global potencial GWP kg CO2 eq MNM
Ecuacioacuten 36
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la
concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3) y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen
en el denominador (Heijungs y Guineacutee 2012) Se estimoacute mediante LCA
Agotamiento de la capa de
ozono OLD kg CFC-11 eq MNM
Ecuacioacuten 37
Se expresa en unidades relativas al efecto que produce 1 kg de CFC-11 Expresa la
relacioacuten entre la descomposicioacuten del ozono (O3) en el estado de equilibrio debido a las emisiones anuales (δ[O3]) (flujo en kg antildeo-1) de una cantidad de una substancia (i) emitida
a la atmoacutesfera y la descomposicioacuten del ozono en estado de equilibrio debido a una cantidad
igual de CFC-11 (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
4144 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten social
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA De acuerdo con MSEAS se dio eacutenfasis a tres
aspectos sociales (atributos) seguridad alimentaria (Yd y PCat) generacioacuten de empleo (JA y JC) y
salud humana (ELB ELB(45) PO y HT) (Tabla 4-4) A excepcioacuten de PO y HT que se estimaron
mediante LCA los demaacutes indicadores se estimaron a partir de la informacioacuten del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141)
4145 Atributos e indicadores crudos de la dimensioacuten econoacutemica
De acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos egresos (VC y FC)
inversioacuten (IV) ingresos (GI y NI) y rentabilidad (NPV BC OIR IRR BPQ y BPP) (Tabla 4-5)
Los indicadores de cada atributo se estimaron a partir del inventario del sistema productivo
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi
OLD = sum (δ[O3]i
δ[O3]CFCminus11
) mi
i
151 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Numeral 4141) mediante un modelo empresarial en donde todos los procesos teacutecnicos
administrativos y de gestioacuten se caracterizaron por estar dentro de los paraacutemetros legales para el
gobierno colombiano (CCB 2019 DIAN 2019) Cada unidad experimental se evaluoacute como un
proyecto productivo independiente
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd Mg ha-1 MYM -----------------
Porcentaje de
primera
categoriacutea
PCat MYM
Ecuacioacuten 38
Doacutende PCat = Produccioacuten de primera categoriacutea (kg) del producto cosechado PTot = Produccioacuten total (kg)
Generacioacuten de empleo
Jornales por
ciclo por
hectaacuterea
JC jornal ciclo-1
ha-1 MNM -----------------
Jornales por
antildeo por
hectaacuterea
JA jornal antildeo-1
ha-1 MNM
Ecuacioacuten 39
Salud Humana Indicador de
esfuerzo de labor
ELB --- MNM
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador Alto y maacuteximo
esfuerzo de labor
ELB(45) MNM
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos
PO kg C2H4 eq MNM
Ecuacioacuten 40
Doacutende a = cambio en la concentracioacuten de ozono debido a un cambio en la emisioacuten de un
compuesto orgaacutenico volaacutetil (VOC) i b = emisioacuten del VOC i integrada en el tiempo considerado El denominador contiene estas mismas variables para el etileno (C2H4)
substancia de referencia (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Toxicidad
humana HT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 41
Doacutende HT = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad humana fi n = fraccioacuten de la
sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa
emitida de cada contaminante i (Antoacuten 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores culturales cosecha
entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de datos de entrada del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) De igual manera todos los costos variables
(material vegetal fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios
puacuteblicos salarios administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e
PCat = PCat
PTottimes 100
JA = JC X Ciclos por antildeo
PO = sum (
aibi
frasl
cC2H4
bC2H6frasl
) mi
i
HT = sum HTPin
in
times fin times mi
152 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
incluyeron en el anaacutelisis para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten
(Tabla 4-2)
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Egresos
Costos
variables VC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos variables
Costos fijos FC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos fijos
Inversioacuten
Inversioacuten IV $ ha-1 MNM Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos
Ingresos brutos GI $ ha-1 MYM ------------------
Ingresos netos NI $ ha-1 MYM
Ecuacioacuten 42
Rentabilidad
Valor presente
neto NPV $ MYM
Ecuacioacuten 43
Relacioacuten
beneficio costo BC $ MYM Ecuacioacuten 44
Tasa de intereacutes
de oportunidad OIR MYM
Ecuacioacuten 45
Tasa interna de retorno
IRR MYM Calculada a partir de la foacutermula para el NPV donde se asume que el NPV es igual a cero y que la variable a despejar es la tasa de intereacutes i
Punto de
equilibrio por cantidad
BPQ kg ha-1 MNM
Ecuacioacuten 46
Punto de
equilibrio por
precio
BPP $ kg-1 MNM Ecuacioacuten 47
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
El anaacutelisis se realizoacute a partir de la teacutecnica de evaluacioacuten de proyectos de inversioacuten (Acuntildea 2009)
asumiendo que la produccioacuten es constante para un aacuterea de cultivo de una hectaacuterea en cada unidad
experimental (proyecto) transformando los valores de cada variable del aacuterea de la unidad
experimental a una ha La evaluacioacuten consideroacute una tasa de impuestos del 33 (DIAN 2019) una
vida uacutetil de activos depreciables de 5 antildeos una tasa para los depoacutesitos a teacutermino fijo (DTF) del
4 una tasa de intereacutes del 12 para un preacutestamo solicitado a 2 antildeos y una tasa de inflacioacuten anual
del 3 para todos los tratamientos
La evaluacioacuten financiera se realizoacute de tal forma que el productor obtenga una rentabilidad deseada
del 21 Se definioacute a partir de experiencias praacutecticas en campo que indican que esta oscila entre
21 y 23 para proyectos agriacutecolas rentables
NI = GI minus (VC + FC)
NPV =FC1
(1 + i)1+
FC2
(1 + i)2+
FCn
(1 + i)nminus IV
BCfrasl =
GI
VC + FC
OIR = sum(
FC + VCGI
) i
n
n
i=1
BPQ = FC
PVU minus VCU
119861119875119875 = 119865119862
1 minus119881119862
119881119890119899119905119886119904 119879119900119905119886119897119890119904
153 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para cada dimensioacuten y atributo individualmente se hace el proceso de seleccioacuten de indicadores
buscando que cada atributo esteacute representado por un indicador
4146 Anaacutelisis estadiacutestico
Dos de los criterios de seleccioacuten dentro del meacutetodo de seleccioacuten de indicadores que se incluye en
MSEAS (Numeral 23) estaacuten asociados a anaacutelisis estadiacutesticos (correlacioacuten varianza y pruebas de
comparacioacuten) Los anaacutelisis se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019)
acorde con lo expuesto en el Numeral 2443
4147 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
De acuerdo con MSEAS se utilizoacute la teacutecnica de normalizacioacuten ldquodistancia desde el maacuteximordquo con
los valores de todos los indicadores normalizados en un rango adimensional (0-1) doacutende 0
representa el valor menos sostenible y 1 el maacutes sostenible (Ecuacioacuten 24 Numeral 3431)
El valor de los ponderadores se definioacute mediante anaacutelisis de componentes principales (PCA) con
la Ecuacioacuten 48 doacutende Wk = valor del ponderador λj = vector propio fj = porcentaje de
variabilidad total explicada por cada componente principal (PC) Se tuvo en cuenta hasta el PC
donde se alcanzoacute una variacioacuten acumulada mayor o igual al 90
119882119896 = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 48
A cada atributo le corresponde un Wk que es el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo
Para medir el iacutendice de sostenibilidad (IS) se utilizoacute el meacutetodo de producto de indicadores
ponderados cuya expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27 (Numeral 3433)
Con el fin de que el proceso de compensacioacuten solo se asumiera entre atributos no entre
dimensiones el proceso de agregacioacuten se realizoacute para cada dimensioacuten por separado Asiacute para
154 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estimar el IS que reuniera las tres dimensiones se asignoacute un ponderador de 033 a cada dimensioacuten
asumiendo que estas tienen el mismo grado de importancia (Van Asselt et al 2014)
Para corroborar lo encontrado en el proceso de simulacioacuten de los meacutetodos de agregacioacuten de
indicadores realizado en la construccioacuten de MSEAS (Numeral 3523) se estimaron los iacutendices
de sostenibilidad con los tres meacutetodos evaluados suma ponderada de indicadores producto de
indicadores ponderados y funcioacuten multicriterio
415 Resultados y discusioacuten
4151 Indicadores centrales seleccionados y definicioacuten del Conjunto
Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Como se muestra en la Tabla 4-7 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) trasparentes y estandarizados (TrEs) y especiacuteficamente interpretables (EsIn)
El cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten que sufrioacute el sistema al
aplicar los tratamientos Ademaacutes se basan en datos claramente definidos verificables y
cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y asequibles de modo
que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo salud humana de la
dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio de redundancia
(NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores estaacuten directa y
proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la dimensioacuten
econoacutemica (Tabla 4-7) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron un puntaje
de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y PCat
(Tabla 4-7 y Tabla 4-9)
En cuanto a los criterios no obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) se destaca que
ninguacuten indicador estaacute parametrizado (PrTz) Esto indica que la comparacioacuten entre tratamientos se
realiza dependiendo de si mayor o menor es mejor para cada indicador (Tabla 4-3 Tabla 4-4 y
Tabla 4-5)
155 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 034 067 078 04 30 30 10
SQSA 034 077 064 04 30 30 10 071
SQW 067 077 093 02 20 20 07 071
SQPCA 078 064 093 02 20 20 07 071
Slo-Plt
LU 100 054 02 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 054 02 20 20 07 ϯ 053
N-kg 054 054 05 30 30 10 054
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 018 08 20 20 10 ϯ 067
PCat 018 08 20 20 10 ϯ
G Epl JC --- --- --- 10 067
S Hm
ELB 090 031 031 05 30 30 10 057
ELB(45) 090 071 071 02 10 10 03
PO 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 087 01 10 10 10 ϯ 071
FC 087 01 10 10 10 ϯ 063
Invr IV --- --- --- 10 058
Ingr GI 100 00 10 10 10 ϯ
NI 100 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 072
NPV 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 064
ORO 100 100 100 097 098 00 10 10 10
IRR 100 100 100 097 097 00 10 10 10 064
BPQ 096 096 097 097 100 00 10 10 10 056
BPP 097 097 098 097 100 00 10 10 10 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) se encontroacute que en la dimensioacuten ambiental existen
correlaciones muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten
suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten suelo-planta ocurre lo mismo para
todos los indicadores a excepcioacuten de N-kg que no presenta una correlacioacuten significativa con los
demaacutes indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-6) Esto tiene sentido
156 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluados lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde la base para la obtencioacuten de los
indicadores son los ingresos y los egresos (Tabla 4-5)
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
SQPCA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 068
W-kg 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 06 032 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 064
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 5 09 045 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 077
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 0 0 03 005 2 0 1 0 06 012 10 010 077
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 5 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 5 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 03 003 000
PO 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 07 007 068
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 4 09 045 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 068
Ingr GI 2 1 1 1 0 3 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 10 010 082
NPV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 3 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 000
IRR 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 10 010 074
BPQ 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
BPP 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
157 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 4-7 el conjunto miacutenimo de indicadores
(CMI) de la dimensioacuten ambiental estaacute compuesto por los indicadores centrales SQSA (del atributo
calidad de suelo) S-Pr (del atributo relacioacuten suelo-planta) EP (del atributo relacioacuten suelo-agua) y
GWP (del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073 puntos respectivamente
El CMI de la dimensioacuten social lo componen los indicadores centrales Yd (del atributo seguridad
alimentaria) JC (del atributo generacioacuten de empleo) y HT (del atributo salud humana) con 091
077 y 068 puntos respectivamente En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el CMI se compone de
los indicadores centrales VC (del atributo egresos) INV (del atributo inversioacuten) NI (del atributo
ingresos) y BC (del atributo rentabilidad) con 081 077 091 y 091 puntos respectivamente
(Tabla 4-7)
4152 Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad (IS)
Ponderacioacuten
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente para las dimensiones ambiental y social
(Tabla 4-8) lo que indica que todos los atributos de estas dos dimensiones generaron el mismo
peso sobre la sostenibilidad del sistema En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el atributo egresos
ejerce un menor peso en la dimensioacuten y por ende en la sostenibilidad (Tabla 4-8)
PCA es un meacutetodo que asigna los ponderadores a los atributos de manera objetiva (Rossi et al
2009) lo cual es una ventaja a la escala de evaluacioacuten geograacutefica que maneja MSEAS (parcela o
unidad experimental) A esta escala las tres dimensiones de la sostenibilidad estaacuten regidas por las
actividades agriacutecolas maacutes que por las poliacuteticas gubernamentales Con otras teacutecnicas de asignacioacuten
de ponderadores tales como toma de decisioacuten multicriterio (MCDM) o proceso jeraacuterquico
analiacutetico (AJP) en donde los ponderadores son asignados a partir de la opinioacuten de expertos el
componente social cobra mayor relevancia al tiempo que se incrementa la subjetividad del anaacutelisis
(Goacutemez y Riesgo 2009)
158 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1643 0548 0003 1330 1051 0355 1455 0940 0002
Variabilidad () 0900 0100 0000 0590 0368 0042 0706 0294 0000
Var Acumulada () 0900 1000 1000 0590 0958 1000 0706 1000 1000
pcj () 100 62 38 100
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0479 -0597 0644 0229 023
Suelo-Planta 0453 0796 0401 0205 021
Suelo-Agua 0532 -0071 -0461 0283 028
Suelo-Atmosfera 0532 -0070 -0460 0283 028
Social
Seg Alimentaria -0698 0272 0662 0488 0074 0300 0028 033
Generacioacuten empleo 0054 0942 -0330 0003 0888 0002 0341 034
Salud humana 0714 0195 0673 0509 0038 0313 0015 034
Econoacutemica
Egresos 0254 -0956 0144 0065 006
Inversioacuten 0540 0017 -0841 0292 029
Ingresos 0568 0202 0367 0322 032
Rentabilidad 0567 0211 0369 0321 032
Comparacioacuten entre tratamientos
Como se aprecia en la Tabla 4-9 el tratamiento ChC presenta los mejores resultados para los
indicadores centrales de todas las dimensiones a excepcioacuten de los indicadores del atributo calidad
del suelo En el otro extremo a excepcioacuten de los indicadores de calidad de suelo y generacioacuten de
empleo (jornales por ciclo - JC) el tratamiento OrC presenta los valores maacutes bajos Esto se debe a
que OrC tiene los menores ingresos (NI) en concordancia con su menor rendimiento (Yd) que
ademaacutes influye directamente en el impacto ambiental LCA utiliza como unidad funcional un kg de
tomate fresco es decir cuanto maacutes insumo se utilice para producir un kg de tomate mayor
impacto ambiental se va a generar Esto mismo ocurre con la cantidad de agua necesaria para
producir un kg de tomate (W-kg) pues a pesar de que se aplicoacute la misma cantidad de agua a todas
las unidades experimentales OrC presenta el mayor consumo por kg debido a su menor
produccioacuten (Tabla 4-9) Para establecer la programacioacuten de riegos se tuvo en cuenta el
requerimiento hiacutedrico del cultivo Con base en las propiedades fiacutesicas del suelo y las caracteriacutesticas
fisioloacutegicas de la planta este fue el mismo para todas las unidades experimentales Por otro lado
OrC tambieacuten necesita mayor aacuterea (S-Pr) que ChC para producir la misma cantidad de tomate
159 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 086 a 089 a 088 a 087 a 089 a
SQSA 050 b 069 a 046 b 054 ab 058 ab
SQWP 081 b 087 a 082 b 083 ab 084 ab
SQPCA 058 b 067 a 061 ab 059 ab 064 ab
Rel suelo-planta
LU 0047 a 0053 b 0046 a 0048 a 0048 a
W-kg 3857 a 4350 b 3750 a 3936 a 3919 a
N-kg 174 c 108 a 150 b 138 b 117 a
Rel suelo-agua
FWT 32E-02 a 27E-01 e 80E-02 b 14E-01 c 19E-01 d
MWT 12E+01 a 10E+02 e 31E+01 b 53E+01 c 73E+01 d
EP 26E-04 a 22E-03 e 67E-04 b 11E-03 c 16E-03 d
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 17E-02 a 14E-01 e 42E-02 b 71E-02 c 98E-02 d
GWP 57E-02 a 47E-01 e 14E-01 b 24E-01 c 33E-01 d
OLD 42E-07 a 35E-06 e 11E-06 b 18E-06 c 25E-06 d
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 2116 a 1878 b 2178 a 2073 a 2083 a
PCat 0377 a 0386 a 0390 a 0383 a 0380 a
Generacioacuten Empleo JC 16103 a 16273 b 16442 e 16391 d 16357 c
Salud Humana
ELB 28438 a 28457 d 28462 a 28456 c 28444 b
ELB(45) 01880 e 01838 a 01846 b 01849 c 01859 d
PO 583E-06 a 487E-05 e 147E-05 b 250E-05 c 344E-05 d
HT 023 a 191 e 058 b 098 c 135 d
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 1394 a 1401 b 1411 c 1406 b 1398 b
FC 607 a 607 a 608 c 608 bc 607 ab
Inversioacuten IV 16809 a 16794 b 16824 a 16806 a 16815 a
Ingresos GI 25519 a 22856 b 26543 a 24855 ab 25231 ab
NI 5511 a 2774 b 6351 a 4719 ab 5176 ab
Rentabilidad
BC 118 a 105 b 122 a 114 ab 116 ab
NPV 10836 a 4665 b 12729 a 9050 ab 10081 ab
ORO 022 a 012 b 024 a 019 ab 020 a
IRR 087 a 049 b 099 a 076 ab 083 ab
BPQ 240745 a 276947 b 237501 a 248318 a 244828 a
BPP 64471 a 72796 b 63157 a 66227 a 65456 a
A pesar de mostrar los resultados de sostenibilidad mas bajos para el atributo calidad de suelo y de
ser el uacutenico tratamiento al que no le aplicaron abonos orgaacutenicos ChC sobresale en la dimensioacuten
ambiental En cuanto a esto se observa una tendencia a aumentar el impacto ambiental (EP y
GWP) a medida que se incrementa la cantidad de abono orgaacutenico aplicado (gallinaza) en este
orden OrC gt Mx3 gt Mx2 gt Mx1 gt ChC Estos resultados concuerdan con lo reportado por Bojacaacute
et al (2014) quienes hallaron que la fertilizacioacuten es la actividad agriacutecola que genera el mayor
impacto ambiental negativo (sin tener en cuenta la infraestructura) La gallinaza es el precursor de
este resultado para la mayoriacutea de las categoriacuteas de impacto evaluadas en su estudio sobre el
impacto ambiental del cultivo de tomate bajo invernadero en Colombia Esto se debe a que la
160 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
gallinaza por su alto contenido de N se asocia con altos niveles de lixiviacioacuten y emisiones de N
(Bergstroumlm y Kirchmann 2010 Hayakawa et al 2009)
Con respecto al rendimiento (Yd) OrC fue el uacutenico tratamiento que mostroacute diferencias
significativas pues obtuvo la menor produccioacuten Los demaacutes tratamientos no presentaron
diferencias significativas entre ellos (Tabla 4-9) En cuanto a la cantidad de jornales (JC) el
anaacutelisis se puede hacer desde dos puntos de vista el del productor (duentildeo del cultivo) y el de los
operarios Si se hace desde el productor es maacutes conveniente una menor cantidad de jornales
mientras que para los operarios hay un mayor beneficio mientras maacutes jornales requiere el cultivo
Para este estudio de caso el anaacutelisis se hizo desde el punto de vista del productor pues un mayor
nuacutemero de jornales implica un mayor costo de produccioacuten lo que puede afectar por si solo la
sostenibilidad del sistema Con base en esto se puede apreciar que el mejor tratamiento es ChC
debido a que requiere un menor nuacutemero de jornales Esto tiene que ver con la cantidad de
fertilizantes utilizados ya que al aplicar en presiembra uacutenicamente fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica no abonos orgaacutenicos se requiere un menor nuacutemero de jornales
Cuando se aplican abonos orgaacutenicos se requiere una mayor cantidad de este tipo de materiales para
lograr un resultado similar al obtenido con los fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Esto se relaciona
con el indicador de esfuerzo de labor (ELB) doacutende el mayor valor lo presentoacute OrC debido a que a
las unidades experimentales de este tratamiento se les aplicaron una gran cantidad de abonos
orgaacutenicos cuya labor incluye dos actividades fertilizacioacuten edaacutefica manual (GI = 3) y cargue y
descargue de bultos de abonos y fertilizantes (GI = 5) (Numeral 23) Por el contrario ChC fue el
tratamiento que menos abonos aplicoacute manualmente por lo que presenta el menor ELB El
tratamiento ChC genera la menor cantidad de toxicidad humana (HT) debido al menor uso de
gallinaza Mientras que el tratamiento OrC al ser el que utiliza la mayor cantidad de esta
enmienda genera la mayor HT (Tabla 4-9)
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Como se aprecia en la Figura 4-1 el tratamiento ChC presenta el mayor iacutendice de sostenibilidad
econoacutemica Esto se debe a la relacioacuten entre Yd VC y NI (Tabla 4-9) Lo contrario ocurre con el
tratamiento OrC el cual presenta el iacutendice maacutes bajo (Figura 4-1) al incurrir en mayores costos
con menores ingresos (Tabla 4-9) Una situacioacuten similar ocurre con las dimensiones ambiental y
161 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
social pues ChC es el tratamiento maacutes sostenible mientras que OrC es el menos sostenible
(Figura 4-1)
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
(ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Analizando en conjunto las tres dimensiones de la sostenibilidad se corrobora que el tratamiento
ChC muestra el mayor IS seguido de Mx1 pues para todos los iacutendices evaluados (IS-ambiental
IS-social e IS-econoacutemico) estos dos tratamientos se ubican en los lugares maacutes altos de
sostenibilidad (Figura 4-1) En este estudio de caso a medida que se incrementa el aporte de
gallinaza la sostenibilidad del sistema de produccioacuten disminuye en este sentido ChC gt Mx1 gt
Mx2 gt Mx3 gt OrC Esto puede deberse a que el umbral de medicioacuten es muy corto para apreciar las
ventajas de la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos en el suelo y el ecosistema en general Peltre et al
(2012) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto de la aplicacioacuten de
enmiendas orgaacutenicas son evidentes a largo plazo Otro factor puede ser el hecho de que la gallinaza
se utilizoacute para reemplazar porcentualmente la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica es decir
se utilizoacute como fertilizante no como enmienda Comparado con los fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuyos nutrientes estaacuten disponibles inmediatamente para la planta la gallinaza tiene una
menor accioacuten fertilizante
a
e
b
cd
a
e
b
cd
a
b
aab
aba
d
b
cc
00
02
04
06
08
10
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
162 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En este estudio de caso no se asociaron umbrales a los indicadores ambientales seleccionados por
lo que la definicioacuten del nivel de sostenibilidad se realizoacute a partir de la comparacioacuten entre los
tratamientos evaluados Esta simple comparacioacuten limita el anaacutelisis pues sobre todo para la
dimensioacuten ambiental podriacutea presentarse el caso hipoteacutetico de que en la realidad todos los
tratamientos tengan un impacto ambiental negativo pero la variacioacuten estadiacutesticamente significativa
obliga a la asignacioacuten de niveles (ponderadores) diferenciales de sostenibilidad entre tratamientos
cuando en realidad todos deberiacutean ser calificados como insostenibles ambientalmente Esta
situacioacuten se debe a que en el mundo la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo estaacuten
escasamente parametrizadas debido a la definicioacuten difusa de la calidad del suelo acentuada por la
dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad espacial (de Paul Obade y
Lal 2016)
Comprobacioacuten de ISs
A pesar de que ChC obtuvo el mayor puntaje con todos los iacutendices de sostenibilidad los resultados
variaron notablemente entre iacutendices ISS e ISλ100 (compensacioacuten total) presentaron valores
ideacutenticos y muy cercanos a ISP que se iban haciendo diferentes a ISλ075 ISλ050 ISλ025 a medida
que disminuiacutea el grado de compensacioacuten parcial hasta llegar a ISλ000 que siempre presentoacute los
valores maacutes bajos de sostenibilidad (compensacioacuten nula) (Tabla 4-10) Con base en estos
resultados y a los mostrados en el desarrollo de MSEAS (Numeral 3523) se considera que la
teacutecnica de producto de indicadores ponderados (Ecuacioacuten 27 Numeral 3433) es la que mejor
representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la que mejor se ajusta a
los requerimientos de la metodologiacutea propuesta debido a que en la misma ecuacioacuten se representa
la compensacioacuten parcial total y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa (asymp 1) o se disminuye (asymp 0)
lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) Esto implica
que indicadores (atributos) que tienen un gran peso es decir un ponderador (Wk) alto generan un
alto grado de compensacioacuten pero si algun indicador o atributo obtiene un Ik = 0 que indicariacutea que
estaacute por fuera del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute
insostenible
163 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados
IS ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
ISS 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
ISP 096 a 029 e 057 b 042 c 035 d
ISλ000 019 a 003 e 011 b 006 c 005 d
ISλ025 038 a 014 e 024 b 018 c 016 d
ISλ050 058 a 025 d 037 b 030 c 028 cd
ISλ075 077 a 036 d 050 b 042 c 039 cd
ISλ100 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
Dimensioacuten social
ISS 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
ISP 097 a 046 e 072 b 059 c 054 d
ISλ000 031 a 004 e 013 b 008 c 005 d
ISλ025 048 a 019 e 029 b 023 c 021 d
ISλ050 064 a 034 d 045 b 039 c 037 c
ISλ075 081 a 050 d 062 b 055 c 053 c
ISλ100 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
Dimensioacuten econoacutemica
ISS 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
ISP 091 a 069 b 096 a 086 ab 089 ab
ISλ000 006 a 006 a 006 a 006 a 006 a
ISλ025 028 a 024 b 029 a 027 ab 027 ab
ISλ050 049 a 041 b 051 a 047 ab 048 ab
ISλ075 070 a 058 b 074 a 067 ab 069 ab
ISλ100 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
Total
ISS 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
ISP 095 a 045 d 073 b 060 c 055 c
ISλ000 016 a 004 e 010 b 007 c 005 d
ISλ025 037 a 019 d 027 b 022 c 021 c
ISλ050 057 a 033 d 044 b 038 c 037 c
ISλ075 076 a 047 d 061 b 054 c 052 c
ISλ100 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
416 Conclusiones
En este estudio si se tuviera en cuenta solamente el rendimiento como indicador para designar el
mejor tratamiento se podriacutea afirmar que a excepcioacuten de aquel donde se aplicaron solamente
abonos orgaacutenicos y enmiendas como fertilizacioacuten en presiembra todos los demaacutes son
recomendables en campo pues el rendimiento que generaron no mostroacute diferencias significativas
164 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Sin embargo cuando se hace el anaacutelisis de la sostenibilidad para cada dimensioacuten e integralmente
se pueden apreciar diferencias entre todos los tratamientos siendo maacutes sostenible aquel en el que
no se mezclan fertilizantes de siacutentesis quiacutemica con abonos orgaacutenicos Asiacute mismo el tratamiento
cuya fertilizacioacuten solo utilizoacute abonos orgaacutenicos basados en gallinaza generoacute la menor
sostenibilidad del sistema productivo Esta respuesta se deriva no solo de sus menores indicadores
econoacutemicos sino de su mayor impacto ambiental generado por el uso de gallinaza
165 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la
sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de caso
en Mosquera Colombia
421 Resumen
La papa es el principal alimento no cereal en el mundo con una produccioacuten de maacutes de 487
millones de toneladas anuales Este cultivo se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y
por su alto uso de insumos lo que lo asocia con problemas de degradacioacuten y contaminacioacuten de
suelos Para contrarrestar este efecto nocivo la praacutectica de rotacioacuten de cultivos se muestra como
una de las maacutes promisorias Con base en esto se establecioacute un estudio en el que se evaluoacute la
sostenibilidad de tres esquemas de rotacioacuten (tratamientos) Papa ndash Arveja ndash Papa (PaArPa) Papa ndash
Avena ndash Arveja (PaAvAr) y Papa ndash Papa ndash Avena (PaPaAv) Para determinar la sostenibilidad de
los tres tratamientos se utilizoacute la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS) Se encontroacute que ambiental y
econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaAvAr lo es
socialmente Al equilibrar las tres dimensiones PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible con IS =
085 y en el otro extremo se encuentra PaArPa con IS = 064 El uso de MSEAS en este estudio
permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena genera un menor impacto ambiental
negativo una mayor equidad social y un mayor retorno econoacutemico para el productor
Palabras clave MSEAS papa rotacioacuten de cultivos sostenibilidad agriacutecola LCA
422 Abstract
Potato is the leading non-cereal food globally with an annual production of more than 487 million
tons This crop is characterized by its production in hillside areas and by its high consumption of
inputs which associates it with problems of soil degradation and contamination Crop-rotation is
shown to be one of the most promising strategies to counteract this harmful effect Based on this a
study was established in which the sustainability of three rotation schemes (treatments) was
evaluated Potato-Pea-Potato (PaArPa) Potato-Oat-Pea (PaAvAr) and Potato-Potato-Oat
(PaPaAv) The sustainability evaluation methodology oriented to agricultural experiments
166 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
associated with soil management (MSEAS) was used to determine the three treatments
sustainability It was found that environmentally and economically PaPaAv is the most
sustainable treatment while PaAvAr is socially sustainable Balancing the three dimensions
PaPaAv is the most sustainable treatment with IS = 085 and at the other extreme is PaArPa with
IS = 064 The use of MSEAS in this study made it possible to define that the Potato-Potato-Oat
rotation sequence generates a lower negative environmental impact higher social equity and a
higher economic return for the farmer
Key words potato crop rotation agricultural sustainability LCA
423 Introduccioacuten
La papa (Solanum tuberosum) se clasifica como el principal producto no cereal en el sistema
alimentario mundial (FAO 2009) con un aacuterea de produccioacuten superior a 25 millones de ha y una
produccioacuten por encima de los 487 millones de Mg en 2017 (FAOSTAT 2019) Al igual que en la
mayoriacutea de los paiacuteses del mundo en Colombia la papa es uno de los principales cultivos con
94130 ha (Agronet 2019) Este se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y por el alto
uso de insumos principalmente fertilizantes lo que lo hace ser reconocido por su contribucioacuten a
los problemas de erosioacuten y de contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas superficiales y subterraacuteneas
(Yang et al 2009 Rees et al 2011) Aunque el cultivo continuo de papa puede proporcionar
beneficios econoacutemicos a los productores debido a la mayor rentabilidad en relacioacuten con otros
cultivos la naturaleza intensiva de los sistemas actuales de produccioacuten de papa puede tener efectos
perjudiciales incluida la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes y plaguicidas (Zegada-Lizarazu y
Monti 2011) erosioacuten (Kachanoski y Carter 1999) y reduccioacuten de la calidad del suelo (Nelson et
al 2009)
Desde organizaciones privadas y estatales se han llevado a cabo durante las uacuteltimas deacutecadas una
considerable cantidad de investigaciones para contrarrestar el efecto nocivo que ocasiona el mal
manejo del cultivo de papa Dentro de esas iniciativas la rotacioacuten de cultivos se muestra como una
de las maacutes promisorias pues se ha ido adaptando y utilizando por los productores de papa en las
regiones productoras maacutes importantes de Colombia y en el mundo (Liu et al 2019 Liang et al
2019) Se ha evidenciado que la rotacioacuten de cultivos tiene muacuteltiples efectos en el medio ambiente
incluido la optimizacioacuten del uso de energiacutea el mantenimiento de la calidad del agua superficial al
reducir la escorrentiacutea y la erosioacuten del suelo el mantenimiento de la calidad del agua subterraacutenea al
167 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
reducir la lixiviacioacuten de nutrientes y el mantenimiento de la calidad del suelo al conservar la
dinaacutemica de las comunidades microbianas (Liang et al 2019 Larkin y Honeycutt 2006
Khakbazan et al 2019) Generalmente en los estudios de rotacioacuten ademaacutes de evaluar el efecto
que esta tiene en el rendimiento del cultivo tambieacuten se evaluacutea la dinaacutemica de las propiedades del
suelo a lo largo del tiempo (He et al 2012 Wszelaczynska et al 2014 Vakhnyi et al 2018
Shibabaw et al 2018)
Muchos agricultores se enfocan en un solo cultivo a lo largo de su actividad agriacutecola El caso de la
papa es uno de los maacutes representativos en Colombia En las uacuteltimas deacutecadas las praacutecticas de
rotacioacuten se han extendido entre estos agricultores a tal punto que se ha generalizado el concepto
de no repetir maacutes de dos ciclos de papa en un mismo lugar Para asegurar que la secuencia de
rotacioacuten genere oacuteptimos resultados es necesario definir la estrategia de rotacioacuten que se adapte
mejor tanto a las condiciones agroecoloacutegicas de la regioacuten como a las condiciones particulares de
los productores No todas las combinaciones de cultivos y manejos dentro de la secuencia de
rotacioacuten tienen los mismos resultados (Liu et al 2019) A pesar de las bondades ambientales que
genera la rotacioacuten de cultivos no son ampliamente adoptadas debido a que los productores pueden
obtener ingresos menores a los obtenidos con el monocultivo (Liu et al 2019) En ese sentido si
se quiere determinar cuaacutel es la estrategia de produccioacuten que genera el menor impacto ambiental
negativo promoviendo al mismo tiempo mayores retornos econoacutemicos y una mayor equidad
social es necesario evaluar las nuevas estrategias de produccioacuten desde el enfoque de la
sostenibilidad
Con base en lo anterior el objetivo del presente estudio fue utilizar Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS)
para conocer cuaacutel o cuaacuteles secuencias de rotacioacuten con papa generan la mayor sostenibilidad del
sistema de produccioacuten
424 Materiales y Meacutetodos
4241 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 213 ExPtRot
168 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
4242 Uso de MSEAS
La evaluacioacuten de la sostenibilidad de las tres secuencias de rotacioacuten se llevoacute a cabo con la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) De acuerdo con los paraacutemetros establecidos en MSEAS despueacutes del desarrollo
del experimento se hace el manejo de atributos e indicadores y se construye el iacutendice de
sostenibilidad (IS) (Numeral 3)
Acorde con lo expuesto en MSEAS (Numeral 3511) en la dimensioacuten ambiental se evaluaron
cuatro atributos cada uno con un nuacutemero variable de indicadores 1) Calidad del suelo con cuatro
indicadores marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador de
calidad del suelo aditivo simple (SQSA) indicador de calidad del suelo aditivo ponderado (SQW) e
indicador de calidad del suelo con PCA (SQPCA) (ver Numeral 22) 2) Relacioacuten suelo-planta con
tres indicadores relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) consumo de agua por kg producido (W-kg) y
consumo de nitroacutegeno por kg producido (N-kg) (Tabla 4-3) 3) Relacioacuten suelo-agua con tres
indicadores toxicidad de agua dulce (FWT) toxicidad de agua marina (MWT) y eutrofizacioacuten
(EP) (Tabla 4-3) y 4) Relacioacuten suelo-atmoacutesfera con tres indicadores acidificacioacuten potencial (AP)
potencial de calentamiento global (GWP) y agotamiento de la capa de ozono (OLD) (Tabla 4-3)
Los indicadores de la dimensioacuten ambiental se obtuvieron de las variables medidas en campo del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo
de Vida (Life Cycle Assessment ndash LCA Todos los consumos de recursos y las emisiones se
refirieron a una unidad funcional de masa de un kg de papa avena o arveja comercial en fresco El
liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de
la granja es decir un LCA de cuna a puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten En
este estudio la arveja no se tutoroacute por ende no se tuvo en cuenta la infraestructura como
subsistema Los procesos de fondo incluyeron la produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su
produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
169 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA Se dio eacutenfasis a tres aspectos sociales
(atributos) 1) Seguridad alimentaria con dos indicadores rendimiento (Yd) y porcentaje de
produccioacuten de primera categoriacutea (PCat) 2) Generacioacuten de empleo con dos indicadores jornales
por ciclo por hectaacuterea (JC) y jornales por antildeo por hectaacuterea (JA) y 3) Salud humana con cuatro
indicadores indicador de esfuerzo de labor (ELB) alto (G4) y maacuteximo (G5) esfuerzo de labor
(ELB(45)) oxidacioacuten fotoquiacutemica (PO) y toxicidad humana (HT)
Los indicadores rendimiento (Yd) y calidad (PCat) se calcularon asiacute Papa pesando y clasificando
todos los tubeacuterculos cosechados (20 ndash 24 semanas dds) de 10 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Arveja pesando todas las vainas de 20 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Se realizaron entre dos y tres cosechas al finalizar el llenado de vainas (14 ndash
17 semanas dds) Avena pesando todas las plantas cortadas de cuatro plantillas cuadradas de 05
m2 obtenidas del aacuterea central de cada unidad experimental al finalizar el periodo vegetativo (9 ndash
10 semanas dds) Los meacutetodos de medicioacuten de los demaacutes indicadores se pueden apreciar en la
Tabla 4-4
Los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica se obtuvieron del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores
culturales cosecha entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de
datos de entrada (Tabla 4-2) De igual manera todos los costos variables (material vegetal
fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios puacuteblicos salarios
administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e incluyeron en el anaacutelisis
para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten (Tabla 4-2)
Para la dimensioacuten econoacutemica se establecieron cuatro atributos cuyos meacutetodos de caacutelculo se
presentan en la Tabla 4-5 1) Egresos con dos indicadores costos variables (VC) y costos fijos
(FC) 2) Inversioacuten con un indicador (IV) 3) Ingresos con dos indicadores ingresos brutos (GI) e
ingresos netos (NI) y 4) Rentabilidad con seis indicadores relacioacuten beneficio costo (BC) valor
presente neto (VPN) tasa de intereacutes de oportunidad (OIR) tasa interna de retorno (TIR) punto de
equilibrio por cantidad (BPQ) y punto de equilibrio por precio (BPP)
170 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS Este meacutetodo divide
los indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemica) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
425 Resultados y discusioacuten
4251 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores
centrales seleccionados
Como se muestra en la Tabla 4-11 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) especiacuteficamente interpretables (EsIn) y son transparentes y estandarizados
(TrEs) Esto sugiere que el cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten
que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos y que estos se basan en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo
salud humana de la dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio
de redundancia (NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores esteacuten
directa y proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la
dimensioacuten econoacutemica (Tabla 4-11) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron
un puntaje de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y
SQPCA (Tabla 4-11)
171 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 091
SQPCA 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 000
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 081
W-kg 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 1 09 043 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 078
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 1 09 043 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 091
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 2 0 1 0 06 012 10 010 081
JA 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 2 1 05 011 2 0 1 0 06 012 10 010 083
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 1 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 000
PO 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 10 010 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 077
Ingr GI 2 1 1 1 0 1 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 04 004 085
NPV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 1 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 000
IRR 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 04 004 077
BPQ 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 079
BPP 2 1 1 1 1 0 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 064
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) en la dimensioacuten ambiental existen correlaciones
muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera Lo mismo se evidencia para todos los indicadores del atributo relacioacuten
suelo-planta a excepcioacuten de N-kg el cual no presenta una correlacioacuten significativa con los demaacutes
indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
172 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-12) Esto tiene sentido
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluadas lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde los ingresos y los egresos son la
base para la obtencioacuten de los indicadores (Tabla 4-12)
De acuerdo con los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 4-11 el CMI estaacute compuesto en la
dimensioacuten ambiental por los indicadores SQW (atributo calidad del suelo) S-Pr (relacioacuten suelo-
planta) EP (relacioacuten suelo-agua) y GWP (relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073
puntos respectivamente En la dimensioacuten social por los indicadores Yd (seguridad alimentaria) JA
(generacioacuten de empleo) y HT (salud humana) con 091 083 y 071 puntos respectivamente
(Tabla 4-11) En la dimensioacuten econoacutemica por los indicadores VC (Egresos) INV (Inversioacuten) NI
(Ingresos) y BC (Rentabilidad) con 081 077 081 y 085 puntos respectivamente
4252 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
Comparacioacuten entre tratamientos
No hay un tratamiento que sobresalga en las tres dimensiones de la sostenibilidad ni en todos los
atributos de cada dimensioacuten En cuanto a la dimensioacuten ambiental PaPaAv presenta los mejores
resultados para los atributos calidad de suelo (junto con PaAvAr) y relacioacuten suelo-planta
representados por los indicadores SQSA y S-Pr PaPaAv genera un mayor rendimiento (Yd
atributo seguridad alimentaria) lo que sugiere un mejor uso de la tierra (S-Pr) y del agua (W-kg)
(Tabla 4-13) PaAvAr requiere una menor cantidad de insumos debido a que la avena no se
fertiliza Los agricultores asumen que la cantidad de nutrientes que queda como reserva despueacutes de
las dos fertilizaciones al cultivo de papa es suficiente para producir un ciclo de avena
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad medio (053) seguacuten el
indicador SQSA En trabajos donde los suelos son de baja fertilidad los cambios en las
caracteriacutesticas del suelo por efecto de los esquemas de rotacioacuten son notables (p ej Shibabaw et
al 2018 Sparrow 2015 Sharifi et al 2014) Sin embargo He et al (2012) Muthoni y Kabira
(2010) y Nyiraneza et al (2015) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por
173 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
efecto de la rotacioacuten de cultivos son evidentes a largo plazo En este trabajo se evaluaron tres
ciclos de cultivo (aproximadamente dos antildeos de evaluacioacuten) lo cual sugiere que el indicador de
calidad de suelo seleccionado es susceptible a la perturbacioacuten del suelo en el mediano plazo
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 037 053 064 05 40 40 10
SQSA 037 063 066 04 40 40 10 071
SQW 053 063 069 04 40 40 10 081
SQPCA 064 066 069 03 40 40 10
Slo-Plt
LU 078 016 05 20 20 07 075
W-kg 078 049 04 20 20 07 067
N-kg 016 049 07 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 052
Dimensioacuten social
Yd PCat JC JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 034 07 20 20 10 ϯ 081
PCat 034 07 20 20 10 ϯ 059
G Epl JC 100 00 10 10 10 ϯ 071
JA 100 00 10 10 10 ϯ 073
S Hm
ELB 099 021 021 05 30 30 10 057
ELB(45) 099 007 007 06 30 30 10
PO 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 059
HT 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 051 05 20 20 10 ϯ 071
FC 051 05 20 20 10 ϯ 067
Invr IV --- --- --- 10 067
Ingr GI 098 00 10 10 10 ϯ
NI 098 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 098 100 097 005 071 03 20 20 04 081
NPV 098 098 092 013 057 03 30 30 06 073
ORO 100 098 096 004 071 03 20 20 04
IRR 097 092 096 027 084 02 20 20 04 073
BPQ 005 013 004 027 073 08 50 50 10 069
BPP 071 057 071 084 073 03 20 20 04 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
En cuanto a la dimensioacuten social PaPaAv obtuvo el mayor Yd mientras que PaAvAr obtuvo los
mejores resultados para generacioacuten de empleo y salud humana utilizando el menor nuacutemero de
174 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
jornales por antildeo (JA) y generando el menor esfuerzo de labor (ELB) (Tabla 4-13) La avena es el
cultivo que menos mano de obra requiere esto explica el hecho de que las rotaciones con avena
(PaAvAr y PaPaAr) requirieran el menor nuacutemero de jornales obteniendo asiacute los mejores resultados
para JA Vale la pena recordar que MSEAS asume que entre menor cantidad de jornales se
requiera mayor es la sostenibilidad social Asumiendo en este caso el punto de vista del
productor
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador PaArPa PaAvAr PaPaAv
Dimensioacuten ambiental
Calidad del Suelo
SQSMAF 087 a 086 a 089 a
SQSA 037 b 053 a 048 a
SQW 061 b 062 ab 064 a
SQPCA 046 a 048 a 048 a
Rel suelo-planta
LU 0653 b 0704 c 0273 a
W-kg 30648 c 20607 b 12214 a
N-kg 756 c 465 a 627 b
Rel suelo-agua
FWT 0033 c 0020 a 0028 b
MWT 12882 c 7919 a 10678 b
EP 34E-04 c 21E-04 a 29E-04 b
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 20E-03 c 12E-03 a 16E-03 b
GWP 70E-01 c 43E-01 a 58E-01 b
OLD 44E-08 c 27E-08 a 37E-08 b
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 69607 c 84288 b 119535 a
PCat 0746 b 0863 a 0726 b
Generacioacuten Empleo JC 79 c 51 a 63 b
JA 237 c 154 a 189 b
Salud Humana
ELB 34740 b 34267 a 37316 c
ELB(45) 05440 b 05407 a 08195 c
PO 592E-05 c 364E-
05 a 491E-05 b
HT 024 c 015 a 020 b
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 157 c 111 a 140 b
FC 201 c 193 b 188 a
Inversioacuten IV 1442 c 1224 b 953 a
Ingresos GI 5623 a 4182 c 5448 b
NI 2042 a 1140 b 2165 a
Rentabilidad
BC 153 b 131 c 163 a
NPV 3526 b 1883 c 3821 a
ORO 033 b 022 c 039 a
IRR 383 b 266 c 512 a
BPQ 40895 a 73290 b 84318 c
BPP 102186 b 98075 b 39364 a
175 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El tratamiento PaPaAv obtuvo los mejores resultados globales para la dimensioacuten econoacutemica al
requerir una menor inversioacuten (INV) obtener los mayores ingresos netos (NI - Ingresos) y la mayor
relacioacuten beneficio costo (BC - Rentabilidad) (Tabla 4-13) Estos resultados se relacionan con el
mayor rendimiento obtenido por este tratamiento El tratamiento PaArPa requirioacute la mayor
inversioacuten (INV) y los mayores costos fijos (FC) y variables (VC) a pesar de su menor rendimiento
lo que generoacute sus pobres resultados econoacutemicos sociales y ambientales (Tabla 4-13) En este
uacuteltimo aspecto el rendimiento obtenido no compensa el mayor uso de fertilizantes Se debe
recordar que el anaacutelisis de ciclo de vida se realiza a partir de la cantidad de insumos utilizados para
producir un kg del producto cosechado El objetivo es producir maacutes con un menor uso de recursos
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente a todos los atributos de cada dimensioacuten
(Tabla 4-14) lo que indica que todos los atributos tuvieron una influencia similar sobre la
sostenibilidad del sistema
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1732 23E-05 35E-07 1400 1020 0036 1525 1293 0026
Variabilidad () 1000 0000 0000 0653 0347 0000 0582 0418 0000
Acumulado () 1000 1000 1000 0653 1000 1000 0582 1000 1000
pcj () 100 65 35 58 42
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0552 -0254 0794 0304 0065 0222 0018 024
Suelo-Planta 0065 0963 0263 0004 0926 0003 0252 026
Suelo-Agua -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Suelo-Atmoacutesfera -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Social
Seg Alimentaria 0714 -0042 0699 0509 0002 0333 0001 033
Generacioacuten empleo -0234 0927 0294 0055 0859 0036 0298 033
Salud humana 0660 0373 -0651 0436 0139 0285 0048 033
Econoacutemica
Egresos -0453 0558 -0594 0206 0312 0120 0130 025
Inversioacuten -0542 0434 0680 0294 0188 0171 0079 025
Ingresos 0454 0558 -0222 0206 0312 0120 0130 025
Rtabilidad 0543 0434 0369 0294 0188 0171 0079 025
176 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Ambiental y econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible (Figura 4-2) lo cual
coincide con los resultados mostrados por sus atributos e indicadores (Tabla 4-13) Socialmente
PaAvAr es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaArPa muestra los resultados maacutes bajos de
sostenibilidad social y PaAvAr de sostenibilidad econoacutemica (Figura 4-2)
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt
005) n=15
Equilibrando las tres dimensiones PaPaAv se muestra como el tratamiento maacutes sostenible con IS
= 085 a pesar de no presentar el resultado maacutes alto para la dimensioacuten social Esto indica que la
secuencia de rotacioacuten Papa ndash Papa ndash Avena es la maacutes sostenible para las condiciones del estudio
Desde el punto de vista del productor esta rotacioacuten seriacutea favorable al ser econoacutemicamente maacutes
redituable Sin embargo se debe tener en cuenta que en este caso se evaluoacute avena forrajera
destinada a alimentacioacuten animal principalmente de bovinos Por lo que este cultivo es producido
principalmente por agricultores que alternan la actividad agriacutecola con la pecuaria
c
ba
c
ab
bc
a
c
ba
00
02
04
06
08
10
PaArPa PaAvAr PaPaAv
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
177 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
426 Conclusiones
El uso de MSEAS en este estudio permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena
generaba la mayor sostenibilidad del cultivo Esta secuencia de rotacioacuten generoacute el menor impacto
ambiental el mayor retorno econoacutemico para el productor y obtuvo el segundo lugar en equidad
social
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros
Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa
51 Resumen
Los esfuerzos encaminados a mantener o aumentar la sostenibilidad de un sistema productivo se
deben planear y medir a corto mediano y largo plazo Una gran cantidad de herramientas se han
desarrollado para evaluar el impacto de los sistemas de produccioacuten agriacutecola en el presente pero
pocas que permitan una proyeccioacuten futura Con base en esto la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad de Experimentos Orientados al Suelo (MSEAS) se adaptoacute para evaluar la posible
sostenibilidad en el futuro Esta adaptacioacuten estaacute basada en sistemas de soporte a la decisioacuten como
DSSAT y estaacute condicionada a la construccioacuten de escenarios de clima y suelo para establecer las
condiciones de cambio Como estudio de caso se estimoacute la sostenibilidad actual (IS-A) y futura
(IS-45 e IS-85) de cinco tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa Control =
Control comercial As = Fertilizacioacuten recomendada por Agrosavia AsSp = Fraccionamiento
mensual de As AsSp25 = AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 25 AsSp50 =
AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 50 AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
actual con IS-A = 090 y a pesar de que el rendimiento no presentoacute diferencias significativas a
largo plazo AsSp50 se mantuvo como el tratamiento maacutes sostenible en el futuro con IS-45 e IS-85
= 088
Palabras clave DSSAT LCA modelacioacuten de cultivos papa sostenibilidad actual sostenibilidad
futura
180 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
52 Abstract
Efforts to maintain or increase the sustainability of a productive system must be planned and
measured in the short medium and long term Many tools have been developed to assess the
impact of agricultural production systems in the present However when it is desired to know their
future behavior the options are reduced Based on this the Sustainability Assessment of Soil
Oriented Experiments Methodology (MSEAS) was adapted to assess possible sustainability in the
future This adaptation is based on crop modeling tools such as DSSAT It requires the
construction of climate and soil scenarios to establish the conditions of change included in these
tools As a case study the current (IS-A) and future (IS-45 and IS-85) sustainability of five
fertilization splitting treatments in potato was estimated Control = commercial control As =
Agrosavia recommended fertilization AsSp = AsSp monthly split AsSp25 = AsSp decreasing the
amount of fertilizer by 25 AsSp50 = AsSp decreasing the amount of fertilizer by 50 AsSp50
generated the highest current sustainability with IS-A = 090 Although the yield did not present
significant differences in the future AsSp50 remained the most sustainable treatment in the future
with IS-45 and IS-85 = 088
Key words crop modelling DSSAT LCA future sustainability potato present sustainability
53 Introduccioacuten
Al hacer un anaacutelisis de la definicioacuten maacutes aceptada de desarrollo sostenible ldquoAquel desarrollo que
satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones
para satisfacer sus propias necesidadesrdquo (WCED 1987) es evidente que ese desarrollo es tan
importante en condiciones actuales como en el futuro Dicha importancia tambieacuten estaacute presente en
diversas publicaciones en las que consideran la importancia de propender directa o indirectamente
por la sostenibilidad en el largo plazo (p ej Altieri y Farrell 2018 Baush et al 2014 Campbell
et al 2014 De luca et al 2015 De Olde et al 2016 Kanter et al 2016 Swart et al 2004) A
pesar de la equilibrada importancia que tiene el desarrollo sostenible actual y en el futuro las
herramientas que se han disentildeado para evaluar la sostenibilidad solo mencionan las condiciones
actuales pero muy poco se ha hecho para estimar modelar o simular cual seriacutea la sostenibilidad de
los sistemas de produccioacuten evaluados en el mediano o largo plazo
181 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para predecir el comportamiento de un determinado sistema o meacutetodo de cultivo en el futuro es
necesario llevar a cabo procesos de modelacioacuten a traveacutes de la construccioacuten de escenarios de clima
yo suelo La informacioacuten necesaria para construir estos escenarios se puede obtener de cinco
formas 1) a partir de la medicioacuten in-situ durante deacutecadas de las variables que se quieren modelar
2) a partir de informacioacuten obtenida mediante procesos de modelacioacuten 3) a partir de informacioacuten de
otros sitios de medicioacuten con condiciones agro-climaacuteticas similares 4) una combinacioacuten de las
opciones anteriores dependiendo de si solo se tiene informacioacuten de clima o suelo o 5) asumiendo
que las propiedades del suelo o las condiciones climaacuteticas permanecen constantes
Cuando los sistemas que se quieren comparar son parcelas o unidades experimentales a las cuales
se les aplican los tratamientos es posible utilizar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) (Numeral 3)
Mediante herramientas de modelacioacuten como DSSAT es posible estimar la respuesta de la planta
ante los tratamientos evaluados bajo diferentes escenarios de clima yo variabilidad climaacutetica Los
resultados que arrojen los modelos se podriacutean incluir en MSEAS y de esa forma se estimariacutea la
sostenibilidad futura
Los objetivos del presente estudio son i) utilizar MSEAS (Numeral 3) tanto para evaluar la
sostenibilidad actual como para evaluar la sostenibilidad futura ii) conocer cuaacutel o cuaacuteles
tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa (como estudio de caso) generariacutean la
mayor sostenibilidad en condiciones actuales y de cambio climaacutetico y iii) proyectar la estabilidad
de la sostenibilidad en el tiempo empleando las mismas praacutecticas de manejo
54 Materiales y Meacutetodos
En la Figura 5-1 se presenta un esquema que sintetiza a MSEAS con las actividades adaptadas
para la evaluacioacuten tanto del iacutendice de sostenibilidad actual (IS-A) como futura (IS-45 e IS-85)
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 212
182 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de sostenibilidad en
condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP Inventario del
sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de componentes
principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules corresponden a
macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El autor
542 Uso de MSEAS en condiciones actuales
La evaluacioacuten de los indicadores siguioacute el mismo procedimiento expuesto en el Numeral 4242
Ademaacutes de los indicadores enunciados en ese numeral (concernientes al cultivo de papa) se evaluoacute
la concentracioacuten de NO3- en la solucioacuten del suelo En cada unidad experimental se instaloacute un
lisiacutemetro de succioacuten a 90 cm de profundidad con el cual se recolectoacute el lixiviado descargado a esa
profundidad Al lixiviado se le midioacute su contenido de NO3- Se realizaron muestreos semanales a lo
largo del ciclo de produccioacuten y se reporta la concentracioacuten promedio
183 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura
5431 Construccioacuten de escenarios de cambio climaacutetico
La liacutenea base de las principales variables climaacuteticas se ajustoacute con los valores proyectados en el aacuterea
de estudio a traveacutes de los escenarios RCP45 y RCP85 (RCP = Representative Concentration
Pathways) Se consideraron los escenarios extremos planteados por IPCC (2013) para el periodo
2041-2070 y 2041-2100 del modelo CCSM4 del Centro Nacional de Investigacioacuten Atmosfeacuterica de
los Estados Unidos (National Center for Atmospheric Research - NCAR) con una resolucioacuten R lt
125deg Este modelo se destaca por su buena capacidad para modelar el clima presente de la regioacuten
de estudio (Mosquera Cundinamarca Colombia) tanto en las variables que describen la
circulacioacuten atmosfeacuterica viento y presioacuten como en la precipitacioacuten y temperaturas a escala anual y
estacional (Rodriguez 2012) Los datos climaacuteticos de referencia (1986 - 2018) se obtuvieron de la
base de datos del Instituto de Hidrologiacutea Meteorologiacutea y Estudios Ambientales de Colombia
(IDEAM) Los datos de referencia y proyectados de CO2 se obtuvieron de la base de datos del
Instituto para la Investgacioacuten del Cambio Climaacutetico Potsdam para los escenarios RCP 45 (Clarke
et al 2007 Smith y Wigley 2006 Wise et al 2009) y RCP 85 (Riahi et al 2007)
5432 Modelacioacuten en DSSAT
Se utilizoacute el modelo SUBSTOR-Potato que pertenece a una familia de modelos de cultivo en
DSSAT-CSM (Numeral 152) Se escogioacute porque ha sido utilizado y calibrado en las condiciones
agroecoloacutegicas donde se desarrolloacute el experimento (Sabana de Bogotaacute Mosquera Centro
Agropecuario Marengo de la Universidad Nacional de Colombia) para el cultivo de papa con la
184 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
variedad Diacol Capiro (Forero y Garzoacuten 2000) Tanto Forero y Garzoacuten (2000) como Rojas
(2011) encontraron correlaciones por encima del 70 entre los datos observados y los simulados
Para correr los modelos en DSSAT se utilizoacute la informacioacuten de los coeficientes geneacuteticos (Tabla
5-1) y el perfil de suelo (Tabla 5-2) reportados por Forero y Garzoacuten (2000) y Ordontildeez y Bolivar
(2014) respectivamente Los coeficientes geneacuteticos fueron reajustados para las condiciones del
experimento mediante el meacutetodo de Enfoque de Estimacioacuten de Incertidumbre de Probabilidad
Generalizada (GLUE) disponible en DSSAT (Jones et al 2011) (Tabla 5-1)
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y Garzoacuten
(2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio
Coeficiente Unidad Rojas Ajustado
P2 ---- 07 07
TC degC 25 25
PD ---- 07 01
G2 cm2 m-2 diacutea-1 1236 1236
G3 g m-2 diacutea-1 88 88
Doacutende P2 = Sensibilidad al fotoperiodo TC = Temperatura criacutetica PD = Grado de determinancia G2 =
Tasa de expansioacuten maacutexima del aacuterea foliar y G3 = Tasa de crecimiento potencial del tubeacuterculo
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de Ordontildeez y
Bolivar (2014)
Taxonomiacutea Typic Hapludands Textura Superficie F
SLB SLMH SLLL SDUL SSAT SRGF SSKS SBDM SLOC SLCL SLSI
30 AP 0325 0431 0807 1000 ND 0820 5300 39480 56270
48 AB 0367 0695 1291 0700 ND 0810 5400 32050 53610
77 BNL 0433 0819 1466 0500 ND 0660 5400 11610 69700
109 BN2 0438 0759 1387 0200 ND 0590 5200 9310 65850
150 2CN 0280 0403 0717 0000 ND 1220 4600 78840 20730
SLB SLCF SLNI SLHW SLHB SCEC
30 0000 0457 5300 -99000 25800
48 0000 0465 5400 -99000 29000
77 0000 0465 5400 -99000 29600
109 0000 0448 5200 -99000 25800
150 0000 0397 4600 -99000 25100
SLB Profundidad del horizonte SLMH Nombre del horizonte SLLL Porcentaje de humedad para el punto
de marchitez permanente (15 bar) SDUL Porcentaje de humedad a capacidad de campo (1 bar) SSAT
Porcentaje de humedad a saturacioacuten (03 bar) SRGF Factor de crecimiento de raiacuteces SSKS Saturacioacuten
hidraacuteulica ND No disponible SBDM Densidad aparente (g cm-3) SLOC Porcentaje de carbono orgaacutenico
SLCL Porcentaje de arcilla SLSI Porcentaje de limo SLCF Fraccioacuten gruesa (gt 2mm) SLNI Porcentaje
de nitroacutegeno total SLHW pH medido en agua SLHB pH en solucioacuten de KCl SCEC Capacidad de
intercambio catioacutenico (cmolc kg-1)
185 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El principal indicador para el proceso de modelacioacuten es el rendimiento (Yd) debido a que estaacute
asociado con las tres dimensiones de la sostenibilidad por lo que su variacioacuten afecta a un gran
nuacutemero de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos Para el proceso de modelacioacuten en
DSSAT el rendimiento estaacute en funcioacuten del cambio climaacutetico (variaciones en temperatura
precipitacioacuten radiacioacuten y CO2) y de la dinaacutemica del carbono y el nitroacutegeno a traveacutes de la
modelacioacuten de la materia orgaacutenica del suelo con el modelo CENTURY (Parton et al 1994)
incluido en DSSAT
Para determinar el ajuste entre los datos observados de rendimiento con los simulados por DSSAT
se utilizaron los estimadores coeficiente de correlacioacuten (r) y cuadrado medio del error (RMSE)
(Smith et al 1997)
5433 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad futura (IS-45 e IS-85)
Con los resultados del proceso de simulacioacuten del rendimiento del cultivo en escenarios futuros se
recalcularon todos los indicadores centrales asociados al rendimiento Posteriormente con los
resultados asociados a las condiciones futuras se corrioacute MSEAS De esta forma se estimoacute la
sostenibilidad futura de todos los tratamientos evaluados y se obtuvieron sus iacutendices de
sostenibilidad agriacutecola en condiciones actuales (IS-A) y futuras (IS-45 e IS-85)
55 Resultados y discusioacuten
551 Escenario de cambio climaacutetico
Los escenarios de cambio climaacutetico muestran que en el periodo 2019 - 2100 con respecto al
periodo de referencia (1986 - 2018) la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio se incrementaraacute en
promedio 13 y 19 para los escenarios RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2) En
cuanto a la temperatura maacutexima esta aumentaraacute 04 y 09 degC para RCP45 y RCP85
respectivamente La temperatura miacutenima no presentaraacute variaciones significativas mientras que la
radiacioacuten aumentaraacute 13 y 21 Mj m2 diacutea-1 para RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2)
186 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
552 Modelacioacuten en DSSAT
Como se aprecia en la Figura 5-3 se presentoacute un ajuste altamente significativo entre los datos
observados (barras) y los simulados por DSSAT (puntos) con r = 096 RMSE = 297 lo que
concuerda con lo encontrado por Forero y Garzoacuten (2000) y Rojas (2011)
Una vez calibrado el modelo (Figura 5-3) se procedioacute a realizar las simulaciones con los
escenarios de cambio climaacutetico RCP45 y RCP85 Con el fin de conocer la variacioacuten del
rendimiento (Yd) a lo largo del tiempo y de determinar cuaacuteles variables de suelo y clima influyen
maacutes significativamente en esa variacioacuten se estudiaron las variables de suelo y clima que modela
DSSAT En la Figura 5-4 se muestran las tendencias para el tratamiento ldquoControlrdquo escenario
RCP85 (las tendencias son similares para todos los tratamientos y escenarios evaluados) y en la
Tabla 5-3 se muestran los resultados para todos los tratamientos y escenarios El contenido de
carbono orgaacutenico (CO) permaneceraacute estable a lo largo del tiempo y el de nitroacutegeno mineral (NO3-
+ NH4+) (N min) disminuiraacute levemente como respuesta al aumento en la absorcioacuten de nitroacutegeno
por parte de la planta (N abs) estimulada por el incremento de Yd (Tabla 5-3) Zhang et al (2016)
y Yang et al (2013) encontraron que los porcentajes de C y N permaneceraacuten constantes o incluso
aumentaraacuten en el futuro (2100) si se realizan aplicaciones continuas de materia orgaacutenica externa
En este experimento se aplicoacute compost en presiembra por lo que se asume que en el futuro esta
actividad se seguiraacute realizando
Yd aumentaraacute aunque el contenido de CO permaneceraacute constante en el tiempo (Figura 5-4) En
ese sentido Bedrnard et al (2012) y Chen et al (2017) encontraron que el efecto de la aplicacioacuten
de materiales orgaacutenicos y fertilizantes es apreciable principalmente en suelos con bajo nivel de
fertilidad El suelo del presente estudio seguacuten el indicador de calidad de suelo SQPCA tiene un
nivel de fertilidad alto el cual se mantiene a lo largo del tiempo (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla
5-7)
187 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos los puntos
de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia)
0
20
40
60
80
100
120
Precip
ita
cioacute
n (
mm
)
17
18
19
20
21
22
Tem
pera
tura
maacute
xim
a (
degC)
4
5
6
7
8
9
Tem
pera
tura
miacuten
ima
(degC
)
10
12
14
16
18
20
22
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ra
dia
cioacute
n (
Mj
m-2
diacutea
-1)
Mes
Actual RCP 45 RCP 85
188 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador rendimiento
(Yd) en el escenario actual
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ - Nmin) y nitroacutegeno
absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040 2041-2070 y
2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto al periodo
2016-2040
Trat
2016 - 2040 2041 - 2070 2071 - 2100
Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs
Mg ha-1
RC
P 4
5 Control 349 2750 035 049 398 14 2750 00 034 -35 051 34 424 21 2749 00 034 -44 052 60
As 329 2750 021 040 380 15 2750 00 020 -49 041 17 409 24 2749 00 020 -63 042 47
AsSp 360 2751 017 041 411 14 2750 00 017 -26 041 19 439 22 2749 -01 017 -37 043 49
AsSp25 324 2750 016 038 376 16 2750 00 015 -21 039 18 404 25 2749 00 015 -34 040 47
AsSp50 315 2751 015 036 370 17 2750 00 014 -17 036 24 400 27 2749 00 014 -32 038 54
RC
P 8
5
Control 353 2751 035 049 411 16 2748 -01 034 -39 052 63 447 27 2746 -02 033 -71 054 96
As 330 2751 021 040 392 19 2749 -01 020 -50 043 60 429 30 2746 -02 019 -87 044 99
AsSp 362 2752 017 040 424 17 2749 -01 017 -23 043 63 460 27 2747 -02 016 -36 044 98
AsSp25 325 2752 016 038 389 20 2749 -01 015 -19 040 62 426 31 2747 -02 015 -33 042 105
AsSp50 317 2752 015 035 381 20 2749 -01 014 -16 038 64 423 34 2747 -02 014 -26 039 110
Como se aprecia en la Figura 5-5 se preveacute un incremento considerable en la concentracioacuten de
CO2 atmosfeacuterico sobre todo para el RCP85 Este incremento tiene una relacioacuten altamente
significativa con el aumento en Yd (Figura 5-4) Como lo exponen Fleischer et al (2008 y 2013)
el aumento de la concentracioacuten de CO2 atmosfeacuterico generan una mayor produccioacuten de tubeacuterculos
Las diferencias en Yd entre los RCP45 y RCP85 no son tan significativas (Tabla 5-3) si se
comparan con las diferencias en la concentracioacuten de CO2 (Figura 5-5) con un incremento
promedio del 36 y 74 respectivamente con respecto al periodo de referencia (Actual Figura
5-5) Al respecto Raymundo et al (2017) manifiestan que el modelo SUBSTOR-Potato subestima
el efecto del CO2 sobre Yd estimando rendimientos inferiores a los observados
0
10
20
30
40
TC As AsSplit AsSp25 AsSp50
Yd
( M
g h
a-1
)
Tratamiento
189 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3
- + NH4+ - N
Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs) temperatura
maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85 Los
datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten
Los aumentos en la temperatura y radiacioacuten (Figura 5-2) pueden promover una mayor produccioacuten
de biomasa siempre y cuando los requerimientos hiacutedricos de las plantas sean satisfechos y no se
superen los liacutemites fisioloacutegicos establecidos sobre todo de temperatura (Kleinwechter et al 2016
Lizana et al 2016) En este estudio de caso la variedad de papa Diacol Capiro se adapta a
ambientes entre los 2000 y 3500 msnm con temperaturas promedio entre los 18 y 24 degC (Porras y
Herrera 2015) Seguacuten las simulaciones en el futuro la temperatura en el aacuterea de estudio
permaneceraacute dentro del rango adecuado para el desarrollo del cultivo y se preveacuten incrementos en la
precipitacioacuten (Figura 5-2) Estos resultados son consistentes con lo expuesto por Raymundo et al
(2018) quienes manifiestan que en las zonas montantildeosas de las regiones tropicales (como en la
regioacuten donde se llevoacute a cabo el estudio) se preveacuten incrementos en el rendimiento en las proacuteximas
deacutecadas aunque contrastan con los resultados encontrados por diversos autores quienes afirman
que en sus regiones se preveacuten disminuciones en los rendimientos por cuenta del cambio climaacutetico
(Adavi et al 2018 Kumar et al 2015 Sparks et al 2014 Daccache et al 2012) Estas
predicciones pesimistas obedecen a que se espera una menor eficiencia hiacutedrica al reducirse las
precipitaciones a que se incrementa la temperatura por encima del umbral oacuteptimo o a que se
utilizan modelos que no incluyen el efecto del CO2 atmosfeacuterico
06
07
08
09
10
Antildeo
Yd OC N Min N mnrlz N abs CO2
2016 2100
190 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP 45 y 85
(2020 - 2100)
553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Indicadores centrales seleccionados
Los resultados son muy similares para todos los escenarios evaluados (Actual RCP45 y RCP85)
En la dimensioacuten ambiental existen correlaciones muy altamente significativas entre todos los
indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten
suelo-planta se aprecia una correlacioacuten muy altamente significativa entre los indicadores S-Pr y W-
kg pues tanto el uso de la tierra como el consumo de agua estaacuten relacionados con la produccioacuten es
decir cuanta aacuterea de terreno y cuaacutenta agua se requieren para producir un kg de papa En este
experimento todas las unidades experimentales independiente del tratamiento aplicado tuvieron
la misma aacuterea y se les aplicoacute la misma cantidad de agua El indicador N-kg no presentoacute correlacioacuten
con los demaacutes indicadores de este atributo (Anexos Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) ya que a
diferencia de S-Pr y W-kg entre tratamientos se aplicaron cantidades diferentes de N lo que
sugiere que en este estudio el aumento en la produccioacuten no tuvo relacioacuten con la cantidad de N
aplicado
Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente significativas se presentan entre JC y JA
para el atributo generacioacuten de empleo y entre ELB y ELB(45) para salud humana (Anexos Tabla
0
250
500
750
1000
CO
2(p
pm
)
Antildeo
Actual RCP 45 RCP 85
1971 2019
2050 2100
Actual
RCP
191 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) No existe correlacioacuten entre Yd y PCat lo cual sugiere que en este
experimento el aumento de la produccioacuten no siempre genera un incremento en la calidad
Los anaacutelisis de varianza y comparacioacuten de los indicadores presentaron muchas similitudes entre los
tres escenarios al igual que con la correlacioacuten En el escenario actual el indicador de calidad del
suelo SQW fue el uacutenico indicador que no presentoacute diferencias significativas (Tabla 5-5) Lo mismo
ocurrioacute para los indicadores W-kg Yd y JC en los escenarios RCP45 y RCP85 (Tabla 5-6 y
Tabla 5-7 respectivamente)
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad alto que implica que la
planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas pues se obtienen
buenos rendimientos con pocos aportes Sumado a esto los incrementos en CO2 atmosfeacuterico
radiacioacuten precipitacioacuten temperatura y el adecuado manejo del agua que se le da al cultivo se
traduce en un alto nivel de sostenibilidad del sistema al incrementarse el rendimiento del cultivo y
mantener las emisiones de nitroacutegeno al aire y al agua en niveles bajos a lo largo del tiempo
De acuerdo con el puntaje obtenido a partir de los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 5-4
para la dimensioacuten ambiental se definieron como indicadores centrales SQPCA (atributo calidad del
suelo) N-kg (atributo relacioacuten auelo-planta) NO3- (atributo relacioacuten suelo-agua) y GWP (atributo
relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 078 079 y 073 puntos respectivamente Para los escenarios
RCP45 y RCP85 se escogioacute el indicador eutrofizacioacuten (EP)
En la dimensioacuten social se escogieron como indicadores centrales PCat (atributo seguridad
alimentaria) JC (atributo generacioacuten de empleo) y ELB (atributo salud humana) con 079 068 y
067 puntos respectivamente En los escenarios RCP 45 y 85 el atributo generacioacuten de empleo no
tuvo representante debido a que su uacutenico indicador JC no presentoacute diferencias significativas En
estos escenarios se escogioacute HT en representacioacuten del atributo salud humana por alcanzar el mayor
puntaje (071) (Tabla 5-4)
En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica se escogieron como indicadores centrales VC (atributo
egresos) IV (atributo inversioacuten) NI (atributo ingresos) y BC (atributo rentabilidad) con 077
064 081 y 077 puntos respectivamente En el escenario RCP85 se escogioacute a GI en
representacioacuten del atributo ingresos debido a que NI no presentoacute diferencias significativas (Tabla
5-4)
192 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85 (periodo 2041
- 2070)
Atributo Ind Base RCP45 RCP85
Tt Wk Tt Wk Tt Wk
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 081
022
081
018
081
018 SQSA 079 079 079
SQW 000 079 079
SQPCA 091 091 091
Rel suelo-planta
LU 068
026
072
027
072
027 W-kg 000 000 000
N-kg 078 078 078
Rel suelo-agua
FWT 000
027
000
027
000
027 MWT 000 000 000
EP 071 075 075
NO3 079 --- ---
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 000
026
000
027
000
027 GWP 073 073 073
OLD 000 000 000
Dimensioacuten social
Seguridad alimentaria Yd 077
033 000
050 000
050 PCat 079 079 079
Generacioacuten empleo JC 068 035 000 --- 000 ---
Salud humana
ELB 067
032
054
050
054
050 ELB(45) 000 067 067
PO 000 000 000
HT 067 071 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 077
025 077
025 077
025 FC 064 064 064
Inversioacuten IV 064 021 064 021 064 021
Ingresos GI 000
027 000
027 067
027 NI 081 081 000
Rentabilidad
BC 077
027
077
027
077
027
NPV 000 000 000
ORO 000 000 000
IRR 069 069 069
BPQ 075 075 075
BPP 065 061 065
Doacutende Wk = Ponderador Ind = Indicador Tt = Puntuacioacuten total y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa
554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS)
5541 Comparacioacuten entre tratamientos
El objetivo de realizar la aplicacioacuten fraccionada de fertilizantes es aportar los nutrientes en el
momento y cantidad apropiados evitando al maacuteximo su peacuterdida Tradicionalmente en el cultivo
193 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de papa en Colombia el aporte de fertilizantes se hace durante dos momentos del ciclo en pre
siembra y al aporque o deshierba (Guerrero 1998) En cada aplicacioacuten se suministra una gran
cantidad de fertilizante cuyos nutrientes pueden llegar a perderse por volatilizacioacuten fijacioacuten o
lixiviacioacuten De acuerdo con Guerrero (1998) el efecto de las eacutepocas de aplicacioacuten y del
fraccionamiento del fertilizante depende de factores como la variedad el ciclo de cultivo la
distribucioacuten de los estolones y las raiacuteces y el reacutegimen de precipitacioacuten
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 a 068 a 070 a 071 a 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0310 ab 0320 ab 0294 a 0326 ab 0343 b
W-kg 10932 ab 11251 ab 10349 a 11476 ab 12072 b
N-kg 906 d 478 c 440 bc 366 b 256 a
Rel suelo-agua
FWT 0040 d 0020 c 0018 c 0015 b 0011 a
MWT 15438 d 7697 c 7082 c 5889 b 4130 a
EP 41E-04 d 19E-04 c 17E-04 bc 15E-04 b 10E-04 a
NO3 1722 e 1437 d 1101 c 819 b 643 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 24E-03 d 11E-03 c 10E-03 bc 85E-04 b 60E-04 a
GWP 84E-01 d 39E-01 c 36E-01 bc 30E-01 b 21E-01 a
OLD 53E-08 d 26E-08 c 24E-08 bc 20E-08 b 14E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 325 ab 315 ab 341 a 309 ab 296 b
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 98 ab 97 a 105 b 99 ab 96 a
Salud Humana
ELB 301 a 301 b 302 e 302 d 302 c
ELB(45) 013 a 013 b 014 e 014 d 014 c
PO 710E-05 d 371E-05 c 341E-05 bc 284E-05 b 199E-05 a
HT 029 d 014 c 013 bc 011 b 008 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 195 d 163 c 171 c 150 b 132 a
FC 199 b 192 a 193 a 191 a 190 a
Inversioacuten IV 1282 b 1031 a 1032 a 1028 a 1024 a
Ingresos GI 6992 ab 6934 ab 7818 a 7116 ab 6601 b
NI 3051 b 3387 ab 4184 a 3706 ab 3377 ab
Rentabilidad
BC 176 b 194 ab 213 a 207 a 203 a
NPV 5402 b 6109 ab 7607 a 6709 ab 6091 ab
ORO 043 b 048 ab 053 a 052 a 051 a
IRR 539 b 756 ab 933 a 836 a 762 ab
BPQ 55741 c 48406 b 47597 ab 46806 ab 45061 a
BPP 54343 b 49979 ab 46777 ab 49113 ab 48917 a
Con respecto a la dimensioacuten ambiental el tratamiento AsSp50 generoacute la mayor calidad de suelo en
condiciones actuales y la generariacutea en escenarios de cambio climaacutetico AsSp generariacutea una mejor
194 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y un mejor uso del agua (W-kg) en los tres escenarios gracias a
su mayor produccioacuten por unidad de aacuterea (Yd) aunque ocupoacute el tercer lugar en cuanto a cantidad de
nitroacutegeno consumido por kilogramo producido (N-kg) Aunque AsSp aportoacute los fertilizantes de
manera fraccionada aplicoacute una mayor cantidad de N con respecto a AsSp50 que fue el tratamiento
que mejor utilizoacute el N con respecto a la cantidad de papa cosechada Este tratamiento (AsSp50)
mostroacute los mejores resultados para los demaacutes indicadores evaluados en la dimensioacuten ambiental
siendo el que menor impacto ambiental negativo generariacutea al agua y a la atmoacutesfera (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
En cuanto a la dimensioacuten social en el escenario actual el tratamiento con el mayor rendimiento
(Yd) fue AsSp seguido muy de cerca por Control As y AsSp25 que no presentaron diferencias
significativas entre ellos AsSp50 generoacute el menor Yd No obstante a pesar del rendimiento la
cantidad de papa de primera categoriacutea (PCat) no mostroacute la misma tendencia siendo AsSp25 el que
obtuvo el mayor porcentaje para los tres escenarios Esto concuerda con lo mostrado por la matriz
de correlacioacuten donde se evidencia que Yd y PCat tuvieron una baja correlacioacuten (-027) (Anexos
Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) Esto sugiere que una mayor produccioacuten no estaacute relacionada
con una mayor calidad Vale la pena recordar que en este experimento la calidad del tubeacuterculo solo
se midioacute en teacuterminos de su tamantildeo
En el escenario actual ldquoControlrdquo mostroacute los mejores resultados para generacioacuten de empleo lo que
en el contexto de este trabajo significa que requirioacute el menor nuacutemero de jornales (Tabla 5-5) Esto
es paradoacutejico si se tiene en cuenta que los trabajadores van a preferir una mayor generacioacuten de
empleo Sin embargo si la mano de obra se incrementa lo mismo ocurre con los costos de
produccioacuten Esto volveriacutea insostenible el sistema productivo pues los ingresos no cubririacutean los
costos o se tendriacutea que incrementar el precio de venta lo que impactariacutea directamente a los
consumidores muchos de ellos con escasos recursos econoacutemicos Control tambieacuten mostroacute los
mejores resultados en cuanto a esfuerzo laboral (ELB y ELB(45)) para los tres escenarios (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7) Al aplicar una menor cantidad de fertilizantes (menor cantidad de
mezclas) en una menor frecuencia (menor cantidad de aplicaciones manuales) comparado con los
demaacutes tratamientos ldquoControlrdquo generoacute una menor cantidad de actividades dentro de este grupo de
indicadores No obstante al aplicar una mayor cantidad de nutrientes con un menor
fraccionamiento generoacute el mayor impacto en la salud humana representada por los indicadores
(PO y HT) siendo AsSp50 el que menor impacto generoacute (Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
Debido a fenoacutemenos de fijacioacuten lixiviacioacuten y volatilizacioacuten la fertilizacioacuten en papa generalmente
195 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tiene una eficiencia baja 10 a 20 para foacutesforo (P) y 30 a 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998)
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0250 ab 0258 ab 0240 a 0261 ab 0275 b
W-kg 8791 a 9088 a 8454 a 9180 a 9687 a
N-kg 728 d 386 c 359 bc 293 b 206 a
Rel suelo-agua
FWT 0032 d 0016 c 0015 c 0012 b 0009 a
MWT 12413 d 6218 c 5785 b 4711 b 3314 a
EP 33E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 12E-04 b 82E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 19E-03 d 90E-04 c 84E-04 bc 68E-04 b 48E-04 a
GWP 68E-01 d 32E-01 c 29E-01 bc 24E-01 b 17E-01 a
OLD 43E-08 d 21E-08 c 19E-08 bc 16E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 404 a 390 a 418 a 387 a 368 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 112 a 110 a 118 a 112 a 109 a
Salud Humana
ELB 30314 a 30349 a 30455 b 30461 b 30458 b
ELB(45) 01082 a 01131 b 01180 e 01225 d 01248 c
PO 571E-05 d 300E-05 c 279E-05 bc 227E-05 b 160E-05 a
HT 023 d 011 c 011 bc 009 b 006 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 210 d 177 c 185 c 164 b 146 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1035 a 1031 a 1027 a
Ingresos GI 8710 ab 8593 ab 9525 a 8897 ab 8233 b
NI 4612 b 4897 ab 5739 a 5333 ab 4865 ab
Rentabilidad
BC 211 b 230 ab 250 a 247 a 242 a
NPV 8337 b 8948 ab 10531 a 9768 ab 8890 ab
ORO 053 b 057 ab 060 a 060 a 059 a
IRR 809 b 1085 ab 1274 a 1193 a 1090 ab
BPQ 51536 c 45796 b 45468 b 44530 ab 43225 a
BPP 45234 a 41910 ab 39936 a 40933 ab 40875 ab
Se estima que en producciones de papa de bajo rendimiento la liberacioacuten anual de N-N2O es de 8
Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es maacutes alta que para
muchos otros cultivos (Ruser et al 1998) Al aplicar una menor cantidad de fertilizante y de forma
fraccionada se disminuye la emisioacuten de N al ambiente Burton et al (2008) encontraron que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa disminuiacutea substancialmente las emisiones de N2O al
ambiente sobre todo en tiempo de alta precipitacioacuten Aunque Peacuterez et al (2008) encontraron un
menor rendimiento y calidad de tubeacuterculos de papa criolla (Solanum phureja) cuando se
196 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fraccionaba la fertilizacioacuten (N-P-K-Mg) en dos aplicaciones (como se hace tradicionalmente en
Colombia) comparado con una sola aplicacioacuten del fertilizante requerido en presiembra Asiacute
mismo Kuisma (2002) encontroacute que hubo un mayor rendimiento cuando se aplicoacute el 100 del N
al momento de la siembra comparado con el aporte fraccionado A pesar de esto Antildeez y Espinosa
(2006) encontraron que los rendimientos de tubeacuterculos de papa fueron superiores con los
tratamientos de aplicacioacuten de N y K de forma fraccionada Papadopoulos (1988) encontroacute que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten mediante el uso de la fertirrigacioacuten en el cultivo de papa permite
mantener el N en niveles adecuados para la planta aumentando asiacute el rendimiento y disminuyendo
las peacuterdidas por lixiviacioacuten Del mismo modo Battilani et al (2008) concluyeron que el aporte
fraccionado del N mediante el uso de fertirriego permite aumentar la eficiencia de uso de N en el
cultivo de papa Todo lo anterior indica que auacuten no hay consenso sobre la cantidad adecuada de
aplicaciones de fertilizantes en el cultivo de papa
Con respecto a la dimensioacuten econoacutemica AsSp50 requirioacute un menor gasto de dinero tanto en
inversioacuten (IV) como en costos fijos (FC) y variables (VC) En contraste en el tratamiento
ldquoControlrdquo se invirtioacute la mayor cantidad de dinero en estos rubros Se debe tener en cuenta que el
22 de los costos totales del tratamiento Control fue destinado a fertilizantes mientras que para
AsSp50 se destinoacute el 86 (datos no mostrados) lo cual explica estas diferencias AsSp obtuvo los
mayores ingresos brutos (GI) y netos (NI) cuya magnitud fue suficiente para que contrarrestaraacute los
costos de produccioacuten y generaraacute los mejores indicadores de rentabilidad en los tres escenarios
(Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7) En ese sentido seguacuten Fedepapa y el Ministerio de Ambiente
y Desarrollo Territorial (2004) el rubro maacutes importante en la lista de costos de produccioacuten de papa
en Colombia es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167)
5542 Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en los resultados del anaacutelisis de componentes principales (PCA) se puede apreciar que
en la dimensioacuten ambiental para los tres escenarios el atributo calidad del suelo tiene el menor
peso (Wk) (Tabla 5-4) Esto se debe a que un solo indicador (SQPCA) evaluado en este atributo
mostroacute diferencias altamente significativas entre todos los tratamientos (Tabla 5-5 Tabla 5-6
Tabla 5-7) Algo similar ocurrioacute en la dimensioacuten social para el escenario actual en donde el
atributo salud humana tiene el menor Wk En esta misma dimensioacuten para los escenarios RCP45 y
RCP85 el atributo generacioacuten de empleo no se le asignoacute Wk debido a que ninguacuteno de sus
197 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
indicadores mostroacute diferencias significativas (Tabla 5-6 Tabla 5-7) En la dimensioacuten econoacutemica
se asignoacute el valor mas bajo de Wk al atributo inversioacuten (INV) (Tabla 5-4) por presentar
diferencias significativas en un solo tratamiento (Control) (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla 5-7)
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0242 ab 0250 ab 0233 a 0252 ab 0267 b
W-kg 8518 a 8809 a 8211 a 8878 a 9403 a
N-kg 706 d 374 c 349 bc 283 b 200 a
Rel suelo-agua
FWT 0031 d 0015 c 0014 c 0012 b 0008 a
MWT 12026 d 6025 c 5612 c 4554 b 3218 a
EP 32E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 11E-04 b 80E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 18E-03 d 87E-04 c 81E-04 bc 66E-04 b 47E-04 a
GWP 66E-01 d 31E-01 c 28E-01 bc 23E-01 b 16E-01 a
OLD 42E-08 d 20E-08 c 19E-08 bc 15E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 417 a 403 a 430 a 400 a 380 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 114 a 112 a 120 a 115 a 111 a
Salud Humana
ELB 30307 a 30342 a 30446 b 30452 b 30450 b
ELB(45) 01060 a 01109 b 01158 e 01200 d 01225 c
PO 225E-01 d 111E-01 c 104E-01 bc 842E-02 b 595E-02 a
HT 000 d 000 c 000 bc 000 b 000 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 212 d 179 c 188 c 167 b 148 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1036 a 1032 a 1028 a
Ingresos GI 8989 ab 8866 ab 9807 a 9199 ab 8483 b
NI 4865 a 5145 a 5997 a 5609 a 5092 a
Rentabilidad
BC 216 b 236 ab 255 a 254 a 248 a
NPV 8813 b 9414 ab 11016 a 10288 ab 9316 ab
ORO 054 b 058 ab 061 a 061 a 060 a
IRR 853 b 1138 ab 1331 a 1254 a 1139 ab
BPQ 51064 a 45491 b 45202 b 44256 bc 43023 c
BPP 44089 a 40878 ab 39026 b 39860 ab 39918 ab
Como se aprecia en la Figura 5-6 para los tres escenarios AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
ambiental y econoacutemica mientras que ldquoControlrdquo generoacute la mayor sostenibilidad social Al
equilibrar las tres dimensiones AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad con IS-A = 090 IS-45 =
088 e IS-85 = 088 esto a pesar de que este tratamiento generoacute el menor rendimiento (Yd) En ese
sentido es necesario recordar dos hechos 1) el impacto ambiental estimado mediante LCA basa
sus caacutelculos a partir de la produccioacuten de un kg de papa fresca y 2) los ingresos brutos (GI)
198 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
provienen de la venta del producto cosechado por ende entre maacutes produccioacuten por unidad de aacuterea
(Yd) maacutes ingresos Esto explica porque Yd interactuacutea con muchos indicadores ambientales
sociales y econoacutemicos No obstante como se pudo evidenciar generar el mayor rendimiento no
asegura la mayor sostenibilidad del sistema
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Los anaacutelisis de sostenibilidad evaluacutean la interaccioacuten de las dimensiones social ambiental y
econoacutemica como un todo daacutendole la misma importancia a cada dimensioacuten Cada una de esas
dimensiones evaluacutea indicadores que no se asocian directamente con el rendimiento Por ejemplo
aunque Control mostroacute un buen rendimiento presentoacute el maacutes bajo porcentaje de papa de primera
categoriacutea y los maacutes altos costos de produccioacuten por lo que se ubicoacute en el uacuteltimo lugar en cuanto a
sostenibilidad econoacutemica Tambieacuten al utilizar una mayor cantidad de fertilizante generoacute un mayor
impacto ambiental mientras que AsSp50 que fue el tratamiento con menor rendimiento tuvo los
menores costos de produccioacuten al utilizar una menor cantidad de fertilizantes lo que le sirvioacute para
convertirse en el mejor tratamiento de la dimensioacuten ambiental Estos resultados son prometedores
e
dc
b
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
00
02
04
06
08
10
IS
Ambientala a a
a a
d
c c
b
a
d
cc
b
a
Social
b
aab a a
b
a a a a
b
a aa a
00
02
04
06
08
10
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
IS
Econoacutemico
Actual RCP 45 RCP 85
e
d cb
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Total
199 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
si se tiene en cuenta que la papa es uno de los cultivos con mayor consumo de fertilizantes por
unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y Boyacaacute en Colombia En condiciones
comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de fertilizantes compuestos
(Barrera 1998)
56 Conclusiones
En el estudio de caso que se abordoacute en este trabajo en el cual se modeloacute el comportamiento del
rendimiento del cultivo de papa bajo diferentes tratamientos de fertilizacioacuten y escenarios de
cambio climaacutetico se aprecia que las diferencias en rendimiento entre tratamientos se hacen menos
significativas en el futuro pese a que todos los tratamientos tienden a generar una mayor
produccioacuten A pesar de este nuevo panorama el resultado del anaacutelisis de sostenibilidad arroja los
mismos resultados en el presente y en el futuro siendo el tratamiento con la menor aplicacioacuten de
fertilizante de forma fraccionada el mas sostenible a lo largo del tiempo Estos resultados sugieren
que las praacutecticas de manejo integrado de la fertilizacioacuten como construir y aplicar la foacutermula de
fertilizacioacuten de acuerdo con las propiedades del suelo y los requerimientos nutricionales y
fenologiacutea de la planta generan una mayor sostenibilidad del sistema de produccioacuten de papa
200 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ANEXOS Capiacutetulo 5
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario actual
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP NO3 AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ 053
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 061
NO3 072 072 072 03 10 10 10 069
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 028 07 20 20 10 ϯ 067
PCat 028 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10 058
S Hm
ELB 100 075 075 02 10 10 10 ϯ 057
ELB(45) 100 075 076 02 10 10 10 ϯ
PO 075 075 100 02 10 10 10 ϯ 055
HT 075 076 100 02 10 10 10 ϯ 057
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 062 04 20 20 10 ϯ 067
FC 062 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 094 01 10 10 10 ϯ
NI 094 01 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 095 099 094 081 095 01 10 10 05 072
NPV 095 094 092 062 094 01 20 20 10 064
ORO 099 094 091 083 094 01 10 10 05
IRR 094 092 091 079 092 01 10 10 05 064
BPQ 081 062 083 079 077 02 20 20 10 065
BPP 095 094 094 092 077 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
201 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 45
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10 ϯ
PCat 029 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ
NI 096 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 092 100 092 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 055 092 02 20 20 10 064
ORO 100 091 090 082 094 01 10 10 05
IRR 092 088 090 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 055 082 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 094 091 075 01 10 10 05 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
202 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 85
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 008 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 008 05 20 20 07 ϯ
N-kg 008 008 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10
PCat 029 07 20 20 10 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ 057
NI 096 00 10 10 10 ϯ
Rtbl
BC 092 100 091 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 054 092 02 20 20 10 069
ORO 100 091 089 081 093 01 10 10 05
IRR 091 088 089 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 054 081 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 093 091 075 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Conclusiones generales
Existe un considerable nuacutemero de herramientas que permiten evaluar la sostenibilidad de
diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola MSEAS es comuacuten a estas en cuanto al uso de
indicadores y el proceso de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten No obstante MSEAS posee
cinco caracteriacutesticas que la hace diferente 1) Estaacute orientada a escala de parcela o unidad
experimental mientras que las demaacutes se utilizan a partir de escala de finca especiacuteficamente
MSEAS se utiliza para evaluar tratamientos dentro de un experimento aplicado 2) Evalua la
sostenibilidad de las actividades orientadas al manejo del suelo o con injerencia en este recurso
natural En ese sentido la dimensioacuten ambiental de MSEAS esta dividida en atributos que
relacionan al suelo con la planta el agua y la atmoacutesfera 3) MSEAS parte de un marco de seleccioacuten
de indicadores que da eacutenfasis a procesos cuantitativos mientras que las demaacutes herramientas
seleccionan los indicadores a partir de paraacutemetros principalmente subjetivos 4) MSEAS se adapta
para evaluar la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten en condiciones actuales o ante posibles
condiciones futuras y 5) A partir de la construccioacuten de un inventario del sistema productivo para
cada unidad experimental MSEAS incluye un importante nuacutemero de indicadores Algunos de
estos pueden estimarse mediante herramientas de modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle
Assessment) y DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer)
Con el uso de MSEAS se evidencioacute que las evaluaciones de sostenibilidad como una integracioacuten
multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son un mecanismo eficaz para
evaluar diferentes alternativas o actividades agriacutecolas relacionadas con el manejo del suelo y
definir cuaacutel es mas viable ambiental econoacutemica y socialmente El uso de MSEAS mostroacute que en
investigacioacuten aplicada para designar un tratamiento como ldquoel mejorrdquo se debe hacer sobre la base
de su sostenibilidad pues cuando solo se tienen en cuenta unas pocas variables y la recomendacioacuten
se hace basada simplemente en los resultados teacutecnicos se pueden generar sesgos al no tener en
cuenta coacutemo el tratamiento recomendado afectariacutea el entorno ambiental social y econoacutemico de los
productores Los resultados de los anaacutelisis de sostenibilidad de los diferentes experimentos
mostraron falencias que probablemente no se visibilizan sin la ayuda de este tipo de anaacutelisis Se
204 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
identificoacute por ejemplo que el uso de abonos orgaacutenicos no asegura un incremento en la
sostenibilidad ambiental
Al hacer la evaluacioacuten de sostenibilidad con MSEAS los resultados pueden contradecir las
presunciones que se hacen en campo En el experimento de evaluacioacuten de foacutermulas de fertilizacioacuten
orgaacutenico-mineral en tomate el tratamiento donde se utilizoacute uacutenicamente fuentes de siacutentesis quiacutemica
alcanzoacute el mayor nivel de sostenibilidad En el experimento de fraccionamiento de la fertilizacioacuten
en papa el tratamiento que obtuvo el menor rendimiento generoacute la mayor sostenibilidad del
sistema productivo En el experimento de rotacioacuten la secuencia papa-papa-avena generoacute la mayor
sostenibilidad mientras que papa-arveja-papa obtuvo el menor nivel de sostenibilidad a pesar de
generar los mayores ingresos econoacutemicos Esto sugiere que si se tuviera en cuenta solamente el
rendimiento como indicador para designar el mejor tratamiento los resultados seriacutean distintos a los
mostrados por los anaacutelisis de sostenibilidad llevados a cabo
Con el marco de referencia que se construyoacute para seleccionar indicadores adaptado e incluido en
MSEAS se observoacute que es posible elegir indicadores reduciendo el nivel de subjetividad
tradicionalmente ligado a este proceso Esto se logra si se siguen una serie de criterios de seleccioacuten
cuantitativos rigurosos y preestablecidos
Los anaacutelisis de sostenibilidad al enmarcar el ambiente la sociedad y la economiacutea permiten
evaluar los sistemas de produccioacuten agriacutecola de forma global Estimar cuan sostenible seriacutean los
sistemas (tratamientos) evaluados a lo largo del tiempo antildeade mayor objetividad al anaacutelisis Con
este trabajo se mostroacute que es posible estimar el nivel de sostenibilidad a lo largo del tiempo
Gracias a herramientas como DSSAT se pueden establecer muacuteltiples escenarios de evaluacioacuten En
este trabajo se evaluaron dos asociados al cambio climaacutetico
205
Recomendaciones
Con el fin de estudiar las interacciones del suelo con el ambiente se recomienda que en los anaacutelisis
de sostenibilidad cada atributo (calidad del suelo relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera y
relacioacuten suelo-planta) esteacute representado por un indicador De esta forma se podriacutea mostrar un
panorama maacutes amplio del impacto del manejo del suelo sobre el ecosistema en el cual se desarrolla
el cultivo Tambieacuten es recomendable que cada atributo de las dimensiones social y econoacutemica
esteacuten representados por un indicador en el anaacutelisis de sostenibilidad
En este proyecto se utilizoacute DSSAT para hacer las modelaciones no obstante es decisioacuten de los
investigadores utilizar este software o cualquier otro que le permita llegar a los resultados deseados
con MSEAS
Se debe tener en cuenta que el alcance de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental en
donde se trata de simular las condiciones comerciales es decir la uacutenica modificacioacuten en cuanto al
manejo del sistema de produccioacuten agriacutecola es respecto a los tratamientos Experimentos en
condiciones totalmente controladas (pej en laboratorio o fitotroacuten) podriacutean tener limitaciones para
usar MSEAS pues el inventario del sistema productivo podriacutea no estar relacionado con las
condiciones reales de cultivo
El nuacutemero arrojado por el iacutendice de sostenibilidad (0 a 1) no indica que si un tratamiento obtiene
un valor de uno genera una sostenibilidad total del sistema productivo Este iacutendice se utiliza para
comparar el nivel de sostenibilidad entre diferentes tratamientos Valores cercanos a uno sugieren
el mayor nivel de sostenibilidad entre los tratamientos evaluados pero esto no quiere decir en
teacuterminos absolutos que ese sistema realmente es sostenible Puede que todos los tratamientos en
la realidad generen un muy bajo nivel de sostenibilidad pero al hacer la comparacioacuten entre ellos
uno sobresalga y obtenga un IS alto cercano a uno Esto podriacutea contrarrestarse a medida que los
indicadores utilizados esteacuten mejor parametrizados es decir que cuenten con rangos oacuteptimos
aceptados en la comunidad cientiacutefica De este modo las evaluaciones entre los tratamientos se
realizariacutean a partir de estos rangos y no de las comparaciones ldquomayor o menor es mejorrdquo
206 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Se debe tener en cuenta que con MSEAS no se pretenden hacer predicciones Esta metodologiacutea
sirve para evaluar posibles escenarios pero de ninguacuten modo se deben tomar como predicciones del
futuro Esto busca que a partir de la evaluacioacuten de multiples escenarios se evidencie si existe
consistencia con los resultados mostrados en condiciones actuales
Los suelos donde se llevaron a cabo los experimentos tienen un nivel de fertilidad alto que implica
que la planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas En
futuros trabajos se podriacutea simular el comportamiento del cultivo en un ambiente con mayores
limitaciones edafoclimaacuteticas
207
Alcance proyecciones y limitaciones
MSEAS posee el siguiente alcance
bull Escala El alcance geograacutefico de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental
bull Liacutenea de investigacioacuten Manejo de suelos en actividades agriacutecolas con impacto directo en
el suelo labranza fertilizacioacuten riego y rotacioacuten
bull Tipo de investigacioacuten Investigacioacuten aplicada cuyos resultados obtenidos sean
susceptibles de aplicacioacuten directa en condiciones de produccioacuten real comercial
bull Condiciones experimentales Experimentos que emulan las condiciones de produccioacuten
comercial donde los tratamientos son las uacutenicas fuentes de variacioacuten
bull Datos de entrada obligatorios Inventario del sistema productivo e indicadores para cada
atributo de cada dimensioacuten
Proyeccioacuten El siguiente paso para MSEAS es construir una aplicacioacuten que automaacuteticamente
seleccione los indicadores y calcule el iacutendice de sostenibilidad Esto a partir del ingreso de los
resultados de todos los indicadores crudos medidos en el experimento La aplicacioacuten podriacutea tener
ademaacutes una conexioacuten a la base de datos de LCA (Ecoinvent) y todas las funciones financieras De
esta forma a partir de los datos del inventario del sistema productivo la aplicacioacuten arrojariacutea
automaacuteticamente resultados de algunos indicadores ambientales y sociales y todos los indicadores
econoacutemicos
Limitaciones
No es sencillo estimar las variaciones del suelo en el futuro a traveacutes de indicadores de calidad del
suelo debido a que no existen los modelos que permitan simular todas las propiedades incluidas en
dichos indicadores Los avances maacutes importantes se han dado con carbono orgaacutenico y nitroacutegeno
pero la mayoriacutea de los indicadores de calidad del suelo incluyen propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas llevando a la necesidad de asumir que estas propiedades permaneceraacuten constantes y
solo se modificaraacuten las variables que se pueden modelar
208 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Otra de las limitaciones de las evaluaciones de sostenibilidad en el futuro es que el proceso de
modelacioacuten requiere que los cultivares ya esteacuten calibrados con los diferentes modelos En este
caso la variedad de papa Diacol Capiro se calibroacute en estudios anteriores por lo que fue posible
realizar el anaacutelisis Sin embargo tomate al ser producido bajo cubierta no se puede modelar con
DSSAT Del mismo modo en el estudio de rotacioacuten los cultivos de avena forrajera y arveja no
han sido modelados ni en DSSAT ni en otros softwares Esto se puede contrarrestar utilizando
softwares o modelos que si tengan establecidos los cultivares que se pretenden analizar
209
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Zornoza R Acosta JA Bastida F Domiacutenguez SG Toledo DM Faz A 2015 Identification of
sensitive indicators to assess the interrelationship between soil quality management practicesand human
health Soil 1 173ndash185 httpsdoiorg105194soil-1-173-2015
A mi esposa Nadia Luque y nuestro hijo Jacobo
Monsalve Luque porque son mi apoyo fortaleza y
verdadero horizonte
Agradecimientos
Agradezco a Dios a mi familia y a todas las personas que me brindaron su apoyo para la
realizacioacuten de este trabajo
A la profesora Martha Henao por su guiacutea apoyo y sobre todo por su comprensioacuten e inmensa
humanidad quien no solo se limitoacute a guiar y corregir mi trabajo sino que ademaacutes fue un apoyo
constante
A los miembros de mi comiteacute doctoral profesores Andreacutes Pentildea Angela Castantildeo Aquiles
Darghan Helena Goacutemez y Jesus Ospina
A los profesores e investigadores Andrea Rodriacuteguez Carlos Bojacaacute Gerrit Hoogenboom Johan
Sebastian Gutierrez Oscar Castillo Yolanda Rubiano por su guiacutea cientiacutefica y valiosas ensentildeanzas
A la Universidad Nacional de Colombia
A la Corporacioacuten Colombiana de Investigacioacuten Agropecuaria (Agrosavia)
Al Centro de Biosistemas de la Universidad Jorge Tadeo Lozano
A la Universidad de Florida
Y a todos los que directa o indirectamente aportaron su granito de arena para que pudiera alcanzar
el objetivo
Resumen y Abstract IX
Resumen
A escala finca regioacuten paiacutes o planeta existe un considerable nuacutemero de instrumentos que evaluacutean
cualitativa o cuantitativamente el nivel de sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola
Las opciones se reducen si la evaluacioacuten se quiere realizar a nivel ultra detallado donde el sistema
productivo estaacute a escala de parcela o unidad experimental es decir en investigacioacuten agriacutecola
aplicada En este contexto es comuacuten que los mejores tratamientos sean identificados a traveacutes de
las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis estadiacutestico de variables como rendimiento
pero no se definen desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola conectando al
ambiente la sociedad y la economiacutea como un todo Por otra parte muchos de los estudios de
sostenibilidad agriacutecola se realizan sin tener en cuenta las caracteriacutesticas del suelo Esto contrasta
con el efecto directo y determinante que este recurso tiene sobre la agricultura Ademaacutes de la
restriccioacuten de detalle geograacutefico y la escasa importancia que se le da al suelo las actuales
herramientas no abordan cuantitativamente la sostenibilidad a largo plazo Teniendo en cuenta
estas tres limitaciones se disentildeoacute construyoacute y evaluoacute MSEAS (Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo) una herramienta de
anaacutelisis de la sostenibilidad agriacutecola basada en indicadores que reuacutene las tres dimensiones de la
sostenibilidad ambiental social y econoacutemica y a traveacutes de un iacutendice cuantitativo mide el nivel
actual o futuro de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados en experimentos sobre manejo
del suelo MSEAS se construyoacute con cuatro caracteriacutesticas importantes
1) adaptable a experimentos asociados a actividades de manejo del suelo con diversas
caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten
2) modulable dependiendo de la cantidad y calidad de los datos se tiene la opcioacuten de evaluar solo
la sostenibilidad actual o la sostenibilidad actual y futura
3) cuantificable el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un iacutendice
cuantitativo
4) inferencial es posible estimar un importante nuacutemero de indicadores mediante herramientas de
modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle Assessment) y DSSAT (Decision Support System
for Agrotechnology Transfer)
X Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Antes de construir MSEAS se plantearon cuatro documentos de liacutenea base
1) Revisioacuten sobre indicadores de sostenibilidad agriacutecola asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo
2) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental
3) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agriacutecolas
4) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
Estos trabajos sirvieron de liacutenea base y sustento teacutecnico para la puesta a punto de MSEAS la cual
se desarrolloacute a traveacutes de tres procesos disentildeo construccioacuten y evaluacioacuten con datos simulados uso
en condiciones actuales y uso en escenarios futuros Se utilizaron datos de experimentos reales
(estudios de caso) para evaluar la metodologiacutea La principal conclusioacuten que se desprende de esta
evaluacioacuten es que es viable el uso de MSEAS con experimentos agriacutecolas orientados al suelo ya
que se evidencioacute su capacidad para identificar los tratamientos ambiental social y
econoacutemicamente maacutes sostenibles en los experimentos evaluados
Palabras clave MSEAS indicador de sostenibilidad calidad del suelo relacioacuten suelo-planta
relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera DSSAT LCA
Contenido XI
Abstract
At the farm region country or global scale there are many instruments that qualitatively or
quantitatively assess the level agricultural production systems sustainability The options are
reduced if the evaluation is to be carried out at the ultra-detailed level where the production
system is at the plot or experimental unit scale ie in applied agricultural research In this context
it is common for the best treatments to be identified through the significant differences resulting
from the statistical analysis of variables such as yield However they are not defined from the
sustainability of the agricultural production system connecting the environment society and the
economy On the other hand many agricultural sustainability studies are conducted without
considering soil characteristics This contrasts with the direct and determining effect that this
resource has on agriculture In addition to the restriction of geographic detail and the low
importance given to soil current tools do not quantitatively address long-term sustainability With
these three limitations in mind MSEAS (Methodology for Sustainability Evaluation oriented to
Soil Associated Agricultural Experiments) an indicator-based agricultural sustainability analysis
tool was designed constructed and evaluated It brings together the three dimensions of
sustainability environmental social and economical and through a quantitative index measures
the current or future level of sustainability of the treatments evaluated in soil management
experiments MSEAS was constructed with four essential characteristics
1) Adaptable to experiments associated with soil management activities with diverse spatial
temporal and measurement characteristics
2) Modular since depending on the quantity and quality of the data there is the option of
evaluating only current sustainability or current and future sustainability
3) Quantifiable the level of sustainability of treatments is determined through a quantitative index
4) Inferential since it is possible to estimate many indicators using modeling and simulation tools
such as LCA (Life Cycle Assessment) and DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology
Transfer)
Before building MSEAS four baseline documents were proposed
1) Review of agricultural sustainability indicators associated with soil properties processes and
management
2) Evaluation of soil quality indicators with the possibility of use at plot or experimental unit scale
XII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3) Labour effort Indicator to estimate the magnitude of physical effort in agricultural work
4) Framework for the selection of the minimum set of indicators for agricultural sustainability
evaluations at the plot scale
These works served as a baseline and technical support for the development of MSEAS which
was developed through three processes design construction and evaluation with simulated data
use in current conditions and future scenarios Data from real experiments (case studies) were
used to evaluate the methodology The main conclusion drawn from this evaluation is that the use
of MSEAS with soil-oriented agricultural experiments is feasible Its ability to identify the most
environmentally socially and economically sustainable treatments in the evaluated experiments
was evidenced
Keywords SMAES sustainability indicator soil quality soil-plant relationship soil-water
relationship soil-atmosphere relationship DSSAT and LCA
Contenido XIII
Contenido
Resumen IX
Abstract XI
Contenido XIII
Lista de figuras XVI
Lista de tablas XVIII
Lista de abreviaturas XXII
Introduccioacuten general 23
1 Marco teoacuterico 28 11 Sostenibilidad agriacutecola 28 12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola basadas en indicadores 29 13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia 31 14 Suelo y variabilidad climaacutetica 31 15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en agricultura 33 16 Indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten 37 161 Resumen 37 162 Abstract 37 163 Introduccioacuten 38 164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten 39 165 Metodologiacutea 39 166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola 40 167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con su entorno
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 50 168 Conclusiones 55
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS 56 21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados para la construccioacuten y evaluacioacuten
de MSEAS 57 211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate bajo invernadero
(ExTom) 57 212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como estrategia para
reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el cultivo de papa (ExPtSp) 57 213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) 58
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela
o unidad experimental 59 221 Resumen 59 222 Abstract 60
XIV Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
223 Introduccioacuten 60 224 Metodologiacutea 64 225 Resultados 72 226 Discusioacuten 81 227 Conclusiones 87
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agricolas 88 231 Resumen 88 232 Abstract 88 233 Introduccioacuten 89 234 Metodologiacutea 90 235 Resultados y discusioacuten91 236 Conclusiones 98
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela 99 241 Resumen 99 242 Abstract 100 243 Introduccioacuten 100 244 Metodologiacutea 103 245 Resultados 111 246 Discusioacuten 115 247 Conclusiones 117
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) 118 31 Resumen 118 32 Abstract 119 33 Introduccioacuten 119 34 Materiales y Meacutetodos 121
341 Revisioacuten y tipos de indicadores 121 342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores 121 343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 122
35 Resultados y discusioacuten 126 351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial en MSEAS 126 352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten seleccionados para definir un
uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 133 36 Conclusiones 139
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales 141 41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de un cultivo de tomate frente a la
aplicacioacuten de cinco mezclas de fertilizantes 141 411 Resumen 141 412 Abstract 142 413 Introduccioacuten 142 414 Materiales y Meacutetodos 144 415 Resultados y discusioacuten 154 416 Conclusiones 163
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de
caso en Mosquera Colombia 165 421 Resumen 165 422 Abstract 165
Contenido XV
423 Introduccioacuten 166 424 Materiales y Meacutetodos 167 425 Resultados y discusioacuten 170 426 Conclusiones 177
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa 179 51 Resumen 179 52 Abstract 180 53 Introduccioacuten 180 54 Materiales y Meacutetodos 181
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema productivo 181 542 Uso de MSEAS en condiciones actuales 182 543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura 183
55 Resultados y discusioacuten 185 551 Escenario de cambio climaacutetico 185 552 Modelacioacuten en DSSAT 186 553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores centrales
seleccionados 190 554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS) 192
56 Conclusiones 199 ANEXOS Capiacutetulo 5 200
Conclusiones generales 203
Recomendaciones 205
Alcance y proyecciones 207
Bibliografiacutea 209
XVI Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de figuras
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor 27
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al
2017 35
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten
agriacutecola con indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor55
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los
tratamientos de los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo
(abajo) SMAF SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P)
SQPCA(P) PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto 78
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto
miacutenimo de indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten 115
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten
estaacutendar desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94 134
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los
iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 136
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 137
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 138
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 139
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 161
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tukey Plt 005) n=15 176
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a
experimentos agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de
sostenibilidad en condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP
Inventario del sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de
Contenido XVII
componentes principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules
corresponden a macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El
autor 182
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos
los puntos de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia) 187
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador
rendimiento (Yd) en el escenario actual 188
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3- +
NH4+ - N Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs)
temperatura maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85
Los datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten 189
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP
45 y 85 (2020 - 2100) 190
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay
diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 198
Contenido XVIII
Lista de tablas
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad
agriacutecola 30
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 32
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado
de Hoogenboom et al 2017 36
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades
agriacutecolas Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 46
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados
en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 51
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 52
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 53
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 54
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo 61
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
62
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
63
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos
(Exp) en evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias
significativas (Plt005) 65
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades
(Props) pH (agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD)
densidad aparente (Db) conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del
indicador de calidad de suelo SQSMAF Fuente adaptado de Andrews et al (2004) 67
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado 68
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de
calidad de suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados 73
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA
para los tres experimentos evaluados 74
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados 75
Contenido XIX
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para
los tres experimentos evaluados 76
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los
tres experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) 76
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de
calidad de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados 77
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los
tres experimentos evaluados 79
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los
tres experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes
aplicados al suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005
= P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados 91
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) 92
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten
terreno ST = Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP =
Cosecha y postcosecha Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado 92
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado
seguacuten su grado de esfuerzo (GE) 95
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende
GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 96
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las
labores de cultivo entre los sistemas evaluados 97
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y
MuiNo Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo
MaxGET = Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 98
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola
(Fuente de Olde et al 2016b) 102
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de
caso 110
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten
obligatorios (ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt
Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No
redundante y SgDf Significativamente diferente 111
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no
obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ
Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de
presente y futuro AgVr Agregado113
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc)
NoCv = No covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de
XX Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
correlacioacuten obtenido en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis
de covarianza en el componente principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador
correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de covarianza del PCA 114
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten 126
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 128
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 129
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 130
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 131
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 132
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 133
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del
inventario del sistema productivo 145
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema
productivo La informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento
individualmente 145
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental 149
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social 151
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica 152
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 155
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores 156
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 158
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 159
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados 163
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores 171
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 173
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 174
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 175
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y
Garzoacuten (2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio 184
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de
Ordontildeez y Bolivar (2014) 184
Contenido XXI
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ -
Nmin) y nitroacutegeno absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040
2041-2070 y 2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto
al periodo 2016-2040 188
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85
(periodo 2041 - 2070) 192
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada
tratamiento para el escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores
centrales 193
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 195
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 197
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario actual 200
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 45 201
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 85 202
XXII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de abreviaturas
Ab Teacutermino Ab Teacutermino Ab Teacutermino
AcTn Aceptacioacuten Inc Terreno inclinado OrC Testigo (control) orgaacutenico
AGG Estabilidad de agregados IRR Tasa interna de retorno ORO Tasa de oportunidad obtenida
AgVr Agregado IS Iacutendice de sostenibilidad PaArPa Rotacioacuten papa-arveja-papa
AP Acidificacioacuten potencial IS-45 Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
45 PaAvAr Rotacioacuten papa-avena-arveja
As Tratamiento Foacutermula de fertilizacioacuten de
Agrosavia IS-85
Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
85 PaPaAv Rotacioacuten papa-papa-avena
AsSp Tratamiento Fraccionamiento mensual de
As IS-A Iacutendice de sostenibilidad actual PCA Anaacutelisis de componentes principales
AsSp25 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 25 ISP IS por producto de indicadores ponderados PCat
Porcentaje de producto de primera
categoriacutea
AsSp50 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 50 ISS IS por suma ponderada de indicadores PCG Potencial de calentamiento global
BC Relacioacuten beneficio costo ISλ IS por funcioacuten multicriterio Pln Terreno plano
BPP Punto de equilibrio por precio IV Inversioacuten PlnAl Altamente tecnificado en terreno plano
BPQ Punto de equilibrio por cantidad JA Jornales por antildeo por hectaacuterea PlnEs Escasamente tecnificado en terreno plano
CAA Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Almacenamiento de Agua JC Jornales por ciclo por hectaacuterea PlnMd
Medianamente tecnificado en terreno
plano
CDR Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces LC Labores culturales PlnNo No tecnificado en terreno plano
ChC Testigo (control) quiacutemico LCA Anaacutelisis de ciclo de vida PLSR Regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales
CMI Conjunto miacutenimno de indicadores MdAs Medicioacuten asequible PO Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos
CRH Capacidad de retencioacuten de humedad MdEd Medido o estimado PrFu Balance de presente y futuro
CrLc Criterio de correlacioacuten de seleccioacuten de
indicadores Min Terreno muy inclinado PrTz Parametrizado
CS Cobertura del suelo MNM El menor es el mejor RCP Viacutea de concentracioacuten representativa
CSN Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Suministro de Nutrientes MuiAl
Altamente tecnificado en terreno muy
inclinado RWU Absorcioacuten de agua por la raiacutez
CuAt Cuantificable MuiEs Escasamente tecnificado en terreno muy
inclinado SgDf Significativamente diferente
DsPt Desarrollo participativo MuiMd Medianamente tecnificado en terreno muy
inclinado MSEAS
Metodologiacutea de evaluacioacuten de la
sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo
DSSAT Sistema de soporte a la decisioacuten para
transferencia de agrotecnologiacutea MuiNo No tecnificado en terreno muy inclinado SockN Stock de N
ELB Indicador de esfuerzo de labor MWT Toxicidad marina S-Pr Relacioacuten suelo-produccioacuten (Uso de la
tierra)
ELB(45) Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de
labor Mx1 Mezcla organo-mineral uno SQ Calidad del suelo
Elto-kg Relacioacuten consumo de elemento por
kilogramo Mx2 Mezcla organo-mineral dos SQI Indicador de calidad del suelo
EP Eutrofizacioacuten Mx3 Mezcla organo-mineral tres SQPCA SQI con PCA
EpIn Especiacuteficamente interpretable MYM El mayor es el mejor SQPLSR SQI con PLSR
EtA Ecotoxicidad acuaacutetica NbAt Criterios no obligatorios alternos de
seleccioacuten de indicadores SQSA SQI aditivo simple
EtT Ecotoxicidad terrestre NbPr Criterios no obligatorios principales de
seleccioacuten de indicadores SQSMAF
SQI Marco de referencia de evaluacioacuten del
manejo del suelo
ExPtRo Experimento papa rotacioacuten NI Ingresos netos SQWP SQI aditivo ponderado
ExPtSp Experimento papa fraccionamiento N-kg Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo
producido StockC Stock de carbono
ExTom Experimento fertilizacioacuten tomate NoRd No redundante TrEs Trasnsparente y estandarizado
FAg Funcioacuten de agregacioacuten NPV Valor presente neto UE Unidad experimental
FC Costos fijos ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VC Costos variables
FWT Toxicidad de agua dulce ObGt Criterios obligatorios de seleccioacuten
indicadores VrRt Variable entre repeticiones
GE Grados de esfuerzo de labor ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad W Ponderador
GI Ingresos brutos ODS Objetivo de Desarrollo sostenible W-kg Cantidad de agua por kilogramo producido
GWP Calentamiento global OIR Tasa de intereacutes de oportunidad Yd Rendimiento
HT Toxicidad humana OLD Agotamiento de la capa de ozono
Introduccioacuten general
Se han desarrollado una serie de propuestas para disminuir el impacto que sobre el ambiente la
sociedad y la economiacutea produce el manejo inadecuado de los cultivos Estas son evaluadas desde
diferentes enfoques pero sin duda el que ha ganado maacutes importancia y se ha ido adoptando en el
mundo es el de la sostenibilidad al incorporar e integrar la perspectiva de las tres dimensiones o
enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1997) que incluye la viabilidad
econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017) Pero la sostenibilidad
agriacutecola no es faacutecilmente medida (Pollesch y Dale 2015) pues ademaacutes de ser multidimensional
se puede realizar a diferentes enfoques geograacuteficos de medicioacuten global (Bernard et al 2014
Kanter et al 2016 Pretty y Bharucha 2014 Repar et al 2016 Rockstroumlm et al 2017 Soussana
2014 Tittonell 2014 Yli-Viikari et al 2012) nacional (de Olde et al 2016 Ghisellini et al
2014 Kucukvar et al 2014 Rinne et al 2013 Roy y Chan 2012) regional (Dantsis et al 2010
Gaudino et al 2014 Gerdessen y Pascucci 2013 Mascarenhas et al 2010 Milder et al 2014
Triste et al 2014 Walraevens et al 2015) y de finca o sistema productivo (Beacutelanger et al 2012
Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 Marchand et al 2014 Peano et al 2014 Ryan et
al 2016 Schader et al 2016 Van Passel y Meul 2012)
Como punto de referencia el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo de tesis es una
combinacioacuten del enfoque de tres pilares de Elkington (1997) y el de desarrollo sostenible de la
WCDE (1987) Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la
economiacutea de un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la
capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades
Para facilitar las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola se han desarrollado una serie de
herramientas como aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos de
evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones cuantitativas
entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola (De Olde et
al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et
al 2014) Estas herramientas estaacuten orientadas a evaluar la sostenibilidad de los sistemas de
produccioacuten tradicionales que ya estaacuten establecidos y en curso comparando por ejemplo sistemas
24 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de produccioacuten orgaacutenica contra convencional (Van Asselt et al 2014) o con riego contra sin riego
(Goacutemez-Limon y Riesgo 2009) No obstante el problema que se identifica y del cuaacutel parte este
trabajo de tesis es que la literatura no reporta instrumentos orientados a definir cuaacutel de las
alternativas meacutetodos o teacutecnicas de produccioacuten agriacutecola evaluadas mediante experimentacioacuten
cientiacutefica es la maacutes sostenible en el corto mediano yo largo plazo Dentro de este aspecto se
considera ademaacutes que las praacutecticas agriacutecolas de manejo del suelo (fertilizacioacuten labranza y riego)
generan impacto directo sobre los recursos suelo agua y atmoacutesfera por lo que variaciones en el
meacutetodo de produccioacuten modificaraacuten el estado del ecosistema A partir de este hecho surgen dos
preguntas 1) iquestCoacutemo evaluar el impacto de estas variaciones sobre el sistema de produccioacuten y 2)
iquestQueacute hacer si el impacto es negativo Para resolver la segunda pregunta es necesario resolver la
primera En ese sentido las evaluaciones de sostenibilidad basadas en indicadores como una
integracioacuten multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son el mecanismo maacutes
eficaz para determinar si un meacutetodo alternativa o tendencia de manejo del suelo es viable
ambiental econoacutemica y socialmente Algunos de los indicadores que se utilizan estaacuten asociados
con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Por su complejidad no es sencillo
definir cuales indicadores son los que mejor representan el sistema de produccioacuten agriacutecola Debido
a esto pueden evaluarse propiedades fiacutesicas quiacutemicas o bioloacutegicas del suelo asumiendo
generalmente que estas serviraacuten de indicadores aun cuando no variacuteen con el uso o evaluar
indicadores que se ajustan maacutes a otro tipo de servicios ecosisteacutemicos Esto sugiere que es
necesario construir un instrumento basado en indicadores que permita evaluar la sostenibilidad
agriacutecola en la fase de investigacioacuten aplicada al manejo del suelo
En concordancia con lo anterior Deytieux et al (2016) sugieren que las evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola deberiacutean realizarse no solo para sistemas tradicionales de produccioacuten sino
para nuevas alternativas de cultivo desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
identificando de esta forma las praacutecticas de cultivo maacutes sostenibles para ser compartidas con los
agricultores y tomadores de decisioacuten en el territorio
Cabe aclarar que la investigacioacuten aplicada hace referencia a aquellos estudios cientiacuteficos
orientados a resolver problemas de la vida cotidiana o a controlar situaciones praacutecticas (Vargas
2009) y cuyos resultados se podriacutean utilizar directamente en un contexto comercial Una de las
subdivisiones de la investigacioacuten aplicada es la experimental (Vargas 2009) la cuaacutel requiere que
las parcelas o unidades experimentales (UE) sean lo maacutes homogeacuteneas posible con el fin de reducir
25 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
el error De esta forma se asegura que la principal fuente de variacioacuten son los tratamientos
evaluados (Goacutemez 1997 Wayne 2002 y Martiacutenez et al 2011)
El principal objetivo de la investigacioacuten aplicada al manejo del suelo en agricultura es encontrar el
tratamiento que genere el mayor rendimiento del producto cosechado Ese tratamiento es aquel que
estadiacutesticamente presenta diferencias significativas y cuya media es mayor a los demaacutes
tratamientos evaluados Recomendar un tratamiento especiacutefico basado uacutenicamente en la evaluacioacuten
estadiacutestica podriacutea conducir a errores en su implementacioacuten comercial pues muchas veces el
oacuteptimo teacutecnico no corresponde con el oacuteptimo econoacutemico (Lanfranco y Helguera 2006) y estos a
su vez no estaacuten en equilibrio con el oacuteptimo ambiental y social Dado que el objetivo de la
investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten en campo calificar un tratamiento de manejo
del suelo como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de un estudio de sostenibilidad agriacutecola en
concordancia con lo expuesto por Deytieux et al (2016)
A pesar de que en la literatura se encuentran trabajos cientiacuteficos cuyo objetivo es sugerir el
correcto manejo del suelo y recomendar el o los mejores tratamientos para su aplicacioacuten en campo
estas recomendaciones se basan en los resultados teacutecnicos de los experimentos no se hacen sobre
la base de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados y aunque en muchos de estos trabajos se
realizan evaluaciones de variables de rendimiento de impacto ambiental o de rentabilidad no
consideran la interaccioacuten entre las dimensiones ambiental social y econoacutemica como un todo (p ej
Gu et al 2018 Hosiny et al 2017 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018
Wang et al 2018) Esto puede deberse a varias razones 1) la sostenibilidad no es una
caracteriacutestica uacutenica que pueda ser faacutecilmente medida ya que es multidimensional puede evaluarse a
diferentes enfoques geograacuteficos (Pollesch y Dale 2015) 2) no existe una herramienta de
evaluacioacuten de la sostenibilidad a escala experimental que se pueda utilizar especiacuteficamente en
estudios de investigacioacuten aplicada donde los sistemas son las unidades experimentales (a las
cuales se les aplican los tratamientos) y 3) la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los sistemas
(tratamientos) presumiriacutea la realizacioacuten de encuestas y la medicioacuten de variables adicionales a las ya
medidas en cuyo caso se requeririacutea un mayor uso de recursos (experticia tiempo y dinero)
Todo lo anterior evidencia que es necesario contar con una herramienta que permita evaluar la
sostenibilidad agriacutecola en experimentos relacionados con el manejo del suelo Esto seriacutea posible
debido a que 1) Muchas de las variables que alimentariacutean los indicadores provendriacutean de la misma
investigacioacuten 2) Gracias a la homogeneidad y tamantildeo de las unidades experimentales la medicioacuten
26 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de la sostenibilidad a escala experimental podriacutea hacerse con indicadores que se enfoquen
principalmente en la(s) fuente(s) de variacioacuten evaluada(s) es decir en los tratamientos contrario a
los estudios de sostenibilidad a un enfoque geograacutefico mayor los cuales requieren una gran
cantidad de observaciones debido a la heterogeneidad de la fuente de informacioacuten (p ej Dantsis
et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010) 3) La secuencia de evaluacioacuten
establecida para otras escalas geograacuteficas de medicioacuten principalmente de finca podriacutea adaptarse a
la escala de parcela o unidad experimental 4) Los indicadores de la dimensioacuten social no tendriacutean
que abordar poliacuteticas gubernamentales diferenciales (que se apliquen dependiendo de la regioacuten o
estado) ya que estas tendriacutean la misma influencia sobre todas las unidades experimentales en
evaluacioacuten 5) Existen diferentes herramientas informaacuteticas que permiten por medio de
modelacioacuten calcular ciertos indicadores que complementan las mediciones en campo 6) La
evaluacioacuten estadiacutestica que se hace de rutina no seraacute el paraacutemetro central para la toma de decisiones
eacuteste serviraacute como herramienta para decidir cuales indicadores se incluiraacuten en el anaacutelisis de
sostenibilidad a traveacutes de la definicioacuten de diferencias significativas entre tratamientos 7) Aunque
el objetivo del desarrollo y la agricultura sostenible son claros la medicioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola es compleja
El objetivo general del presente trabajo fue construir una herramienta para evaluacioacuten de
sostenibilidad agriacutecola a escala experimental que calcule mediante iacutendices cuantitativos el nivel
de sostenibilidad actual y futura de los tratamientos evaluados en experimentos asociados al
manejo del suelo
Para el logro del objetivo general se plantearon los siguientes objetivos especiacuteficos
Objetivo 1 Construir una metodologiacutea para evaluar la sostenibilidad agriacutecola a escala
unidad experimental donde los sistemas productivos a comparar son los tratamientos
Objetivo 2 Evaluar la metodologiacutea midiendo la sostenibilidad agriacutecola actual en
experimentos de manejo del suelo en los cultivos de papa y tomate
Objetivo 3 Evaluar la sostenibilidad futura en experimentos de manejo del suelo en papa
mediante la interaccioacuten tratamiento ndash escenario de cambio climaacutetico
El trabajo expuesto en este documento se esquematiza en la Figura 0-1
27 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor
28 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1 Marco teoacuterico
11 Sostenibilidad agriacutecola
Como se expuso en el apartado anterior el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo
de tesis es Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la economiacutea de
un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de
las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades (Elkington1997 y WCDE 1987)
La mayoriacutea de las definiciones de desarrollo y agricultura sostenible contemplan tres dimensiones
(De Luca et al 2017) la ambiental la social y la econoacutemica que Huumlnnemeyer et al (1997)
definen de la siguiente forma
bull Sostenibilidad ambiental (ecoloacutegica) los ecosistemas mantienen a traveacutes del tiempo las
caracteriacutesticas fundamentales para su supervivencia en cuanto a componentes e
interacciones
bull Sostenibilidad social la forma de manejo y la organizacioacuten social permiten un grado
aceptable de satisfaccioacuten de las necesidades de la poblacioacuten involucrada
bull Sostenibilidad econoacutemica el sistema bajo uso produce una rentabilidad razonable y
estable o que hace atractivo continuar con dicho manejo a traveacutes del tiempo
El estudio de la sostenibilidad agriacutecola al igual que en otros componentes de desarrollo humano
involucra las dimensiones ambiental social y econoacutemica El informe de la Comisioacuten Mundial para
el Desarrollo y el Ambiente (WCED 1987) dejoacute en evidencia que la agricultura tiene impacto
sobre estas tres dimensiones y a su vez estas tienen impacto sobre la agricultura (Tilman et al
2002) Esto es maacutes evidente en paiacuteses en desarrollo donde esta actividad es el principal medio de
subsistencia (Rao y Rogers 2006) La agricultura no solo impacta el ambiente sino que se ve
afectada directamente por sus cambios (Tilman et al 2002) A partir del informe de la WCED
comenzaron a desarrollarse conceptos como el de agricultura sostenible que es aquella que
satisface la necesidad de alimentos de las presentes y futuras generaciones obteniendo un equilibrio
entre la integridad ambiental y la equidad econoacutemica y social (FAO 2013) Estos conceptos y
29 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
desarrollos fueron la base para que en el 2015 las Naciones Unidas incluyeran a la agricultura
dentro de los 17 objetivos de desarrollo sostenible (ODS)
El reto de la evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es que requiere el equilibrio entre la
credibilidad cientiacutefica la relevancia praacutectica y la legitimacioacuten del proceso en muacuteltiples escenarios
pues incluye un enfoque socioeconoacutemico y cientiacutefico y no solo de gestioacuten de recursos naturales
(Joice 2003) La sostenibilidad agriacutecola cuenta con un considerable nuacutemero de instrumentos de
medicioacuten principalmente a escala finca (De Olde et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014
Paracchini et al 2015 Peano et al 2014 Schindler et al 2015) Estos concuerdan en la forma y
secuencia de evaluacioacuten asiacute 1) Seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad 2) Medicioacuten de
variables e indicadores esta medicioacuten se realiza de acuerdo con la naturaleza de cada indicador y
dimensioacuten 3) Normalizacioacuten de datos 4) Ponderacioacuten y agregacioacuten de indicadores y 5)
Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad
12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola basadas en indicadores
Cuando se realiza un anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola es necesario definir los indicadores y la
teacutecnica o instrumento que los agregaraacute en iacutendices En ese sentido se han desarrollado un conjunto
de herramientas basadas en indicadores que permiten la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los
sistemas agriacutecolas (De Olde et al 2016a Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Paracchini et al 2015
Peano et al 2014 Schindler et al 2015) En la Tabla 1-1 se describen algunas de esas
herramientas seleccionadas de acuerdo con los siguientes criterios 1) Que esteacuten orientadas a
evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola a escala finca 2) Que la evaluacioacuten de la
sostenibilidad se base en indicadores 3) Que las herramientas se hayan difundido a traveacutes de
publicaciones en revistas cientiacuteficas indexadas (evaluadas por pares acadeacutemicos) 4) Que incluyan
indicadores para cada una de las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y
econoacutemica)
Las herramientas expuestas en Tabla 1-1 sirvieron como insumo y punto de partida para la
construccioacuten de MSEAS
30 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad agriacutecola Herramienta Descripcioacuten Indicadores de Suelo sugeridos Referencia
CIAS
Composite
Indicator of Agriculture
Sustainability
Metodologiacutea cuantitativa que mediante ecuaciones estima cuantitativamente la
sostenibilidad de los sistemas y agrupa cierto nuacutemero de indicadores en un indicador
compuesto valieacutendose de teacutecnicas como el anaacutelisis de componentes principales (PCA) el proceso jeraacuterquico analiacutetico (PJA) y el anaacutelisis de decisioacuten multi criterio
(ADMC) Incluye 1) desarrollo de un marco teoacuterico 2) seleccioacuten de indicadores
base 3) anaacutelisis multivariado 4) imputacioacuten de datos faltantes 5) normalizacioacuten 6) ponderacioacuten y agregacioacuten (PCA PJA o TDMC) 7) anaacutelisis de robustez y
sensibilidad 8) enlaces de indicadores compuestos con otras variables 9) retorno a
los datos reales y 10) siacutentesis
NPKbal CS
Goacutemez-
Limoacuten y Riesgo
2009
CIMSOF
Composite
Indicator
Measuring Farm Sustainability
Metodologiacutea que asigna una puntuacioacuten y clasifica individualmente el desempentildeo de
la sostenibilidad agriacutecola a traveacutes de un indicador compuesto Primero usa anaacutelisis de
componentes principales policoacutericos no negativos para reducir el nuacutemero de
indicadores eliminar su correlacioacuten y transformar las variables categoacutericas en continuas Posteriormente aplica un anaacutelisis envolvente de datos de peso comuacuten a
estos componentes principales para asignar una puntuacioacuten individual a cada sistema
evaluado Seguacuten los autores este meacutetodo resuelve el tema de las ponderaciones de forma endoacutegena permitiendo al mismo tiempo identificar caracteriacutesticas
importantes en la evaluacioacuten de la sostenibilidad
Libre eleccioacuten Dong et
al2015
IDEA
Agricultural
holdings
sustainability indicator
Incluye 10 temas divididos en 42 subtemas Se sustenta en estrevistas a fincas Para
cada indicador se obtiene una cantidad de puntos Se define un valor maacuteximo para
cada subtema y tema con el fin de limitar la posibilidad de compensar los puntajes bajos (de Olde et al 2016b)
MOS NPKbal Zahm et
al 2008
LCSA
Life Cycle
Sustainable Assessment
Es una combinacioacuten de tres metodologiacuteas de ciclo de vida (LC) que evaluacutean cada una
de las dimensiones de la sostenibilidad ambiental (LCA - anaacutelisis de ciclo de vida)
econoacutemica (LCC - costo del ciclo de vida) y social (sLCA ndash anaacutelisis del ciclo de vida
social) LCSA = LCA + LCC + sLCA Se utilizan herramientas como el anaacutelisis de
decisioacuten multi criterio (ADMC) para agregar el resultado final de los LC
EtT EP EtA PCG AP CS De Luca et
al 2018
PG Public Goods
Tool
Evaluacutea el sistema de produccioacuten agriacutecola a traveacutes de una serie de factores Cubre 11
temas con 33 subtemas Los puntajes de los subtemas se calculan utilizando varios
indicadores calificados entre 1 y 5 Los puntajes se derivan a traveacutes de una entrevista a la finca e incluyen algunas comparaciones con los promedios regionales (de Olde et
al 2016b)
Manejo del suelo Incluye
indicadores a libre eleccioacuten
Gerrard et
al 2012
PESAS
Protocol for Evaluating the
Sustainability of
Agri-Food Production
Systems
Evalua la sostenibilidad a partir de la cuantificacioacuten de indicadores base seleccionados de una lista cruda de indicadores Luego de la seleccioacuten se establecen
liacutemites de sostenibilidad para estos indicadores (parametrizacioacuten) Posteriormente se
determina su impacto en la evaluacioacuten de sostenibilidad La ponderacioacuten de los indicadores es definida por los tomadores de decisioacuten Se pueden determinar tambieacuten
los grados de compensacioacuten entre indicadores y dimensiones
NO3 PCG AP Elto-kg S-Pr van Asselt
et al 2014
RISE
Response-Inducing
Sustainability
Evaluation 20
Utiliza doce indicadores de sostenibilidad Estos se calculan a partir de 68 variables
elegidas para estimar la influencia del agruicultor en ciertas actividades La unidad
de sistema es la finca Para evaluar la sostenibilidad utiliza dos paraacutemetros de estado y de fuerza motriz ambos variacutean de 0 (mejor) a 100 (peor) (Gerrard et al
2012)
MOS pH CE TE No-Nm Bi
Cn CRH NPKbal CS
Haumlni et al
2003
SAFA
Sustainability Assessment of
Food and
Agriculture systems
Se aplica a diferentes escalas de evaluacioacuten (desde finca a global) dirigida a todos
los actores desde agricultor hasta gobiernos Utiliza diferentes niveles de recopilacioacuten de datos dependiendo de la calidad requerida Incluye 21 temas 58
subtemas y 116 indicadores El puntaje de cada indicador se evaluacutea en una escala de
1 a 5 Las puntuaciones de los indicadores se agregan al subtema y estos al tema SAFA establece diferencias en la ponderacioacuten dependiendo del rendimiento las
praacutecticas de manejo y el objetivo de la actividad (de Olde et al 2016b)
Calidad quiacutemica del suelo
MOS pH CE No-Nm Pd Bi CIC
Estructura fiacutesica del suelo Cn Calidad bioloacutegica del suelo
Abundancia de organismos
actividad de microorganismos y presencia de sustancias
metaboacutelicas
FAO 2013
SMART
Sustainability Monitoring and
Assessment
Routine
Sistematiza las directrices de SAFA modelando el rendimiento de una finca con
respecto a los 58 subtemas Para cada uno se define un objetivo globalmente Para
cada objetivo hay indicadores que combinados permiten una evaluacioacuten del nivel de
logro del objetivo que se expresa en una escala del 0 al 100 0 indica que todas las actividades agriacutecolas aplicables contrarrestan el logro del objetivo 100
representa indica que la meta de sostenibilidad se ha logrado completamente En
total la herramienta se basa en 327 indicadores para los 58 subtemas
Schader et
al 2016
31 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia
Los estudios de cambio climaacutetico se construyen a partir de las proyecciones de clima futuro
proporcionadas por los muchos modelos climaacuteticos existentes La seleccioacuten de los modelos no es
sencilla y por lo general se realiza a partir del rango completo de cambios en las variables
climaacuteticas seguacuten lo proyectado por el conjunto total de modelos climaacuteticos disponibles Tambien
puede basarse en la habilidad de los modelos climaacuteticos para simular el clima pasado o en la
combinacioacuten de ambos (Lutz et al 2016)
En Colombia se han presentado aumentos de temperatura media en superficie de entre 04 y 1degC
durante el periodo 1901 a 2012 mientras que para la precipitacioacuten no se observan cambios
significativos para el mismo periodo Sin embargo al considerar el periodo 1951-2010 se aprecian
incrementos en el norte y centro del paiacutes del orden de 10 y 50 (IDEAM et al 2015) Se estima
que en Cundinamarca en el periodo 2011-2040 aumente la temperatura en 13 degC y que para el
2100 esta se incrementaraacute en 35degC mientras que la precipitacioacuten se incrementaraacute en 847 en el
periodo 2011-2040 y para el 2100 el incremento seraacute del 914 (IDEAM et al 2015)
14 Suelo y variabilidad climaacutetica
Con respecto al suelo la situacioacuten es maacutes compleja ya que no existen modelos que permitan
predecir con suficiente certeza todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas que interactuacutean
en el sistema suelo-planta Los mayores avances se han presentado con carbono y nitroacutegeno
(Parton et al 1994 Godwin y Sing 1998) seguido de foacutesforo (Dzotsi et al 2010) El uso de los
pocos modelos de suelo que existen no es sencillo pues al igual que con el clima es
recomendable conocer como ha sido el comportamiento de las propiedades en el pasado (ge 10
antildeos) para predecir con mayor certidumbre lo que sucederaacute en el futuro (p ej Zhang et al 2016 y
Yang et al2013) Las mediciones de las propiedades del suelo de una forma permanente y a
intervalos en tiempo y espacio similares no han sido tan comunes como las mediciones de
variables climaacuteticas Cada vez maacutes estaciones son instaladas y maacutes herramientas son construidas
para medir o estimar estas variables en todas las regiones del mundo (p ej NASA POWER -
Stackhouse y Kusterer 2019) Esta situacioacuten ha obligado a realizar modelacioacuten de cultivos
asumiendo que muchas de las propiedades del suelo permaneceraacuten constantes a lo largo del
tiempo
32 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es posible saber que hacer en el presente con respecto al manejo del suelo pero este conocimiento
podriacutea no aplicar en un ambiente de variabilidad climaacutetica (Brouder y Volenec 2008) El clima
tiene una fuerte influencia en la estructura propiedades quiacutemicas y biota del suelo (Ortiacutez 2012
Altieri y Nicholls 2008) Un aumento en el reacutegimen de lluvias promueve una mayor lixiviacioacuten de
nutrientes y afecta la nutricioacuten de los cultivos en el corto plazo por hipoxia de las raiacuteces y en el
largo plazo por aumento de la erosioacuten del suelo (St Clair y Lynch 2010) El aumento de las
precipitaciones tambieacuten puede causar erosiones en las laderas montantildeosas (Ortiacutez 2012) Una
disminucioacuten de las precipitaciones reduce la absorcioacuten de nutrientes (Blum 2005) la fijacioacuten
bioloacutegica de nitroacutegeno y podriacutea interrumpir el ciclo de algunos elementos esenciales (St Clair y
Lynch 2010) Las altas temperaturas y la disminucioacuten de las lluvias podriacutean alterar los ritmos de
crecimiento de las raiacuteces pues estas disminuyen considerablemente en los suelos secos reduciendo
la cobertura del suelo y hacieacutendolo maacutes vulnerable a la erosioacuten eoacutelica (Altieri y Nicholls 2008) El
incremento en la temperatura podriacutea reducir la fertilidad del suelo debido al aumento de la
descomposicioacuten de su materia orgaacutenica (St Clair y Lynch 2010) (Tabla 1-2)
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 Proceso Variables de cambio global Interaccioacuten con estreacutes mineral
Erosioacuten Precipitacioacuten fuerte sequiacutea Peacuterdida general de nutrientes del suelo CO2 y
fertilizante
Traspiracioacuten conducida por
flujo de masas Sequiacutea temperatura HR CO2
Peacuterdida o inmovilizacioacuten de NO3 SO4 Ca
Mg y Si
Crecimiento y arquitectura
de la raiacutez Sequiacutea temperatura del suelo CO2 Todos los nutrientes especialmente P y K
Micorrizas CO2 P Zn N
Microorganismos del suelo
(Ciclo del N) Sequiacutea temperatura del suelo N
Fijacioacuten bioloacutegica de N Sequiacutea temperatura del suelo N
Estatus redox del suelo Inundacioacuten Mn Fe Al y B
Lixiviacioacuten Precipitacioacuten fuerte NO3 SO4 Ca Mg
Fenologiacutea de la planta Temperatura P N K
Estatus del carbono orgaacutenico
del suelo
Humedad y temperatura del suelo
CO2 Todos los nutrientes
Salinizacioacuten Precipitacioacuten temperatura Na K Ca Mg
Debido a que el manejo adecuado del suelo es de suma importancia en la mitigacioacuten de las
emisiones de Gases Efecto Invernadero (GEI) (Galford et al 2010) los estudios se han enfocado
en dos componentes 1) la dinaacutemica (ciclo) del carbono emisiones de CO2 y estrategias de
mitigacioacuten de esas emisiones (secuestro de C) (Bailey et al 2018 Davidson y Janssens 2006
33 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Kutiacutelek 2011 Lal 2009 Ogle et al 2005 Schimel et al 2007 Smith 2012) y 2) mineralizacioacuten
de N lixiviacioacuten de N-NO3- y emisiones de N-NOx (Rennenberg et al 2009)
15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en
agricultura
En teacuterminos agriacutecolas conocer el comportamiento de un sistema de produccioacuten en 30 50 o 100
antildeos no es sencillo debido a las muacuteltiples variables de suelo y clima que interactuacutean
constantemente y cuya modificacioacuten genera variaciones en la fisiologiacutea de la planta Se han
desarrollado un nuacutemero importante de instrumentos para simular condiciones cambiantes del
ambiente y estimar como esos cambios modifican aspectos vegetativos y productivos de las plantas
cultivadas (IICA 2015) Sistemas de soporte a la decisioacuten basados en modelacioacuten de cultivos
como DSSAT (Hoogenboom et al 2017) AquaCrop (FAO 2017) APSIM (Keating et al 2003)
o EPIC (EPIC Development team 2017) entre otros fueron construiacutedos para responder a la
pregunta iquestqueacute tal siacute Con estos modelos se puede simular distintas condiciones agroclimaacuteticas y
estimar el comportamiento de la planta en esas nuevas condiciones Se construyen articulando los
componentes de suelo (movimiento de agua y nutrientes) planta (fotosiacutentesis desarrollo
fenoloacutegico y densidad de longitud radicular) y atmoacutesfera (evapotranspiracioacuten) (Hoogenboom et al
2017)
Los modelos agroclimaacuteticos se utilizan principalmente para predecir el rendimiento potencial de un
cultivar Este potencial estaacute ligado a la radiacioacuten solar temperatura y concentracioacuten de dioacutexido de
carbono atmosfeacuterico Al mismo tiempo esta asociado a los rasgos geneacuteticos que rigen la duracioacuten
del periacuteodo de crecimiento de la planta la interceptacioacuten de luz la conversioacuten a biomasa y la
divisioacuten (particioacuten) de esa biomasa en sus oacuterganos cosechables (Grassini et al 2015) Otros usos
son comunes estimar estrategias de rotacioacuten estudiar la dinaacutemica de la concentracioacuten de un
nutriente o la materia orgaacutenica del suelo elaborar planes de irrigacioacuten planificar las cosechas o
seleccionar el cultivar (Jones et al 2003 Rojas 2011) Tambieacuten se han planteado modelos para
para estimar los posibles impactos del cambio climaacutetico yo de la variabilidad climaacutetica regional
(Rojas 2011)
34 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
151 Sistemas de soporte a la decisioacuten
Los sistemas de soporte a la toma de decisiones (SSD) son paquetes de software que integran los
modelos agroclimaacuteticos procesamiento numeacuterico e informacioacuten cualitativa cuyo principal
objetivo es estimar el rendimiento potencial de varias alternativas de cultivo para llegar a una
decisioacuten basada en el resultado estimado que produciraacute cada una de dichas alternativas
(Hoogenboom et al 2017 Jones et al 2003 Liu et al 2011 Timsina et al 2008)
El SSD sirve como soporte a los usuarios pues les permite ingresar datos de siembra variedades
fertilizantes riego condiciones de suelo clima entre otros y les dan la posibilidad de analizar la
mejor eleccioacuten en funcioacuten de la informacioacuten disponible de forma faacutecil y eficiente y asiacute tomar las
decisiones con base en los objetivos que pretenden cumplir por ejemplo reducir costos aumentar
productividad disminuir impactos negativos al medio ambiente entre otros Es asiacute como un SSD
basado en un conjunto de modelos para simular el crecimiento de cultivos ayuda a mejorar la
eficiencia de un sistema productivo (De la Rosa et al 2004 Shahbazi y Jafarzadeh 2010)
Las posibles decisiones son muy sensibles a la variacioacuten de las condiciones edafoclimaacuteticas pues
depende de todos los factores que podriacutean ser significativos (Jones 2003) Los SSD han sido
usados de manera exitosa para evaluar el impacto del cambio climaacutetico y al mismo tiempo se han
empleado para disentildear estrategias de adaptacioacuten a este fenoacutemeno (Tan y Shibasaki 2003)
La informacioacuten inicial con que se debe contar la estructura y la informacioacuten de salida del SSD
variacutea de acuerdo con las necesidades para las cuales haya sido disentildeado el tipo de cultivo la zona
geograacutefica y la precisioacuten y nivel de desarrollo deseados (Rojas 2011) Existe una gran cantidad de
literatura relacionada con los SSD en diferentes partes del mundo Se describiraacute brevemente los
principios del sistema de apoyo a la toma de decisiones de transferencia agrotecnologica DSSAT
152 Sistema de Soporte de Decisiones para la Transferencia Agrotecnoloacutegica
(DSSAT)
El software DSSAT (por sus siglas en ingleacutes Decision Support System for Agrotechnology
Transfer) incorpora moacutedulos para diferentes cultivos en un software que facilita la evaluacioacuten y la
aplicacioacuten de modelos de cultivos para diferentes propoacutesitos (Jones 2003) DSSAT permite
35 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
simular 44 cultivos diferentes que facilitan la creacioacuten y el manejo de diversos experimentos
permitiendo manipular por ejemplo suelos y clima (Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011) La
base de DSSAT es un disentildeo de estructura modular con las siguientes secciones 1) suelo2)
archivos de entrada para simular diferentes cultivos 3) manejo de datos de clima y tiempo entre
otras Permite disentildear experimentos combinando cambiando y ajustando variables ante diferentes
escenarios climatoloacutegicos o construir diferentes escenarios de uso de fertilizantes y manejo del
riego (Jones 2003 Rojas 2011) (Figura 1-1)
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al 2017
Los modelos para los diferentes cultivos dentro de DSSAT pueden simular resultados a medida
que se incrementa el nivel de complejidad En el nivel maacutes bajo el rendimiento del cultivo
depende solamente de la cantidad de radiacioacuten la temperatura y el potencial geneacutetico siendo esta
una simulacioacuten del rendimiento potencial donde el agua y los nutrientes del suelo o fertilizantes no
son limitantes para el desarrollo del cultivo Aumentando la complejidad el desarrollo del cultivo
puede verse limitado por la disponibilidad hiacutedrica pero no por los nutrientes acercaacutendose maacutes a un
36 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
rendimiento real En un tercer nivel se incluye la disponibilidad de nitroacutegeno como una posible
limitacioacuten mientras que en un cuarto nivel de complejidad la disponibilidad de foacutesforo va a ser
determinante del rendimiento final Aumentar el nivel de complejidad de la simulacioacuten implica
aumentar el volumen y la precisioacuten de datos de entrada pero amplia el horizonte de investigacioacuten
comparando el rendimiento del cultivo con cada uno de los factores que lo determinan
(Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011)
Los conjuntos miacutenimos de datos requeridos por el modelo se exponen en la Tabla 1-3
(Hoogenboom et al 2017)
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado de
Hoogenboom et al 2017
Moacutedulo
Clima Suelo Cultivo
Variable Unidad Variable Unidad Variable Unidad
Est Meteoroloacutegica (Latitud) Clasificacioacuten USDA 2014 Siembra mmddaa
Est Meteoroloacutegica (Longitud) Pendiente Muestreo suelos mmddaa
Radiacioacuten MJ m-2 diacutea-1 Color Munsell Densidad siembra plantas m-
2
Temperatura maacutexima 0C
Espesor Hznte m Esp Entre surcos m
Temperatura maacutexima Arena
Prof Siembra m
Precipitacioacuten total diaacuteria mm Limo Cultivar
Observaciones Tambieacuten se puede incluir
temperaturas de bulbo seco y huacutemedo y velocidad del
viento para simular la evapotranspiracioacuten La duracioacuten de los registros meteoroloacutegicos debe como miacutenimo
cubrir la duracioacuten del experimento y preferiblemente comenzar unas semanas antes de la siembra y
continuar unas pocas semanas despueacutes de la cosecha
Arcilla Observaciones Tambieacuten se solicita
informacioacuten sobre el riego y las
praacutecticas de fertilizacioacuten
D Aparente g cm-3
C Orgaacutenico
pH Experimento
Saturacioacuten Al El componente experimental incluye datos de crecimiento del cultivo y la
dinaacutemica del agua y la fertilidad del
suelo
Observaciones Tambieacuten se pide
informacioacuten sobre abundancia de
raiacuteces
37 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
16 Indicadores asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten
161 Resumen
Las evaluaciones de sostenibilidad son el mecanismo maacutes adecuado para determinar si un meacutetodo
alternativa o tendencia de produccioacuten de cultivos es viable ambiental econoacutemica y socialmente
Estas se realizan por medio de herramientas basadas en indicadores algunos asociados con las
propiedades composicioacuten procesos y manejo del suelo Para conocer a profundidad el estado del
arte de la investigacioacuten en sostenibilidad agriacutecola con respecto al manejo del suelo se realizoacute esta
revisioacuten en la cuaacutel 1) se da una visioacuten global del efecto de las actividades agriacutecolas asociadas al
manejo del suelo sobre la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten y 2) se hace una descripcioacuten
general de los indicadores asociados al suelo que se han utilizado en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Se han utilizado 28 indicadores agrupados en indicadores inherentes al suelo (16) e
indicadores de procesos relacionados con la relacioacuten suelo-agua (3) relacioacuten suelo-atmoacutesfera (5) y
relacioacuten suelo-planta (4)
Palabras clave Relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-atmoacutesfera relacioacuten suelo-agua indicadores
de suelo seleccioacuten de indicadores
162 Abstract
Sustainability assessments are the most appropriate mechanism to determine if a method
alternative or crop production system is environmentally economically and socially viable These
assessments are carried out through indicators-based tools some associated to soil properties
composition processes and management practices In this review an overview of the soil
management practices effect on the sustainability of agricultural systems is given and a general
description is made of the soil indicators that have been used in agricultural sustainability
assessments A total of 28 indicators are analysed grouping them by soil inherent features (16) and
processes related to soil-water (3) soil-atmosphere (5) and soil-plant (4) systems
38 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Keywords Soil-plant soil-atmosphere and soil-water relationship soil indicators indicators
selection
163 Introduccioacuten
Dentro de la dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad agriacutecola generamente hay indicadores
asociados a propiedades del suelo cuya eleccioacuten depende de la naturaleza y el objetivo del anaacutelisis
que se pretende desarrollar aunque es comuacuten que los indicadores seleccionados promuevan entre
otras cosas que los sistemas evaluados hagan un ldquomanejo sostenible del recurso suelordquo definido
por Toacuteth et al (2007) como ldquoel manejo racional del suelo que no ejerce ninguacuten efecto negativo
irreparable ya sea en el suelo mismo o en cualquier otro sistema del medio ambiente
El uso del suelo en actividades agriacutecolas puede tener los siguientes efectos acumulacioacuten de
sustancias toacutexicas en los productos cosechados contaminacioacuten del agua yo la atmoacutesfera (si la
cantidad de fertilizantes aplicados excede la capacidad de amortiguacioacuten del suelo) erosioacuten (por
agua yo viento) compactacioacuten (por traacutefico de maquinaria y sobre pastoreo) salinizacioacuten (por
riego especialmente en regiones aacuteridas o en suelos con drenaje deficiente) agotamiento de
nutrientes destruccioacuten de la estructura y reduccioacuten en la biodiversidad del suelo lo cual pone en
peligro la produccioacuten agriacutecola y por ende la seguridad alimentaria (Scheffer et al 2016) El uso
sostenible del suelo depende de las condiciones ambientales las caracteriacutesticas del suelo y el uso
de este Estos interactuacutean bajo el principio de sistema donde el cambio de un factor causa la
alteracioacuten de los demaacutes El manejo sostenible del suelo es dinaacutemico y a partir de este hecho se
orientan las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola y se definen los indicadores a evaluar (Toacuteth et
al 2007)
Los objetivos de esta revisioacuten son i) Conocer la relacioacuten que existe entre la sostenibilidad agriacutecola
y las propiedades procesos y manejo del suelo y ii) Identificar los indicadores construidos a partir
de las propiedades del suelo y sus procesos asociados y que han sido utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
39 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten
Ambientales La USEPA (1972) definioacute un indicador ambiental como una medida del cambio en
el estado del medio ambiente o en actividades humanas que afectan ese estado preferiblemente en
relacioacuten con un valor estaacutendar un objetivo o una meta La agricultura ambientalmente sostenible
es aquella que mejora la calidad de vida de los agricultores y consumidores y al mismo tiempo
reduce los desechos y los impactos ambientales nocivos de las actividades agriacutecolas (Allahyari et
al 2016) Los indicadores ambientales pueden obtenerse a traveacutes de 1) variables simples medidas
directamente o estimadas 2) de variables agregadas o 3) mediante estimacioacuten a traveacutes de modelos
o funciones (Zhang et al 2018)
Sociales La dimensioacuten social se relaciona con el bienestar de todos los seres humanos
involucrados en la cadena de produccioacuten agriacutecola desde los agricultores hasta los consumidores
Esta dimensioacuten aborda las oportunidades laborales (Allahyari et al 2016 Commission 2001) la
salud humana (Allahyari et al 2016 Benoit et al 2010) y la seguridad alimentaria Esta uacuteltima a
traveacutes de una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible producir maacutes y mejor en una menor
aacuterea de siembra (Rockstroumlm et al 2017) A escala de parcela o unidad experimental los
indicadores de la dimensioacuten social se enfocan en variables asociadas con el manejo agronoacutemico de
los sistemas productivos
Econoacutemicos Se relacionan con el uso eficiente de los recursos econoacutemicos la competitividad y la
viabilidad financiera del sector agriacutecola (Commission 2001) Esta dimensioacuten se evaluacutea para
asegurar que la produccioacuten permita la autosuficiencia o los ingresos miacutenimos necesarios y para que
los agricultores obtengan una relacioacuten costo-beneficio positiva (Allahyari et al 2016)
165 Metodologiacutea
Para obtener la informacioacuten se realizoacute una revisioacuten preliminar en Google Scholar y posteriormente
se consultaron y descargaron las publicaciones de webs cientiacuteficas La buacutesqueda se realizoacute tratando
de ligar los teacuterminos ldquosuelordquo ldquoagriculturardquo y ldquosostenibilidadrdquo A partir de esta buacutesqueda se
identificaron las publicaciones que informaban acerca de los efectos de las praacutecticas agriacutecolas
asociadas al manejo del suelo sobre las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental
econoacutemica y social) Posteriormente la buacutesqueda se centroacute en los indicadores de sostenibilidad
40 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
agriacutecola asociados al manejo del suelo En ese sentido para la seccioacuten de indicadores solo se tuvo
en cuenta publicaciones donde se hizo referencia a la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola es decir que en las evaluaciones se incluyeran las tres dimensiones de la sostenibilidad
no solamente la dimensioacuten ambiental Se establecioacute una escala de tiempo de 20 antildeos hasta hoy
La literatura a la que se hace referencia en esta revisioacuten incluye artiacuteculos cientiacuteficos libros
acadeacutemicos y capiacutetulos de libros actas de conferencias acadeacutemicas e informes puacuteblicos de
reconocidas organizaciones internacionales de investigacioacuten agriacutecola
Se identificaron tres clases generales de publicaciones I) publicaciones que definen la
sostenibilidad agriacutecola y presentan informacioacuten sobre su evaluacioacuten (42 publicaciones) II)
publicaciones que contextualizan la situacioacuten del manejo del suelo en la agricultura (63
publicaciones) y III) publicaciones que evaluacutean en condiciones reales de campo la sostenibilidad
agriacutecola a traveacutes de indicadores (37 publicaciones) Cabe aclarar que hubo publicaciones que
aportaron informacioacuten en maacutes de una clase Se aplicaron los siguientes criterios para su inclusioacuten
en esta revisioacuten
bull Que esteacuten revisadas por pares acadeacutemicos
bull Que esteacuten orientadas a evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola es decir que
incluyan y armonicen las dimensiones ambiental social y econoacutemica del sistema (clases I
y III)
bull Que la evaluacioacuten de la sostenibilidad se base en indicadores (clase III)
bull Que incluyan indicadores para las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social
y econoacutemica) (clase III)
En general se incluyeron 128 referencias que describen o sirven para relacionar la sostenibilidad
agriacutecola con el manejo del suelo
166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
41 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
antropogeacutenicas que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Esto hace que cuando se
considera al suelo las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola sean auacuten maacutes complejas (Keestra
et al 2016)
Una muestra de la importancia de incluir al suelo en las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se
establece en los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) 2 3 6 11 13 14 y 15 en los cuales las
propiedades y funciones del suelo son relevantes en temas como seguridad alimentaria (ODS 2 y
6) inocuidad de alimentos (ODS 3) contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas (ODS 14) desarrollo
urbano (ODS 11) y sostenibilidad de los servicios ecosisteacutemicos terrestres (ODS 15) (Bouma et al
2019 Toacuteth et al 2018)
1661 Praacutecticas agriacutecolas asociadas al manejo del suelo con mayor impacto
en la sostenibilidad
Las principales actividades agriacutecolas asociadas al suelo que influyen directamente sobre la
sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola son la fertilizacioacuten la labranza y el riego Estas
generan impacto sobre el mismo suelo las fuentes hiacutedricas y la atmoacutesfera
Fertilizacioacuten
El uso de fertilizantes en la agricultura ha impulsado un aumento en la produccioacuten por unidad de
superficie y un incremento en el suministro de alimentos (Bruuselma et al 2012) En el mundo el
aacuterea cultivada ha crecido un 12 (Drechsel et al 2015) y el uso mundial de fertilizantes se ha
multiplicado por maacutes de cinco desde el inicio de la revolucioacuten verde (IFA 2018) En el 2015 el
consumo global de nitroacutegeno (N) y foacutesforo (P2O5) como fertilizantes fue de 109 y 41 Tg1
respectivamente (IFA 2018)
Las ventajas que sobre la produccioacuten de alimentos genera la aplicacioacuten de fertilizantes contrastan
con el impacto ambiental negativo (Bojacaacute et al 2014 y Cellura et al 2012) y econoacutemico que
producen en la agricultura lo cual se asocia directamente con la sostenibilidad de los sistemas
agriacutecolas Esto se debe en gran medida a que los efectos de la peacuterdida de la fertilidad del suelo
1 1 Tg = 100000 Mg = 100000 Toneladas
42 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que se traduce en reduccioacuten de la productividad generalmente se compensa con el aumento en la
aplicacioacuten de fertilizantes (Tilman et al 2002)
Existe una notable y preocupante diferencia entre los rendimientos globales de los cultivos y el uso
de fertilizantes nitrogenados tendieacutendose a reducir cada vez maacutes su uso eficiente (Hirel et al
2011 Tilman et al 2002) El uso de este tipo de fertilizantes ha aumentado cerca de siete veces y
el rendimiento de los cultivos se ha reducido 24 veces desde la deacutecada de los 60 (Hirel et al
2011 Spiertz 2009 Tilman et al 2002) El proceso Haber-Boch genera actualmente el 64 del
nitroacutegeno asociado a actividades humanas del cual cerca del 80 se usa en agricultura ya que
solo el 20 de N que se requiere proviene de la fijacioacuten bioloacutegica inducida por la especie
cultivada caso leguminosas (Galloway et al 2008) donde la soya contribuye con la fijacioacuten del
75 del nitroacutegeno (Spiertz 2009)
Con el foacutesforo ocurre algo similar ya que su consumo ha aumentado de seis a siete veces desde
1960 y cerca del 85 de este elemento es destinado a la produccioacuten de fertilizantes (Cordell et al
2009) fabricados a partir de roca fosfoacuterica recurso no renovable de cuyas reservas globales se
estima se agotaraacuten en 50 a 100 antildeos (Therond et al 2017) Debido a la compleja dinaacutemica del
foacutesforo en el suelo tan solo el 15 al 25 es absorbido por la planta Sin embargo este sigue
estando disponible para los cultivos durante largos periacuteodos de tiempo a menudo durante una
deacutecada o maacutes (Fixen et al 2015)
Maacutes del 90 del potasio producido se destina a la fabricacioacuten de fertilizantes potaacutesicos (cloruro
sulfato y nitrato de potasio) (Rawashdeh et al 2016 Rawashdeh y Maxwell 2014) cuyo consumo
ha aumentado de 88 millones de Mg en 1961 a 291 millones en 2008 (Rawashdeh et al 2016) A
diferencia del foacutesforo las reservas de potasio son amplias sin embargo se ha reportado que
grandes aacutereas agriacutecolas del mundo (pe Australia y China) presentan deficiencias de este elemento
(Roumlmheld y Kirkby 2010) Los suelos deficientes en potasio suelen ser arenosos anegados salinos
o aacutecidos (Zoumlrb et al 2014 Roumlmheld y Kirkby 2010) A diferencia del nitroacutegeno o el foacutesforo los
fertilizantes potaacutesicos se aplican en menor cantidad por lo que menos del 50 del K removido por
las plantas se repone (Zoumlrb et al 2014) En general no se reportan problemas ambientales o de
salud por la aplicacioacuten de ninguna de las formas comunes de fertilizantes potaacutesicos a menos que
como cualquier sustancia se utilice en exceso (Prakash y Prakash 2016)
43 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En Colombia hay un amplio uso de fertilizantes Por ejemplo la papa es uno de los cultivos con
mayor consumo de fertilizantes por unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y
Boyacaacute En condiciones comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de
fertilizantes compuestos (Barrera 1998) y seguacuten Fedepapa (2004) el rubro maacutes importante en la
saacutebana de costos es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167) Debido a fenoacutemenos
de fijacioacuten lixiviacioacuten yo volatilizacioacuten estos fertilizantes generalmente tienen una eficiencia
baja de entre 10 y 20 para foacutesforo (P) y entre 30 y 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998) Este tipo de fertilizacioacuten genera un considerable impacto ambiental por la emisioacuten
de gases efecto invernadero (GEI) Se estima que en producciones de baja intensidad la liberacioacuten
anual de N2O es de 8 Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es
maacutes alta que para muchos otros cultivos (Ruser et al 1998)
Labranza
La labranza es una actividad agriacutecola tradicional cuyo objetivo es incrementar la porosidad y la
capacidad de infiltracioacuten del agua en el suelo (de Almeida et al 2018) Las fuerzas mecaacutenicas que
se ejercen durante la labranza hacen que los macro agregados del suelo se alteren al fracturarlos o
compactarlos (Acar et al 2018 Blanco-Canqui y Lal 2004) Muchos de los procesos fiacutesicos
quiacutemicos y bioloacutegicos que tienen lugar en el suelo como la emergencia y crecimiento de las raiacuteces
de las plantas la transferencia de agua y gases la proteccioacuten y dinaacutemica de la materia orgaacutenica
dependen de la organizacioacuten y caracteriacutesticas de sus agregados (Acar et al 2018)
La praacutectica intensiva y a largo plazo de la labranza ha llevado a una degradacioacuten significativa del
suelo en muchos lugares del mundo (Loaiza et al 2018) Esta praacutectica no solo altera la estructura
del suelo sino que ademaacutes influye en la dinaacutemica del carbono orgaacutenico (oxidando la materia
orgaacutenica maacutes raacutepido que su tasa de reposicioacuten) (Loaiza et al 2018 Usman et al 2018 Barto et
al 2010) la actividad microbiana (Lemtiri et al 2018 Lori et al 2017 van Capelle et al 2012)
y las emisiones de gases de efecto invernadero (Stavi y Lal 2013) Ademaacutes de esto debido a la
alteracioacuten que la labranza ejerce sobre la estructura del suelo se ha establecido que esta praacutectica de
cultivo es una de las principales causas de erosioacuten en las aacutereas cultivadas pues acelera la
escorrentiacutea superficial y la peacuterdida del suelo (Wang et al 2018)
44 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La labranza se considera de conservacioacuten si deja suficientes residuos para cubrir el 30 de la
superficie del suelo despueacutes de la siembra Este tipo de labranza al dejar residuos de cultivos tiene
efectos positivos a largo plazo (2 a 5 antildeos) como el aumento en el contenido de materia orgaacutenica
(Goacutemez et al 2016)
Aunque inicialmente se incrementa la capacidad de infiltracioacuten en los sistemas con labranza
convencional su efecto es temporal Con la labranza de conservacioacuten si la cantidad de residuos es
suficiente para cubrir el suelo se espera que el balance hiacutedrico mejore debido a una mayor
capacidad de infiltracioacuten y en menor medida a una menor evaporacioacuten Sin embargo el aumento
inicial en la compactacioacuten del suelo se asocia con la transicioacuten de labranza convencional a la de
conservacioacuten En suelos arcillosos la labranza cero puede agravar la compactacioacuten del suelo y
reducir el rendimiento No obstante tiene menos problemas para adaptarse a suelos de textura
franca o maacutes ligera debido a su menor riesgo de compactacioacuten (Goacutemez et al 2016)
Riego
Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es el agua (Marschner
2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de nutrientes si el agua
es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es fundamental para
producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha convertido en una gran
preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015)
Debido a que las aacutereas cultivadas con riego se han triplicado en los uacuteltimos 50 antildeos (FAO 2011)
el 70 de las extracciones y el 80-90 del consumo mundial de agua dulce se dedican al riego
(Therond et al 2017 Drechsel et al 2015) Mientras que en promedio dos litros de agua son
suficientes para la hidratacioacuten diaria de una persona se necesitan alrededor de 3000 litros
(produccioacuten agriacutecola y agroindustrial) para satisfacer sus necesidades diarias de alimentos
(Drechsel et al 2015) En muchas regiones irrigadas aumentaron fuertemente la escasez de agua y
los problemas de salinizacioacuten (Foley et al 2011 Gomiero et al 2011) La agricultura de regadiacuteo
solo representa el 20 del aacuterea total cultivada pero produce el 40 de los alimentos en el mundo
(FAO 2011)
45 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1662 Efecto negativo de las praacutecticas de manejo del suelo sobre la
sostenibilidad agriacutecola
Degradacioacuten del suelo
La degradacioacuten del suelo se asocia con la disminucioacuten de su calidad lo que en teacuterminos agriacutecolas
implica la disminucioacuten de su capacidad productiva (Usman et al 2018 Lal 2015) Esta
degradacioacuten estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del relieve y del suelo (propiedades fiacutesicas
quiacutemicas y bioloacutegicas) del clima (temperatura y precipitacioacuten) y de las praacutecticas de manejo
(intensivas o de conservacioacuten) Estos factores actuacutean como catalizadores pues dependiendo de sus
caracteriacutesticas e interaccioacuten se presentaraacuten suelos altamente resistentes a la degradacioacuten o muy
vulnerables a esta Este fenoacutemeno es particularmente problemaacutetico en zonas aacuteridas y sub-aacuteridas
donde la evapotranspiracioacuten excede a la precipitacioacuten (Usman et al 2018) El suelo puede
degradarse de forma fiacutesica quiacutemica yo bioloacutegica (Tabla 1-4)
Degradacioacuten fiacutesica Generalmente resulta en la alteracioacuten de la estructura del suelo lo cual genera
compactacioacuten disminucioacuten de la tasa de infiltracioacuten incremento de la escorrentiacutea superficial
erosioacuten eoacutelica e hiacutedrica mayores fluctuaciones de temperatura del suelo y una mayor propensioacuten a
la desertificacioacuten (Lal 2015)
Degradacioacuten quiacutemica Incluye la acidificacioacuten salinizacioacuten agotamiento de nutrientes reduccioacuten
de la capacidad de intercambio catioacutenico incremento de la concentracioacuten de Al o Mn (cuyo exceso
puede causar toxicidad en las plantas) deficiencias de Ca o Mg aumento de la concentracioacuten de
metales pesados y lixiviacioacuten de nutrientes esenciales (Lal 2015)
Degradacioacuten bioloacutegica Esta refleja en el suelo el agotamiento de sus reservas de carbono
orgaacutenico la peacuterdida de biodiversidad y la reduccioacuten de la capacidad de vertedero (Lal 2015) Una
de las consecuencias maacutes graves de la degradacioacuten bioloacutegica del suelo es que este se convierte en
fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (pe CO2 y
CH4) en lugar de sumidero de estos gases (Usman et al 2018)
46 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades agriacutecolas
Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Peacuterdida
de suelo
Erosioacuten Hiacutedrica y
eoacutelica
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo ya que induce la remocioacuten de su capa superior
donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) Generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo el espesor de la capa arable y la capacidad
de almacenamiento de agua y nutrientes (Scheffer y Schachtschabel 2016) Alrededor del 40 de las
aacutereas cultivadas en el mundo han experimentado alguacuten grado de erosioacuten reduccioacuten de la fertilidad o sobre pastoreo durante las uacuteltimas deacutecadas (Gomiero et al 2011) Se estima que la labranza intensiva
los sistemas de siembra (surcos-calles siembra a lo largo de la pendiente falta de cobertura) y la
exposicioacuten del suelo (suelo desnudo) durante la rotacioacuten de los cultivos son responsables de la peacuterdida de 26 millones de toneladas de suelo por antildeo que es 26 veces mayor que la tasa de peacuterdida natural
(Verhulst et al 2010) Si a esto se adiciona que la tasa de formacioacuten de suelo es menor que la de
erosioacuten en al menos un orden de magnitud (Scheffer y Schachtschabel 2016 Verheijen et al 2009) se
puede inferir que las actividades agriacutecolas que conllevan a la erosioacuten del suelo son las que generan el
mayor impacto ambiental y en consecuencia tienen mayor impacto en la peacuterdida gradual de la
sostenibilidad del sistema
Deterioro
del suelo
Fiacutesicas Alteracioacuten de
la estructura
La estructura del suelo es fundamental para muchos servicios ecosisteacutemicos tales como productividad
(agriacutecola) y control de inundaciones (Farahani et al 2018) Tiene dos caracteriacutesticas importantes forma
o disposicioacuten geomeacutetrica de partiacuteculas y poros del suelo y estabilidad o resistencia a los cambios (Kay 1990) Muchas de las funciones del suelo tal como la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash
aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) se rigen por la estructura del suelo Esta propiedad es tiacutepicamente
maacutes sensible a la modificacioacuten de la estructura que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad Las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su
conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Quiacutemicas Disminucioacuten
gradual de nutrientes
esenciales
Se presenta principalmente por el desbalance entre la absorcioacuten de nutrientes por las plantas y la
aplicacioacuten de nutrientes mediante fertilizacioacuten Cuando las plantas absorben una mayor cantidad de nutrientes que la aportada por los fertilizantes se produce la extraccioacuten de las reservas de nutrientes del
suelo agotaacutendolas gradualmente Este desbalance se incrementa cuando no se hace aplicacioacuten de
materia orgaacutenica yo no se reincorporan los residuos de cosecha (Lal 2015)
Salinizacioacuten La acumulacioacuten de sales particularmente de sodio (Na+) cloro (Cl-) y boro (B) difieren de un lugar a otro y representan un peligro para la agricultura de regadiacuteo sobre todo en regiones aacuteridas y semiaacuteridas
(Farahani et al 2018 Lal 2015 Havlin et al 2014) El grado y naturaleza de los problemas de
salinidad son de origen natural o antropogeacutenico por meteorizacioacuten mineral sales almacenadas salinidad eoacutelica precipitacioacuten e irrigacioacuten con agua salinasoacutedica (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et
al 2018 Farahani et al 2018) La salinizacioacuten del suelo es frecuente en aacutereas con niveles freaacuteticos
altos con un inadecuado manejo del riego yo con drenaje deficiente que estaacuten sometidas a altas tasas de evaporacioacuten y bajas tasas de lixiviacioacuten (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et al 2018 Lal 2015)
El efecto de la salinidad del suelo en los cultivos agriacutecolas es extremadamente negativo pues conduce a
la necrosis de las hojas la alteracioacuten de la fenologiacutea y en uacuteltima instancia a la muerte de las plantas (Ivushkin et al 2018) El Na+ es determinante debido a su efecto toacutexico sobre las plantas y a su
influencia en el deterioro de la estructura del suelo (Weldeslassie et al 2018)
Acidificacioacuten
y
alcalinizacioacuten
La acidez del suelo pude causar toxicidad por aluminio y manganeso deficiencias de calcio foacutesforo y
magnesio y reduccioacuten de la mineralizacioacuten de nitroacutegeno por disminucioacuten de la actividad microbiana
(Havlin et al 2014) Conduce a la reduccioacuten de la disponibilidad de boro zinc molibdeno y cobre (Weldeslassie et al 2018) La alcalinidad altera la fertilidad fiacutesica de los suelos a traveacutes del sellado de
la superficie y la formacioacuten de costras Tambieacuten impacta sobre la fertilidad quiacutemica limitando la
disponibilidad de hierro manganeso zinc foacutesforo y cobre (Weldeslassie et al 2018) La acidificacioacuten es generalmente causada por la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes acidificantes (Lal 2015) pe en
forma de amonio que resultan en la disminucioacuten del pH del suelo despueacutes de que el NH4+ es nitrificado
a NO3- (Weldeslassie et al 2018)
Acumulacioacuten de metales
pesados
Los metales pesados (As Cd Cr Cu Pb Hg Ni y Zn WHO 2018) pueden llegar a contaminar los suelos agriacutecolas Pueden provenir de ciertos fertilizantes y estieacutercoles (Weldeslassie et al 2018) Estos
elementos son retenidos maacutes fuertemente en forma de complejos en las superficies de los
aluminosilicatos de arcilla oacutexidos hidratados y humus Tambieacuten se presentan en solucioacuten como cationes y son adsorbidos en el complejo de cambio (Weldeslassie et al 2018) Se considera que el
suelo es el vertedero definitivo de los metales pesados aunque se sabe relativamente poco sobre la
forma en que estos se ligan a los suelos y su facilidad de liberacioacuten (Weldeslassie et al 2018) La
concentracioacuten de metales pesados en los suelos puede verse influenciada por la variacioacuten en su textura
composicioacuten reacciones de oacutexido-reduccioacuten y de adsorcioacuten-desorcioacuten (Shayler et al 2009)
47 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Reduccioacuten de
la Capacidad
de Intercambio
Catioacutenico
(CIC)
La CIC determina la disponibilidad de nutrientes como Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+ para las plantas asiacute
como el comportamiento de elementos traza como Cd2+ y Zn2+ (Scheffer et al 2016) Se utiliza como
paraacutemetro en la clasificacioacuten y manejo de suelos y modelos de simulacioacuten agriacutecolaambiental asiacute como indicador de la resiliencia de las contribuciones a los servicios ecosisteacutemicos y de la fertilidad de los
suelos (Khodaverdiloo et al 2018) La CIC estaacute ligada al contenido de materia orgaacutenica la mineralogiacutea
de arcilla y el pH del suelo (Scheffer et al 2016) El humus aporta entre 60 y 300 cmol de carga por kg dependiendo del grado de humificacioacuten En suelos que contienen predominantemente silicatos de
capa 21 en la fraccioacuten de arcilla (illita vermiculita esmectita) esta entre 40-60 cmolc kg-1 mientras
que las fracciones de limo y arena tienen valores mucho maacutes bajos (Scheffer et al 2016) Las labores agriacutecolas no afectan la fraccioacuten arcilla pero si pueden modificar la dinaacutemica de la materia orgaacutenica y el
pH del suelo por ende influyen en su capacidad de intercambio catioacutenico
Bioloacutegicas Disminucioacuten
de carbono
orgaacutenico
Se presenta por la eliminacioacuten de gran parte del material vegetal y la escasa reposicioacuten de la materia
orgaacutenica mediante la incorporacioacuten de este material o la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos (Lal 2015)
Altera la disponibilidad de nutrientes la capacidad de retencioacuten de agua la porosidad la capacidad de
intercambio catioacutenico y la agregacioacuten estructural del suelo (Loaiza et al 2018)
Disminucioacuten de la
capacidad de
reservorio de carbono
En un contexto de cambio climaacutetico la funcioacuten del suelo como reservorio de carbono ha ganado gran intereacutes ya que esta conduce a la retencioacuten del CO2 atmosfeacuterico (Lal 2009) El secuestro de carbono en
el suelo a escala global se considera el mecanismo responsable del mayor potencial de mitigacioacuten de
cambio climaacutetico dentro del sector agriacutecola con una contribucioacuten estimada del 90 (Gattinger et al 2012) Sin embargo las reservas mundiales de carbono en el suelo agriacutecola han disminuido
gradualmente (Gattinger et al 2012) a pesar de que la fertilizacioacuten mineral genera una mayor cantidad
de materia orgaacutenica ya que promueve el incremento de los rendimientos y por lo tanto el aumento de los residuos de cultivo (Scheffer et al 2016)
Emisiones de GEI desde el suelo a la atmoacutesfera
Los cambios en la estructura del suelo modifican su capacidad como fuente y vertedero de gases y
limitan su capacidad de almacenamiento (Oertel et al 2016) Propiedades y procesos en el suelo
como humedad temperatura exposicioacuten y presioacuten de aire incendios vegetales pH concentracioacuten
de nutrientes tipo de cobertura y cambio en el uso de la tierra son los principales controladores de
las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (Oertel et al
2016)
La litoacutesfera contiene la mayor reserva de carbono y nitroacutegeno del planeta (sin tener en cuenta el N
atmosfeacuterico) con 108 Pg (1015 g) y 164 X 1011 Tg (1012 g) respectivamente almacenados
principalmente en su superficie (1 m) (Schaufler et al 2010 Nieder y Benbi 2008) Desde el
suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) y monoacutexido de
nitroacutegeno (N2O) que son importantes GEI (Oertel et al 2016) Sin embargo los sistemas agriacutecolas
intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo aumentando las emisiones de N2O (17 - 48 Tg
N2O antildeo-1) (IPCC 2013 Ciais et al 2013 Baggs 2011 Boeckx y Van Cleemput 2001 Bouwman
et al 1995) CO2 (180 Pg CO2 acumulados desde 1750 ndash 2011) (Ciais et al 2013) y CH4 (hasta
6950 micromol CH4 mminus2 hminus1) (Oertel et al 2016) La agricultura genera el 52 y el 84 de las
emisiones mundiales de CH4 y N2O respectivamente (Smith et al 2008) Estos dos gases tienen
25 y 298 veces respectivamente maacutes potencial de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013)
El flujo neto de CO2 desde los suelos agriacutecolas es pequentildeo comparado con las emisiones de la
48 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
industria (Smith et al 2008) Sin embargo a este flujo que es el resultado de la alteracioacuten del
suelo en actividades de labranza y de fertilizacioacuten deben sumarse aquellas emisiones provenientes
de la fabricacioacuten industrial de insumos agriacutecolas con uso de combustibles foacutesiles (pe plaacutestico y
fertilizantes) (Arizpe et al 2011 Smith et al 2008 West y Marland 2002)
Lixiviacioacuten de nutrientes
En condiciones naturales constantemente se lixivian iones desde el suelo a las aguas superficiales
y subterraacuteneas variando su intensidad seguacuten la magnitud y frecuencia de las lluvias y las
caracteriacutesticas del suelo (Laird et al 2010) En condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes
como nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente (Yao et al
2012) Esta excesiva lixiviacioacuten de iones desde el suelo no solo indica una baja eficiencia del
proceso de fertilizacioacuten (Dempster et al 2012) sino que puede agotar la fertilidad del suelo
acelerar su acidificacioacuten reducir los rendimientos de los cultivos y contaminar las aguas
superficiales y subterraacuteneas (Laird et al 2010 Ozacar 2003) Los altos niveles de nutrientes en
estas aguas pueden generar fenoacutemenos como la eutrofizacioacuten que es el resultado de la produccioacuten
excesiva de microorganismos acuaacuteticos fotosinteacuteticos en los ecosistemas marinos y de agua dulce
(Karaca et al 2004) quienes adaptados a ambientes con bajo contenido de nutrientes en
presencia de una alta concentracioacuten de estos incrementan raacutepidamente su reproduccioacuten
consumiendo el oxiacutegeno del ambiente acuaacutetico y provocando asiacute la muerte de otros organismos
que dependen de ese oxiacutegeno (Dempster et al 2012)
La emisioacuten de nutrientes hacia los ecosistemas acuaacuteticos se incrementa por la ineficiencia en el
proceso de fertilizacioacuten de los cultivos En promedio el 50 del nitroacutegeno aplicado mediante
fertilizantes nitrogenados no es absorbido por las plantas (Drechsel et al 2015 Hoang y Allaudin
2010) Ese nitroacutegeno no absorbido se lixivia hacia las fuentes de agua yo se volatiliza hacia la
atmoacutesfera (Galloway et al 2003 2004) con los consiguientes efectos ambientales negativos sobre
los ecosistemas acuaacuteticos el cambio climaacutetico y la salud humana (Bodirsky et al 2014 Umar e
Iqbal 2007 Camargo y Alonso 2006 Giles 2005)
Alrededor del 25 del foacutesforo extraiacutedo desde 1950 se encuentra acumulado en vertederos o ha
terminado en las fuentes de agua aumentando el problema de eutrofizacioacuten (Cordell et al 2009)
A diferencia del nitroacutegeno la lixiviacioacuten del foacutesforo variacutea substancialmente en el tiempo y el
espacio y en general las praacutecticas agriacutecolas tienen un menor efecto sobre la lixiviacioacuten de foacutesforo
49 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las condiciones ambientales y las caracteriacutesticas del suelo (Uleacuten et al 2018) No solo el
nitroacutegeno y el foacutesforo en solucioacuten (forma anioacutenica) son susceptibles de ser lixiviados Al
presentarse una alteracioacuten en las condiciones naturales del suelo (pej por adicioacuten de materia
orgaacutenica o de fertilizantes minerales) iones metaacutelicos como el hierro y el manganeso que
generalmente son precipitados e inmovilizados pueden solubilizarse debido a fluctuaciones en el
pH y en el potencial redox del suelo (Aharonov-Nadborny et al 2018)
Aumento de los costos de produccioacuten y caracteriacutesticas sociales
La forma como se maneja el suelo en las labores agriacutecolas no solo tiene impacto sobre la
dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad sino que al mismo tiempo influencia sus dimensiones
social y econoacutemica Labores agriacutecolas asociadas con el manejo del suelo tales como fertilizacioacuten
labranza y riego requieren la contratacioacuten de mano de obra alquiler o compra de maquinaria
agriacutecola compra de agro insumos yo compra de equipos Cada una de estas labores genera
jornales o puestos de trabajo y se convierte en un rubro dentro de la lista de costos de produccioacuten
(GSARS 2014)
En general la contratacioacuten de mano de obra es el rubro que mayor valor representa dentro de los
costos de produccioacuten De las actividades agriacutecolas el montaje de las camas de siembra (que
incluye la preparacioacuten del suelo maacutes el armado de las camas) requiere una gran cantidad de mano
de obra sobre todo en paiacuteses en viacutea de desarrollo donde el uso de maquinaria especializada para
labores especiacuteficas no es generalizado Sin embargo las labores manuales tienen un alto impacto
sobre la dimensioacuten social de la sostenibilidad pues esta genera un mayor nuacutemero de jornales si se
compara con las labores mecanizadas El incremento de la sostenibilidad social implica una
reduccioacuten de la sostenibilidad econoacutemica y viceversa lo cual genera una dicotomiacutea en el anaacutelisis
de sostenibilidad
La fertilizacioacuten ocupa el segundo lugar de los costos de produccioacuten ya que incluye dos rubros el
costo de los fertilizantes y el costo de la mano de obra para realizar las mezclas y aplicacioacuten
(GSARS 2014) Ademaacutes de tener dos rubros intriacutensecos esta labor es una de las que maacutes
variaciones puede generar en los costos de produccioacuten pues depende de la teacutecnica de preparacioacuten
de la foacutermula de fertilizacioacuten (con base en anaacutelisis de suelo o no) del meacutetodo de aplicacioacuten
(manual foliar o fertirriego) de la cantidad de fertilizantes aplicados del tipo de fertilizantes
aplicados (compuestos o simples solubles o no) y del momento de la aplicacioacuten (clima)
50 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es evidente que las actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo tienen una gran influencia
en las tres dimensiones de la sostenibilidad Esto sugiere que deba estudiarse integrando el
ambiente la sociedad y la economiacutea es decir a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con
su entorno utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Algunos de los indicadores que se utilizan en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten
asociados con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Se pueden encontrar
indicadores que corresponden a aspectos inherentes al suelo y aquellos asociados con las relaciones
suelo-agua suelo-atmoacutesfera y suelo-planta En la literatura se encuentra una considerable cantidad
de informacioacuten que aborda el uso de indicadores en diferentes servicios ecosisteacutemicos del suelo
principalmente asociado a la dimensioacuten ambiental Sin embargo en esta revisioacuten se incluyeron
uacutenicamente publicaciones donde 1) se abordaraacuten temas griacutecolas 2) se hiciera referencia a las tres
dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) y 3) se evaluaraacute al menos una
propiedad o proceso asociado al suelo y que este fuera tratado como indicador de sostenibilidad
agriacutecola Algunas de las publicaciones que se tuvieron en cuenta son el resultado de un gran
nuacutemero de evaluaciones de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola (pej Astier et al
2011)
1671 Indicadores asociados a las propiedades y procesos del suelo
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores hace referencia al impacto que los sistemas de produccioacuten agriacutecola
ejercen sobre el suelo (Tabla 1-5) Los indicadores maacutes comunes de este grupo son la tasa de
erosioacuten y la concentracioacuten de materia orgaacutenica mientras que propiedades como la conductividad
eleacutectrica capacidad de intercambio catioacutenico acidez intercambiable contenido de arcilla
capacidad de retencioacuten de agua densidad aparente profundidad efectiva y permeabilidad son los
menos utilizados (Tabla 1-5) Aunque en varios trabajos se hizo referencia a la calidad del suelo
(pej Rodrigues et al 2010) no se encontroacute ninguno que utilizara un iacutendice o funcioacuten de
agregacioacuten para estimarla Esta fue abordada a partir de la determinacioacuten individual de propiedades
del suelo como MOS CE pH CIC y Bi (Tabla 1-5)
51 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo de medicioacuten (a) Referencias
MOS
Contenido de
materia orgaacutenica del
suelo
CO por el meacutetodo de Walkley and Black (1934)
Para determinar el contenido de MOS el porcentaje de carbono orgaacutenico es multiplicado
por un factor de 1724
Hubeau et al 2017 De Olde et al
2016b Kanter et al 2016 Mtengeti et al 2015 Parachini et al 2015 Bausch et al
2014 Belanger et al 2012 Astier et al
2011 Sadok 2009 Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
pH ----
Acidez neutralidad
o alcalinidad del
suelo
Meacutetodo potenciomeacutetrico (Okalebo et al 2002)
Kanter et al 2016 Rodrigues et al 2010
Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
CE dS m-1 Conductividad
eleacutectrica Meacutetodo conductivimeacutetrico (Okalebo et al 2002) Nambiar et al 2001
No -
Nm
Contenido de nitroacutegeno orgaacutenico
yo mineral del suelo
Meacutetodo de Kjeldhal modificado (Sarkar and
Haldar 2005)
Parachini et al 2015 Astier et al 2011
Meul et al 2008
Pd mg kg-1 Contenido de foacutesforo disponible
en el suelo
Meacutetodo Bray II y Olsen (Sarkar and Haldar 2005) Belanger et al 2012 Astier et al 2011
Rodriacuteguez et al 2010 Meul et al 2008
CIC cmolc kg-1 Capacidad de intercambio
catioacutenico
CIC (Capacidad de Intercambio Catioacutenico) y bases intercambiables (Ca2+ Mg2+ K+ y Na+) por el
meacutetodo del acetato de amonio 1M pH 7 para
determinar la CIC se desplaza el NH4+
intercambiado con NaCl y se hace la valoracioacuten
por titulacioacuten las bases se determinan en el
extracto de acetato de amonio por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica (Sarkar
and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010 Nambiar et al
2001
Bi cmolc kg-1
Concentracioacuten yo
suma de bases
intercambiables (K Ca Mg y Na)
Nambiar et al 2001
Al+H cmolc kg-1 Acidez intercambiable
Meacutetodo volumeacutetrico Determinacioacuten de los iones
de aluminio e hidroacutegeno intercambiables con una solucioacuten amortiguadora de sal neutra (KCl 1N)
(Sarkar and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010
Ar Contenido de arcilla Meacutetodo del hidroacutemetro o de Bouyoucos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
CRH Bar
Capacidad de
retencioacuten de
humedad del suelo a diferentes tensiones
En este caso 01 03
1 3 5 y 15 bar de tensioacuten
Meacutetodo del plato y la olla a presioacuten (Sarkar and
Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Db g cm-3 Densidad aparente Meacutetodo del cilindro (Sarkar and Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Pe cm Profundidad efectiva Meacutetodo de excavacioacuten con barreno Nambiar et al 2001
In cm h-1 Infiltracioacuten Meacutetodo de anillos conceacutentricos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
TE Mg ha-1 antildeo-1 Tasa de erosioacuten
TE = R K L S C P Ecuacioacuten 1 Smith et al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Bausch et al 2014 Ghisellini et al 2014 Gerdessen y
Pascucci 2013 Roy and Chan 2012
Astier et al 2011 Rodriacuteguez et al 2010 Sadok 2009 Pacini et al 2003 Nambiar
et al 2001 Praneetvatakul et al 2001
Doacutende R = Erosividad de la lluvia K =
Erosionabilidad del suelo LS = Longitud y Grado
de pendiente C = Factor de vegetacioacuten P = Factor de praacutecticas mecaacutenicas
Cn PSI Compactacioacuten Meacutetodo del medidor de compactacioacuten de suelo
(penetroacutemetro) de Olde et al 2016b Sadok 2009
EtT kg 14-DB eq
Ecotoxicidad
terrestre Se
contemplan los efectos sobre los
ecosistemas
terrestres de las sustancias toacutexicas
que se encuentran en
el ambiente (Audsley 2003)
EtT = sum TTPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 2
de Luca et al 2018 Tricase et al 2018 Neugebauer et al 2015 Martiacutenez-Blanco
et al 2014
Doacutende TTP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas terrestres fin =
fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde
el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley
2003)
52 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1672 Indicadores asociados a la relacioacuten suelondashagua utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores (Tabla 1-6) considera el impacto del manejo del suelo agriacutecola sobre el
ciclo hidroloacutegico Dentro de este grupo sobresale el movimiento de nitratos desde el suelo al agua
superficial y subterraacutenea por efecto de la aplicacioacuten de fertilizantes y abonos orgaacutenicos Este
indicador estaacute relacionado estrechamente con la eutrofizacioacuten potencial pues eacutesta es un resultado
de las elevadas emisiones de nutrientes como nitratos y fosfatos desde el suelo a los cuerpos de
agua La ecotoxicidad acuaacutetica se mide en anaacutelisis del ciclo de vida (Tabla 1-6)
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
NO3 kg NO3
-
ha-1
Emisiones de nitrato a los
sistemas acuaacuteticos
30 del total de N aplicado despueacutes de descontar las
emisiones de N al aire (Torrellas et al 2013)
van Asselt et al 2014
Lebacq et al 2013 Roy and Chan 2012
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009 Pacini et al 2003
EP kg PO4
3-
eq
Eutrofizacioacuten potencial
Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos
produciendo un aumento de ciertas especies como
algas que reduciraacute la
concentracioacuten de oxiacutegeno del medio siendo una
amenaza para la
biodiversidad (Audsley 2003)
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
Ecuacioacuten 3
Tricase et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014 Lebacq et al 2013
Pergola et al 2013
Doacutende vi = cantidad de moles de No2 en una moleacutecula del
compuesto i M = masa molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la
degradacioacuten de las algas Ae = cantidad de moles de N o P
contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004)
EtA kg 14-
DB eq
Ecotoxicidad acuaacutetica Se
contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas
(pesticidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los
ecosistemas acuaacuteticos
(Audsley 2003)
EtA = sum TAPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 4
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014
Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad
de los ecosistemas acuaacuteticos fin = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento
ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i
(Audsley 2003)
1673 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo-atmoacutesfera utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo del suelo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola sobre la atmoacutesfera Algunos de estos indicadores son el potencial de calentamiento global
que se mide en teacuterminos de emisiones de dioacutexido de carbono las emisiones de amoniaco
monoacutexido de nitroacutegeno oacutexidos de nitroacutegeno y la acidificacioacuten potencial (Tabla 1-7)
53 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
GWP kg CO2
eq
Potencial de calentamiento
global El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O
CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea
de radiacioacuten teacutermica y en
consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento
global) (Audsley 2003)
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi Ecuacioacuten 5 De Luca et al 2018
Tricase et al 2018
Smith et al 2017 Ryan et al 2016 Neugebauer
et al 2015 Kukucvar et
al 2014 Martiacutenez-Blanco et al 2014 van
Asselt et al 2014
Pergola et al 2013
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-
1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3)
y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen en el denominador
(Heijungs y Guineacutee 2012)
NH3 kg NH3
ha-1
Emisiones de amoniaco a la atmoacutesfera debido a la
fertilizacioacuten nitrogenada
El 3 del total de N aplicado se libera en forma de N-
NH3 (Audsley 2003)
Smith et al 2017
Tricase et al 2018 de Olde et al 2016b
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009
N2O kg N2O
ha-1
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno a la atmoacutesfera
debido a la fertilizacioacuten nitrogenada
125 del total de N aplicado se libera en forma de N-
N2O (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
Sadok 2009
NOx kg NOx
ha-1
Emisiones de oacutexidos de
nitroacutegeno a la atmoacutesfera debido a la fertilizacioacuten
nitrogenada
El 10 de los N-N2O se convierte a N-NOx (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
AP kg SO2
eq
Acidificacioacuten potencial
Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera
donde puede combinarse con
otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de lluvia
aacutecida (Audsley 2003)
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi Ecuacioacuten 6
Martiacutenez-Blanco et al
2014 van Asselt et al
2014
Doacutende 120520SO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que
pueden ser potencialmente producidos por un kg de
substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2
(kg mol-1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) Heijungs y Guineacutee 2012)
Aunque es evidente el efecto que las praacutecticas de manejo agriacutecola ejercen sobre las emisiones de
contaminantes desde el suelo a la atmoacutesfera debido a la dificultad metodoloacutegica y a los altos
costos de evaluacioacuten es comuacuten que estos indicadores se estimen mediante funciones factores de
conversioacuten o tablas de equivalencia (Tabla 1-7) o que la mayoriacutea no sean tenidos en cuenta en las
evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola En esta revisioacuten se encontroacute ademaacutes que muchas de las
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola realizadas incluyen muy pocos o no incluyen indicadores
asociados al clima
1674 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo ndash planta utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo de los sistemas agriacutecolas sobre el suelo y la
planta en dos viacuteas desde el suelo hacia la planta (pej consumo de elemento por kilogramo
producido - Elmto-kg) y desde la planta hacia el suelo (pej cobertura del suelo - CS) (Tabla 1-8)
Dentro de este atributo sobresale el indicador balance de nitroacutegeno foacutesforo yo potasio que es
54 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
evaluado en una gran cantidad de las publicaciones revisadas seguido por la cobertura del suelo A
pesar de la informacioacuten que suministra sobre el rendimiento y la eficiencia del manejo del sistema
de produccioacuten indicadores como relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y relacioacuten consumo de
elementos-produccioacuten (Elto-kg) no son muy tenidos en cuenta aun cuando la medicioacuten de S-Pr
por ejemplo se puede realizar sin la necesidad de invertir recursos en anaacutelisis de laboratorio o
dispendiosas metodologiacuteas (Tabla 1-8)
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
Elto-kg g kg-1
Consumo de elemento por kg producido Cantidad
del elemento (pe N P o
K) consumido por kg de producto cosechado
Elto minus kg = g EltoA 119898minus2
kgP mminus2 Ecuacioacuten 7
van Asselt et al 2014 Doacutende gEltoA = masa del elemento aplicado en
gramos kgP = masa del producto cosechado en kilogramos
CS
Cobertura del suelo
Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el
suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
CS = dv
365 times 100 Ecuacioacuten 8
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015 Gaudino et al 2014 Goacutemez-
Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez
2010 Mascarenhas et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009
Doacutende dv = diacuteas acumulados del antildeo en los que el
suelo estaacute cubierto con vegetacioacuten
NPKBal Kg ha-1
Balance de nitroacutegeno foacutesforo o potasio Es la
diferencia entre la
cantidad de N P o K aplicado y la acumulada
en el cultivo (plantas) por
unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad
de N P o K que se libera
al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten
y Riesgo 2009)
NPKBal = Nf minus Nc
Nc = (sum o1
n
o=1
+ o2 + on) times Pl
Ecuacioacuten 9
Ecuacioacuten 10
Hubeau et al 2017 Smith et
al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Ryan et al 2016 Parachini et al 2015
Gaudino et al 2014 Lebacq et
al 2013 Beacutelanger et al 2012 Hayati et al 2010 Roy and
Chan 2012 van Passel and
Meul 2012 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez 2010
Goacutemez y Riesgo 2009
Abbona et al 2007 De Jager et al 2001
Doacutende Nf = Cantidad de N P o K (kh ha-1) aplicado
en forma de fertilizantes Nc = Cantidad de N P o K
(kh ha-1) acumulado en el cultivo O = Cantidad de N P o K (kg) acumulado al final del ciclo en cada oacutergano
(1 2 3 n) de la planta y Pl = Nuacutemero de plantas en
una ha
S-Pr m2 kg-1
Suelo ndash Produccioacuten (Uso
de la tierra) Determina la cantidad de espacio
requerida para producir un
kilogramo del producto cosechado
S minus Pr = 1 m2
kgM Ecuacioacuten 11
van Asselt et al 2014
Gerdessen and Pascucci 2013 Doacutende kgM = masa del producto cosechado en kilogramos
En muy pocas evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se utilizan indicadores que relacionen el uso
del suelo con la productividad de los cultivos aun cuando esta relacioacuten refleja la eficiencia global
del sistema Cabe recordar que una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible es producir maacutes
y mejor en una menor aacuterea (Rockstroumlm et al 2017)
En la Figura 1-2 se puede apreciar un resumen esquematizado del proceso de anaacutelisis de la
sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con indicadores asociados a propiedades
procesos y manejo del suelo
55 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con
indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor
168 Conclusiones
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten orientadas a determinar el efecto que sobre el
ambiente la sociedad y la economiacutea tiene un sistema de produccioacuten Como se expuso en esta
revisioacuten muchas de estas evaluaciones no tuvieron en cuenta las propiedades e interacciones del
suelo con su entorno Esto a pesar del evidente efecto que sobre el ecosistema agriacutecola y la
economiacutea de los productores tienen actividades como fertilizacioacuten labranza y riego Estas
actividades producen un impacto directo en el suelo los cuerpos de agua y la atmoacutesfera por lo que
las variaciones en su manejo modificaraacuten el estado del ecosistema
56 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y
evaluacioacuten de MSEAS
En este capiacutetulo se exponen las caracteriacutesticas metodoloacutegicas de tres experimentos que se
utilizaron para construir y evaluar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) Tambieacuten se exponen tres trabajos de
investigacioacuten de autoriacutea propia que sirvieron de sustento teacutecnico y liacutenea base para la construccioacuten
y evaluacioacuten de MSEAS
1) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental El objetivo de este trabajo fue contar con indicadores de calidad de suelo que
pudieran ser utilizados a escala de parcela o unidad experimental y que fueran viables para ser
usados en MSEAS
2) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores de
cultivo El objetivo de este estudio fue proponer un indicador asociado al atributo salud humana de
la dimensioacuten social de la sostenibilidad agriacutecola y que fuera viable para ser usado en MSEAS
3) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela Con base en los paraacutemetros expuestos en este trabajo se define el
conjunto miacutenimo de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos que haraacuten parte del anaacutelisis de
sostenibilidad agriacutecola con MSEAS
57 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados
para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS
A continuacioacuten se presentan las caracteriacutesticas metodoloacutegicas (lugar material vegetal
tratamientos y disentildeo experimental) de los tres experimentos utilizados como estudios de caso para
la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS Las variables asociadas al suelo planta y clima se
exponen en apartados posteriores
211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate
bajo invernadero (ExTom)
Se llevoacute a cabo en el 2010 en uno de los invernaderos del Centro de BioSistemas de la
Universidad Jorge Tadeo Lozano de Bogotaacute ubicado en el municipio de Chiacutea (Colombia)
(4deg53rsquo362rdquo N -74deg00rsquo50rdquo W) a una altura de 2650 msnm Se utilizaron plaacutentulas de tomate
(Solanum lycopersicum) cv Sheila Se evaluaron cinco tratamientos Testigo quiacutemico (ChC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 quiacutemica (50 g m-2 de sulfato de amonio 65 g m-2 de
fosfato diamoacutenico 4 g m-2 de sulfato de manganeso y 05 g m-2 de boro) testigo orgaacutenico (OrC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 orgaacutenica (2600 g m-2 de compost de gallinaza 180 g m-2
de roca fosfoacuterica y 6 g m-2 de sulfato de manganeso) mezcla 1 (Mx1) Foacutermula de fertilizacioacuten de
fondo 25 orgaacutenica - 75 quiacutemica mezcla 2 (Mx2) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 50
orgaacutenica - 50 quiacutemica mezcla 3 (Mx3) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 75 orgaacutenica - 25
quiacutemica Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 15
unidades experimentales (tres reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental con un aacuterea de
123 m2 densidad de siembra 27 plantasm2
212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como
estrategia para reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el
cultivo de papa (ExPtSp)
Se llevoacute a cabo en el 2014 en el lote 49 ubicado en el C I Tibaitataacute de Agrosavia en Mosquera
Cundinamarca (4deg41rsquo1884rsquorsquo N - 74deg12rsquo2267rsquorsquo O) con una altitud de 2560 msnm humedad
relativa promedio de 80 y temperatura promedio de 13 degC Se utilizoacute semilla de papa (Solanum
58 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tuberosum) de la variedad comercial Diacol capiro Se evaluaron cinco tratamientos Control
Fertilizacioacuten usada por los productores normalmente en teacuterminos de fertilizantes (N292 P297
K354 kg ha-1) cantidad y momentos de aplicacioacuten (en presiembra y al aporque) As foacutermula de
fertilizacioacuten construida a partir de la curva de absorcioacuten de nutrientes y las propiedades del suelo
aplicada como lo hacen los productores (MO10000 N150 P90 K271 kg ha-1) AsSp
fraccionamiento mensual de la fertilizacioacuten recomendada por As AsSp25 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 25 (N112 P67 K203 kg ha-1) y AsSp50 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 50 (N75 P45 K136 kg ha-1) A todos los tratamientos excepto
Control se les aplicoacute 1 kg m-2 de abono orgaacutenico compostado Todas las propiedades de suelo
tambieacuten se midieron en un aacuterea no intervenida (Barbecho con tres repeticiones) cercana al lugar
del experimento Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 20
unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental correspondioacute
con un aacuterea de 16 m2 densidad de siembra 28 plantasm2
213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa
(ExPtRo)
Se llevoacute a cabo en el 2014-2015 en Tibaitataacute (Mosquera) junto al experimento ExPtSp Se utilizoacute
semilla de papa (Solanum tuberosum) variedad Diacol Capiro semilla de arveja (Pisum sativum)
variedad Santa Clara y semilla de avena forrajera (Avena sativa) variedad Cayuse Se evaluaron
tres secuencias de rotacioacuten PaArPa PapandashArveja-Papa PaAvAr Papa-Avena-Arveja y
PaPaAv Papa-Papa-Avena Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con tres
tratamientos y doce unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad
experimental contoacute con un aacuterea de 20 m2 La papa se sembroacute a una distancia de 035 m entre
plantas y 09 m entre surcos La arveja se sembroacute al chorrillo en hileras espaciadas 50 cm y 10 cm
entre plantas La avena se sembroacute al voleo en toda la unidad experimental Las densidades de
siembra fueron 28 75 y 200 plantas m-2 para papa arveja y avena respectivamente El esquema
de fertilizacioacuten fue el mismo para todos los ciclo de papa La avena y la arveja no se fertilizaron
59 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con
posibilidad de uso a escala de parcela o unidad
experimental
221 Resumen
Diversos indicadores se han desarrollado para evaluar la calidad del suelo (SQ) en funcioacuten de su
manejo y caracteriacutesticas Muchos generalmente se utilizan y estaacuten adaptados para evaluar la
variacioacuten de la SQ a mediano y largo plazo No obstante cuando se quiere evaluar esta variacioacuten
en el corto plazo es decir en experimentos estacionales con un solo ciclo de cultivo las
posibilidades se reducen Con base en esto el objetivo de este trabajo fue evaluar cinco indicadores
de calidad del suelo (SQI) marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador aditivo
simple (SQSA) indicador aditivo ponderado (SQW) indicador obtenido utilizando anaacutelisis de
componentes principales (SQPCA) e indicador obtenido utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados
parciales (SQPLSR) Tambieacuten se evaluaron dos teacutecnicas de agregacioacuten aditiva ponderada (A) y
geomeacutetrica o multiplicativa (P) Se utilizaron 52 unidades experimentales distribuidas en tres
experimentos 1) fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate (ExTom) 2) fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa (ExPtSp) y 3) estrategias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) Los resultados para
los indicadores de calidad de suelo oscilaron entre 033 y 099 (Rango de SQI de 0 a 1) Ninguacuten
indicador de calidad de suelo se correlacionoacute significativamente con el rendimiento en cada uno
de los experimentos SQW se correlacionoacute negativamente con el rendimiento en ExTom y
positivamente en ExPtRo Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P)
detectaron eficientemente los cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al
suelo En experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar (SQSA
SQW) fueron tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos (SQSMAF SQPCA y SQPLSR)
Palabras clave indicadores de calidad del suelo propiedades funcionales anaacutelisis de
componentes principales regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales marco de evaluacioacuten del
manejo del suelo
60 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
222 Abstract
Some methods have been developed to evaluate soil quality (SQ) according to its handling and
characteristics Many are generally used and adapted to evaluate the variation of SQ in the medium
and long term However when this variation is to be evaluated in the short term ie in seasonal
experiments the possibilities are reduced with a single crop cycle Based on this the objective of
this work was to evaluate five soil quality indicators (SQI) soil management assessment
framework (SQSMAF) simple additive soil quality indicator (SQSA) weighted additive (SQW) using
principal component analysis (SQPCA) and using partial least squares regression (SQPLSR) and two
aggregation techniques weighted additive (A) and geometric or product (P) Fifty-two soil samples
were used distributed in three experiments 1) organic-mineral fertilization in tomato (ExTom) 2)
split fertilization in potato (ExPtSp) and 3) potato rotation strategies (ExPtRo) The SQ varied
among indicators experiments and treatments and ranged from 033 to 099 (SQI range 0 to 1) No
indicator correlated with yield in all experiments SQW correlated negatively in ExTom and
positively in ExPtRo SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) and SQPCA(P) indicators efficiently
detected quality changes in response to soil treatments In seasonal experiments simple methods
that were easy to use and analyze were as effective or more effective than more complex methods
Keywords soil quality indicators functional properties PCA PLSR SMAF
223 Introduccioacuten
Seguacuten Doran y Parkin (1994) la calidad del suelo es ldquoLa capacidad de una clase especiacutefica de
suelo para funcionar dentro de los liacutemites de los ecosistemas sostener la productividad bioloacutegica
mantener la calidad ambiental y promover la salud de las plantas y los animalesrdquo La calidad del
suelo no se puede medir de manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de
un conjunto miacutenimo de caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica
del suelo y su relacioacuten con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) La
definicioacuten de indicadores de calidad del suelo es compleja debido a la necesidad de considerar la
escala geograacutefica de medicioacuten y las muacuteltiples funciones del suelo Ademaacutes la integracioacuten de las
propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas del suelo definen sus funciones y generan una imagen
holiacutestica de su calidad (de Paul Obade y Lal 2016 Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992)
61 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Zornoza et al (2015) encontraron que a pesar de que la mayoriacutea de los autores evaluacutean la calidad
del suelo mediante el anaacutelisis y la descripcioacuten de propiedades individuales otros consideran la
importancia del uso de un indicador (iacutendice o funcioacuten) de calidad del suelo para relacionarla con la
produccioacuten de cultivos y las praacutecticas de manejo
Las propiedades fiacutesicas reflejan las limitaciones para el anclaje y desarrollo de las raiacuteces la
emergencia de las plaacutentulas la infiltracioacuten la conductividad hidraacuteulica la retencioacuten de agua o la
actividad de la macrofauna (Burger y Kelting 1999) Propiedades inherentes como la textura no
variacutean con el manejo que se le da al suelo sin embargo es determinante en otras propiedades e
indicadores de calidad del suelo Las propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad
del suelo son textura (distribucioacuten porcentual del tamantildeo de partiacutecula) densidad aparente
agregacioacuten del suelo contenido de agua disponible (capacidad de almacenamiento de agua)
porosidad y resistencia a la penetracioacuten (compactacioacuten) (Zornoza et al 2015) (Tabla 2-1)
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Textura Txt El empaquetamiento de las partiacuteculas de arcilla limo y arena crean espacio dentro del
volumen del suelo para el agua y el aire asiacute como para las raiacuteces y la fauna del suelo Por
esta razoacuten la textura no solo influye en todos los procesos vivos del suelo sino tambieacuten en las interacciones entre las fases soacutelida liacutequida y gaseosa y en los procesos de
transporte de fluidos (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Arcilla Ar
Limo L
Arena A
Densidad aparente Db La densidad aparente tiene una relacioacuten inversamente proporcional con el contenido de materia orgaacutenica y la porosidad del suelo (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Porosidad Po Los poros son el espacio donde se ubica el agua y el aire del suelo La porosidad es
determinante para el suministro de agua y nutrientes para las plantas
Tasa de erosioacuten TE
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo pues induce la remocioacuten de su
capa superior donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) y
generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo la profundidad de la capa arable y la capacidad de almacenamiento de agua y de nutrientes
(Scheffer y Schachtschabel 2016)
Compactacioacuten Cn La compactacioacuten puede generar una inhibicioacuten de la aireacioacuten del suelo y una limitacioacuten
para la expansioacuten de las raiacuteces de la planta (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Estabilidad de agregados
Diaacutemetro medio ponderado (DMP)
AGG
Un gran nuacutemero de funciones del suelo se rigen en gran medida por su estructura
siendo una de las principales la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) Esta capacidad es tiacutepicamente maacutes sensible a las modificaciones
de la estructura del suelo que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad debido a
que las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Capacidad de
almacenamiento de agua
disponible para la planta
CAD
Dependiendo de las caracteriacutesticas del suelo se genera una capacidad de
almacenamiento de agua que estaraacute disponible para la planta y que responderaacute a las
condiciones del clima Un suelo con una buena capacidad de almacenamiento de agua se
asocia con una mayor fertilidad del suelo
Las propiedades quiacutemicas afectan la relacioacuten suelo-planta la calidad del agua la capacidad de
amortiguacioacuten y la disponibilidad de nutrientes y contaminantes en el suelo (Muckel y Mausbach
62 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1996) El carbono orgaacutenico se ha sugerido como la propiedad quiacutemica maacutes importante de calidad
de suelo ya que esta afecta a la mayoriacutea de sus propiedades (Arias et al 2005) Zornoza et al
(2015) afirman que el carbono orgaacutenico es la propiedad quiacutemica maacutes utilizada para evaluaciones
de calidad del suelo seguido por pH nitroacutegeno total conductividad eleacutectrica disponibilidad de
nutrientes capacidad de intercambio catioacutenico nitroacutegeno y carbono solubles y metales pesados
(Tabla 2-2)
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
A pesar de su notable importancia las propiedades bioloacutegicas son las menos utilizadas en estudios
asociados con el manejo del suelo en actividades agriacutecolas No obstante existe un nuacutemero
considerable de propiedades bioloacutegicas asociadas con la calidad del suelo Las maacutes utilizadas en
indicadores de calidad del suelo son mineralizacioacuten de carbono y nitroacutegeno biomasa microbiana
(carbono yo nitroacutegeno) comunidades microbianas actividad enzimaacutetica e invertebrados (Zornoza
et al 2015) La medicioacuten de estas propiedades es importante en experimentos estacionales donde
es necesario apreciar cambios en el corto plazo por efecto de los tratamientos evaluados En ese
sentido los macro y microorganismos del suelo desempentildean un papel directo en procesos como
reciclaje de nutrientes y agregacioacuten y son maacutes sensibles y responden raacutepidamente a las
perturbaciones y cambios en el uso del suelo (Doran y Zeiss 2000) La biomasa microbiana la
actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran indicadores muy sensibles al cambio
pues responden maacutes raacutepidamente al manejo y uso del suelo que el contenido de carbono y
nitroacutegeno orgaacutenico (Nannipieri 1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al
2000) Marinari et al (2006) sugieren que la mineralizacioacuten de nitroacutegeno puede considerarse una
propiedad de calidad del suelo en el corto plazo pues relaciona la actividad bioloacutegica con el
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Capacidad de intercambio catioacutenico CIC El intercambio de cationes juega un papel vital en el almacenamiento de
nutrientes esenciales para la planta principalmente Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+
pero tambieacuten de elementos menores (Fe2+ Mn2+ Cu2+ y Zn2+) (Scheffer y
Schachtschabel 2016)
Bases intercambiables BI
CIC efectiva CICE
Saturacioacuten de bases SB
Carbono orgaacutenico CO
Algunas de las funciones de la MOS son aumentan la CIC por su alta cantidad de cargas negativas genera estructura estable por formacioacuten de
micro y macro agregados fuente importante de N y otros nutrientes
mediante mineralizacioacuten fuente de C para microorganismos entre otras (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Stock de CO StockC
Materia orgaacutenica del suelo MOS
Nitroacutegeno orgaacutenico Norg
Stock de N SockN
Porcentaje de sodio intercambiable PSI Los suelos soacutedicos presentan problemas de agregacioacuten estructural que dificultan el movimiento de agua y aire en el suelo (Quirk 2001)
Porcentaje de metales pesados MP Los metales pesados pueden inhibir procesos fisioloacutegicos de la planta tales como intercambio gaseoso fijacioacuten de CO2 respiracioacuten y absorcioacuten
de nutrientes (Nagajyoti et al 2010)
63 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
conjunto de N laacutebil en la materia orgaacutenica (Ndiaye et al 2000) y finalmente el nuacutemero de
lombrices es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de manejo del suelo y
los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018) Tambieacuten es comuacuten que el contenido de
carbono orgaacutenico y el carbono almacenado sean consideradas propiedades bioloacutegicas (p ej
Andrews et al 2004) (Tabla 2-3)
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
C de la biomasa microbiana MBC
La biomasa microbiana y la actividad enzimaacutetica responden maacutes
raacutepidamente al manejo y uso del suelo que MOS CO o NO (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Ndiaye et al 2000) Por lo tanto la biomasa microbiana la actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran
indicadores maacutes sensibles al cambio que las propiedades quiacutemicas (p ej MOS) (Beyer et al 1999) por lo que pueden ser uacutetiles en experimentos
estacionales
N de la biomasa microbiana MBN
Actividad enzimaacutetica (fosfatasa aacutecida) PNP
Actividad enzimaacutetica (proteasa) TYR
Actividad enzimaacutetica (dehidrogenasa) DH
Respiracioacuten del suelo (emisiones de CO2) SR
Mineralizacioacuten de nitroacutegeno N-Minrz La mineralizacioacuten de N es un indicador que relaciona la actibidad bioloacutegica con el conjunto de N laacutebil en la MOS (Ndiaye et al 2000)
Relacioacuten C microbiano - C orgaacutenico CmicCorg Marinari et al (2006) sugieren que esta variable puede considerarse un
indicador de calidad del suelo en el corto plazo
Relacioacuten respiracioacuten - C microbiano qCO2 Se puede considerar como un indicador indirecto de la eficiencia de
transformacioacuten de la energiacutea (Dilly 2005)
Nuacutemero de lombrices LmN Este es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de
manejo del suelo y los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018)
En la literatura se encuentra una cantidad considerable de investigaciones que comparan diferentes
meacutetodos para estimar la calidad del suelo (p ej Cherubin et al 2016a Mukherjee y Lal 2014
Obade y Lal 2016) En estas investigaciones aunque la calidad del suelo se evaluacutea a traveacutes de
muestreos localizados y puntuales los resultados generalmente se extrapolan a mayores aacutereas
geograacuteficas No obstante un indicador o iacutendice de calidad del suelo deberiacutea ser sensible a cualquier
escala (Obade y Lal 2016)
Zornoza et al (2015) reportaron el uso generalizado de una metodologiacutea para construir los
indicadores basada en la normalizacioacuten calificacioacuten y ponderacioacuten de diferentes variables de
suelo Se utiliza un conjunto miacutenimo de datos que se selecciona en la mayoriacutea de los casos
mediante anaacutelisis multivariados Una vez que las variables se han normalizado y ponderado los
indicadores de calidad del suelo se calculan normalmente por la suma de los indicadores puntuados
ponderados
64 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El objetivo de este trabajo es definir cual o cuales de los principales meacutetodos de evaluacioacuten de la
calidad de suelo reportados en la literatura son mas viables para ser utilizados a escala de parcela o
unidad experimental esto como aporte a la evaluacioacuten de la calidad del suelo en experimentos
orientados a actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo
224 Metodologiacutea
2241 Experimentos
Para analizar los diferentes meacutetodos de estimacioacuten de la calidad del suelo se emplearon los tres
experimentos expuestos en el Numeral 21
2242 Muestreo de suelos y anaacutelisis de laboratorio
Para los tres experimentos se recolectaron muestras de la capa arable (02 m de profundidad) (SD)
En el Centro de BioSistemas se trabajoacute en un suelo mineral (Andic Dystrudepts) de textura franca
En Tibaitataacute se trabajoacute en un suelo mineral (Typic Hapludands) de textura franca Las propiedades
de ambos suelos se presentan en la Tabla 2-4
El pH y la conductividad eleacutectrica (CE) del suelo se determinaron en una suspensioacuten de relacioacuten
suelo agua 11 utilizando un medidor de conductividadpH de electrodos combinados el contenido
de carbono orgaacutenico (CO) por el meacutetodo de Walkley-Black K+ Ca2+ Mg2+ y Na+ intercambiables
por el meacutetodo del Acetato de NH4+ 1M pH 7 realizando la valoracioacuten por espectrofotometriacutea de
absorcioacuten atoacutemica la CICE (Capacidad de Intercambio Catioacutenico Efectivo) se determinoacute como la
sumatoria de los cationes intercambiables el P con el meacutetodo Bray II Se determinaron paraacutemetros
hidrodinaacutemicos y fiacutesicos del suelo curva de retencioacuten de humedad en cinco puntos (001 003
01 03 y 15 MPa de presioacuten) por el meacutetodo del plato y la olla de presioacuten (Dane y Hopmans
2002) densidad aparente (Db) dividiendo la masa seca del suelo por el volumen del cilindro (100
cm3) densidad real (Dr) por el meacutetodo del picnoacutemetro (Dane y Hopmans 2002) y textura o
distribucioacuten del tamantildeo de partiacutecula por el meacutetodo de Bouyoucos (Pansau y Gautheyrou 2006) La
porosidad total (TP) se calculoacute como [1-(DbDr)]100 El potencial o capacidad de agua disponible
(CAD) se calculoacute como la diferencia en el contenido volumeacutetrico de agua a potenciales de
humedad de 003 y 15 MPa El contenido de agua (CA) se calculoacute como CADDbSD100 La
65 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estabilidad de agregados (AGG) se determinoacute utilizando un oscilador vertical (modelo Yoder MA-
148) con cinco tamices (4 2 1 05 y 025 mm de diaacutemetro) a una velocidad de 30 oscilaciones
minminus1 durante 10 min Los resultados tambieacuten se utilizaron para calcular el diaacutemetro medio
ponderado (DMP) y el diaacutemetro medio geomeacutetrico (DMG) (Youker y McGuinness 1957) El stock
de C (StockC) se calculoacute como CO DbSD
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos (Exp) en
evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias significativas (Plt005)
Exp Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC
dS m-1 mg kg-1 cmolc kg-1 g cm-3 mm cm gg Mg ha-1
Ex
To
m
ChC 67 a 07 ab 63 a 16 b 10 a --- --- --- --- 53 a 02 a 16 b 38 c
OrC 68 a 03 c 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 55 a 02 a 21 a 49 a
Mx1 66 a 07 ab 64 a 15 b 10 a --- --- --- --- 55 a 02 a 18 ab 42 bc
Mx2 65 a 05 bc 62 a 16 b 10 a --- --- --- --- 54 a 02 a 16 ab 39 c
Mx3 68 a 08 a 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 52 a 02 a 20 ab 47 ab
Ex
PtS
p
Barbecho 56 a 04 d 57 c 18 a 10 a --- 40 a 08 a 11 a 49 a 02 a 51 a 122 a
Control 52 bc 18 a 177 b 21 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 43 a 02 a 52 a 123 a
As 50 c 16 a 58 c 19 a 09 a --- 41 a 08 a 11 a 50 a 02 a 52 a 122 a
AsSp 50 c 14 b 231 a 21 a 10 a --- 41 a 08 a 11 a 52 a 02 a 51 a 123 a
AsSp25 54 ab 14 b 54 c 22 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 53 a 02 a 52 a 123 a
AsSp50 53 abc 11 c 71 c 22 a 10 a --- 43 a 08 a 12 a 52 a 02 a 51 a 122 a
Ex
PtR
o
PaArPa 54 b 14 a 104 a 15 a 11 a 52 b 42 a 09 a 13 a 19 a 01 a 53 a 142 a
PaAvAr 57 b 15 a 60 a 16 a 09 b 56 a 48 a 10 a 14 a 17 a 01 a 50 a 110 b
PaPaAv 60 a 08 a 77 a 17 a 10 ab 55 ab 38 a 09 a 12 a 21 a 01 a 47 a 114 b
Umbrales para puntuacioacuten y ponderacioacuten
Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn
Opt Min 55
2 02
1 40
2 200
2 00
2 20
2 90
3 20
2 50
3 10
2 05
2 30
2 100
3 Max 72 05 10
Adc Min 72
1
16
1 150
1 10
1 18
1 70
2 10
1 20
2 5
1 02
1 20
1 50
2 Max 80 40 200 15 20 90 20 50 10 05 30 100
Bajo Min 00
0 00
0 0
0 00
0
15
0 0
0 00
0 10
1 0
0 00
0 00
0 0
1 Max 55 02 16 150 18 50 10 20 5 02 20 50
Alto Min 80
0 05
0
15
0 0
0 50
1
00
0
Max 15 70 10
Fuente 1 2 3 4 1 2 2 2 2 3 2 2 4
CE Conductividad eleacutectrica CICE Capacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT Porosidad
total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado CA
Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Opt
Oacuteptimo Adc Adecuado Min Miacutenimo Maacutex Maacuteximo Vl Valor Pn Puntuacioacuten Fuente 1) Amacher et al (2007) 2)
Lal (1994) 3) Fernandes et al (2011) 4) Mukherjee y Lal (2014)
2243 Caacutelculo de los indicadores de calidad del suelo (SQI)
Los SQI se usaron como herramientas para evaluar los efectos de los tratamientos sobre la calidad
del suelo Dependiendo del meacutetodo y la disponibilidad de informacioacuten de cada experimento se
evaluoacute un nuacutemero variable de propiedades siempre respetando las condiciones establecidas por los
autores de cada meacutetodo Bajo el marco propuesto un suelo ideal tendriacutea un valor SQI de 1 para un
66 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
suelo de la maacutes alta calidad y de 0 para un suelo severamente degradado (Doran y Parkin 1994
Karlen y Stott 1994)
Marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF)
El conjunto miacutenimo de datos para los tres experimentos consideroacute las propiedades fiacutesicas AGG
CAD y Db las propiedades quiacutemicas CE pH y P y la propiedad bioloacutegica CO2 a excepcioacuten de
ExTom que no incluyoacute AGG Este enfoque es consistente con las pautas generales de SMAF que
recomiendan utilizar un miacutenimo de cinco indicadores con al menos uno que represente las
propiedades y procesos quiacutemicos fiacutesicos y bioloacutegicos del suelo (Karlen et al 2008) Estos
indicadores se puntuaron transformando los valores observados en valores de 0 a 1 Para esto se
utilizoacute una plantilla en Excel (ExcelSMAF) con los algoritmos y funciones para cada variable de
suelo con base en lo publicado por Andrews et al (2004) Wienhold et al (2009) y Stott et al
(2010) (Tabla 2-5) ExcelSMAF no estaacute disponible actualmente en la web esta fue suministrada
por el Dr Mauricio Cherubin (Cherubin et al 2016a y b) y el Dr Isaias Lisboa (Lisboa et al
2019) Los algoritmos en ExcelSMAF representan la materia orgaacutenica textura clima pendiente
regioacuten mineralogiacutea clase de meteorizacioacuten cultivo tiempo de muestreo y los efectos del meacutetodo
analiacutetico en los diversos valores de umbral (Andrews et al 2004) Dichos valores son necesarios
para solucionar los algoritmos y las funciones expuestas en la Tabla 2-5 y asignar el puntaje a cada
propiedad del suelo
A partir de la informacioacuten establecida en ExcelSMAF se definieron los paraacutemetros necesarios para
asignar el puntaje (y) a cada propiedad del suelo (Tabla 2-6) Para calcular SQSMAF se dividieron
las propiedades del suelo en fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas Se sumaron los puntajes en cada grupo
(Scr) y se dividioacute entre la cantidad de propiedades que conformaban el grupo (NPr) El puntaje
alcanzado en cada grupo se obtuvo mediante la funcioacuten SQFs Qm Bl = ScrNPr Finalmente se
sumaron todos los Scr de cada grupo (ScrT) y se dividioacute entre el nuacutemero total de propiedades
evaluadas (NPrT) SQSMAF = ScrTNPrT
2 Los autores de SMAF incluyen al carbono orgaacutenico dentro del grupo de propiedades bioloacutegicas
67 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades (Props) pH
(agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD) densidad aparente (Db)
conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del indicador de calidad de suelo SQSMAF
Fuente adaptado de Andrews et al (2004)
Props Algoritmos de puntuacioacuten Constantes Factores especiacuteficos locales
AGG Si AGG gt 50 Y y = a + b[cos(c x AGG - d)] lt 1 Entonces y = 1 O sino y = a + b[cos(c x AGG - d)]
a = -08 b = 1799 c = 00196 d = f(MO textura Fe2O3)
CAD Si regioacuten = arida entonces y = [ab + c(AWCd)](b + AWCd)
O sino y = a + bcos[c(CAD) + d]
a = 00114 c = 1088 d = 2182
a = 0477 b = 0527 c = 6878
region b = f(textura MO)
d = f(textura)
Db Si textura 35 arcilla entonces y = a - b[exp(-c x Db
d)]
O sino y = a - b[exp(-cDbd)]
a = 0994 b c d = f(textura mineralogiacutea)
b c d = f(textura)
CE
Si CE le 03 entonces y = 333CE Si 03 lt CE lt T
entonces y = 1
Si CE ge T entonces y = a + bCE
a = 1 - bT
T = f(meacutetodo cultivo textura) b = f(T)
pH y = aexp[-(pH - b)22c2] a = 10 b c = f(cultivo)
P
Si P le max (cultivo y meacutetodo) Entonces y = (ab + cPd)(b + Pd)
Si P gt max(pendiente y meacutetodo)
Entonces y = a - b[exp(-cPd)] O sino y = 1
a = 926 x 106 c = 10 d = 306
a = 1 b = 45 d = -2
b = f(cultivo CO textura meacutetodo)
c =f(pendiente CO textura meacutetodo)
CO y = a1 + b[exp(-cCC)] a = 1 b = 501 c = (MO textura meacutetodo)
Indicador de calidad de suelo aditivo simple (SQSA)
El SQSA se estimoacute siguiendo el meacutetodo descrito por Amacher et al (2007) En este meacutetodo los
paraacutemetros del suelo recibieron valores umbral basados principalmente en lo reportado por
Mukherjee y Lal (2014) Los niveles de umbral las interpretaciones y los valores de puntaje del
iacutendice de suelo asociados se presentan en la Tabla 2-4 Los valores del indicador individual se
sumaron para obtener el SQSA a traveacutes de la Ecuacioacuten 12
SQSA =scTt minus scMin
SCMax minus SCMin Ecuacioacuten 12
Donde SCTt = Puntuacioacuten total alcanzada por cada unidad experimental de cada tratamiento SCMin
= Puntuacioacuten miacutenima posible y SCMax = Puntuacioacuten maacutexima posible
El conjunto miacutenimo de datos del experimento ExPtRo incluyoacute las propiedades pH CE P CICE
Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO y StockC Debido a que no se midieron en ExPtSp no
se consideroacute PT y en ExTom no se incluyeron PT AGG DMG ni DMP
68 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado
Paraacutemetro ExTom ExPtSp ExPtRo
Clase Paraacutemetro Clase Paraacutemetro
Taxonomiacutea Andic Dystrudepts Typic Hapludand
Cultivo Tomate Papa
MO 4 Udepts 2 Udands
Textura 2 Franca 2 Franca
Clima 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt
Fe2O3 2 No ultisoles 2 No ultisoles
Mineral 3 Otro 3 Otro
Regioacuten 2 Huacutemeda 2 Huacutemeda
pH oacuteptimo 65 625
pH rango 22 205
CE T 25 17
CE T 11 arena 443 301
CE dT 99 12
CE m -0497753789 -0555869656
CE method 1 Pasta saturada 1 Pasta saturada
Pendiente 1 0-2 1 0-2
Ambiente 160 160
P meacutetodo 3 Bray 3 Bray
P oacuteptimo 24 19
P maacuteximo 30 25
P f(cultivo) 590 293
Meterorizacioacuten 3 Ligeramente Todos los otros 3 Ligeramente Todos los otros
Pmet X Meteor 33 33
Factor de
meacutetodo 1 1
SMAF asigna un valor dependiendo de la caracteriacutestica del suelo estudiado
Indicador de calidad de suelo aditivo ponderado (SQW)
Para calcular SQW se siguioacute este procedimiento
Caacutelculo de Sc A cada paraacutemetro del suelo se le asignoacute un puntaje (Sc) que va de 0 a 1 mediante el
uso de funciones de puntaje lineal (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Los paraacutemetros
del suelo se dividieron en grupos basados en tres funciones de algoritmos matemaacuteticos usualmente
utilizados para anaacutelisis de calidad del suelo (Andrews et al 2002 Hussain et al 1999 Glover et
al 2000 Karlen y Stott 1994 Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) (a) maacutes es mejor (pej
DMG StockC y CAD) en donde cada observacioacuten se dividioacute por el valor observado maacutes alto de
todo el conjunto de datos de modo que el valor maacutes alto tendriacutea una puntuacioacuten de 1 (b) menos es
mejor (pej Db) en donde el valor observado maacutes bajo de todo el conjunto de datos se dividioacute por
cada observacioacuten de modo que el valor maacutes bajo recibioacute una puntuacioacuten de 1 y (c) oacuteptimo (pej
pH y CE) en donde los paraacutemetros oacuteptimos se puntuaron hasta un valor umbral como maacutes es
mejor y posteriormente los valores umbral superiores se puntuaron como menos es mejor
(Mukherjee y Lal 2014)
69 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Caacutelculo de Sw Se asigna arbitrariamente un subponderador (Sw) a cada variable en funcioacuten de su
importancia dentro de la propiedad funcional particular del suelo Sw se asignoacute de acuerdo con este
orden de importancia mediciones de campo (Db) gt mediciones de laboratorio (pH CE P CICE
CA CAD CO) gt paraacutemetros obtenidos a partir de otros paraacutemetros (AGG DMG DMP y
StockC) Los Sw de cada variable del suelo se sumaron a 1 bajo cada propiedad funcional del
suelo capacidad de suministro de nutrientes (CSN) capacidad de almacenamiento de agua (CAA)
y capacidad de desarrollo de la raiacutez (CDR) (Fernandes et al 2011 Karlen y Stott 1994
Mukherjee y Lal 2014)
Caacutelculo de Swc Es el puntaje ponderado Se multiplica el Sc de cada variable de cada unidad
experimental por su Sw asignado
Caacutelculo de WFP Se asigna un ponderador (W) a cada propiedad funcional (FP) de acuerdo con el
nuacutemero de indicadores representativos en el modelo (Fernandes et al 2011) dividiendo el nuacutemero
de variables asignado a cada FP entre el nuacutemero de variables total (p ej WFP para NSC =
Cantidad de variables de NSC (Cantidad de variables para NSC + Cantidad de variables para
WSC + cantidad de variables para RDC)
Caacutelculo de SFP Se hace la sumatoria de los Scw de cada FP de cada unidad experimental
Caacutelculo de SQW El SQW para cada unidad experimental de cada experimento se calculoacute mediante
dos teacutecnicas de agregacioacuten la teacutecnica aditiva ponderada y la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 13 y Ecuacioacuten 14 respectivamente
SQW(A) = sum SFP times WFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 13
SQW(P) = prod SFPWFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 14
n NSC WSC RDC
70 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador de calidad del suelo utilizando anaacutelisis de componentes principales (SQPCA)
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se utiliza para reducir la dimensionalidad de todo el
conjunto de variables correlacionadas mientras se conserva la mayor cantidad posible de sus
variaciones (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Este meacutetodo es maacutes objetivo pues en
lugar de incluir la opinioacuten subjetiva de expertos yo la revisioacuten de la literatura utiliza una serie de
herramientas estadiacutesticas (correlacioacuten muacuteltiple anaacutelisis factorial y de agrupamiento) que evitariacutea
cualquier sesgo y redundancia (Andrews et al 2002) En otras palabras el PCA se seleccionoacute
como una de las herramientas de reduccioacuten de datos y de seleccioacuten de propiedades del suelo
(Mukherjee y Lal 2014)
Para el anaacutelisis se tuvieron en cuenta los componentes principales (PC) con autovalores altos (ge 1)
los cuales representan la maacutexima variacioacuten en el conjunto de datos (Andrews et al 2002) Se
asignoacute un valor de ponderacioacuten (Wc) a cada componente dividiendo el porcentaje de varianza del
PC entre la varianza acumulada del uacuteltimo PC seleccionado Para realizar el anaacutelisis se utilizoacute el
software R v 402 (R Core Team 2019) Por cada PC se seleccionoacute la variable de suelo con
mayor factor de carga o autovector (FL) Al igual que SQW SQPCA para cada unidad experimental
de cada experimento se calculoacute mediante las teacutecnicas aditiva ponderada y de agregacioacuten
geomeacutetrica (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
SQPCA(A) = sum Sc times Wc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 15
SQPCA(P) = prod ScWc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 16
Donde Sc = Valor normalizado de la propiedad del suelo (c) es igual a Sc en el caacutelculo de SQW
Indicador de calidad del suelo utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (SQPLSR)
El anaacutelisis de regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (PLSR) es un meacutetodo de anaacutelisis de datos
estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal
muacuteltiple el anaacutelisis de correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de regresioacuten que correlaciona muacuteltiples variables independientes con muacuteltiples o
individuales variables dependientes (Xing et al 2020) En este estudio se adoptoacute el meacutetodo PLSR
71 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con una uacutenica variable dependiente
(SQI) La diferencia entre PLSR y PCA radica en que los componentes extraiacutedos por PLSR no solo
pueden resumir bien la informacioacuten del conjunto de variables independientes sino que tambieacuten
explica mejor la variable dependiente (Xing et al 2020)
Para estimar SQPLSR primero se deben generar los coeficientes de regresioacuten a partir del algoritmo
del PLSR Una explicacioacuten matemaacutetica maacutes detallada se puede encontrar en las siguientes
referencias Chong y Jun 2005 de Jong 1993 Mehmood et al 2011 2012 Xing et al 2020
Estos coeficientes se utilizaron como ponderadores para cada variable y unidad experimental Con
el fin de que SQPLSR se presentara en un rango de 0 a 1 se aplicoacute una doble estandarizacioacuten a los
coeficientes Primero se estandarizaron aplicando la Ecuacioacuten 17
Cs = CO minus CMn
CMx minus CMn Ecuacioacuten 17
Donde Cs = Coeficiente estandarizado CO = Coeficiente generado por PLSR para la propiedad y
unidad experimental especiacutefica CMn = Miacutenimo coeficiente del conjunto de datos para la propiedad
especiacutefica de suelo (pej pH) CMx = Maacuteximo coeficiente del conjunto de datos para la misma
propiedad Luego se estandarizaron los valores de todas las variables de cada unidad experimental
aplicando la Ecuacioacuten 18
Wc = Cs
sum ScSc=1Sc=n
Ecuacioacuten 18
Wc = peso o ponderador aplicado a cada propiedad normalizada (Sc)
SQPLSR(A) y SQPLSR(P) se calculoacute mediante la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
2244 Comparacioacuten entre indicadores
Para los experimentos ExTom y ExPtSp se evaluaron los SQI estimados con los cinco meacutetodos con
los datos de rendimiento cantidad de abono orgaacutenico y fertilizante aplicado mediante el caacutelculo de
los coeficientes de correlacioacuten de Pearson
72 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2245 Anaacutelisis estadiacutesticos
Los anaacutelisis se realizaron con el software R v 402 (R Core Team 2020) Para todas las variables
estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por medio de graacuteficos
boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y realizando pruebas
de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de la libreriacutea normtest
(Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste para encontrar la
transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la libreriacutea MASS (Ripley
et al 2017) Los coeficientes de correlacioacuten de Pearson se calcularon con las ayudas centrales de
R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae (Mendiburu 2017)
se realizoacute un anaacutelisis de varianza univariado y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey Los
coeficientes de regresioacuten del PLSR se calcularon mediante el paquete pls (Mevik et al 2019)
225 Resultados
2251 SQSMAF
Una vez se calcularon los algoritmos y funciones se obtuvieron los puntajes (y) para cada
propiedad de suelo evaluada en cada tratamiento de los tres experimentos (Tabla 2-7) A
excepcioacuten de las propiedades fiacutesicas para ExPtRo todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas para los tres experimentos presentaron una puntuacioacuten mayor a 08 El suelo en ExPtRo
presentaba una capacidad de agua disponible (CAD) que lo ubicaba dentro del umbral de bajo
mientras los suelos para ExTom y ExPtSp se ubicaban en el umbral de adecuado (Tabla 2-4) Esto
condujo a que la puntuacioacuten de CAD para ExPtRo estuviera entre 033 y 038 lo cual generoacute que
su puntuacioacuten para las propiedades fiacutesicas fuera de 075 077 y 074 para los tratamientos PaArPa
PaAvAr y PaPaAv respectivamente
73 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de
suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados
Trat
Fiacutesicas Quiacutemicas Bioloacutegicas Total
y Scr NPr SQFs
y Scr NPr SQQm
y Scr NPr SQBl ScrT NPrT
AGG CAD Db CE pH P CO
ExPtTom
ChC 083 --- 099 182 200 091 a 100 099 100 299 300 100 a 098 098 100 098 a 580 600
OrC 087 --- 099 186 200 093 a 089 099 100 288 300 096 a 100 100 100 100 a 574 600
Mx1 086 --- 099 186 200 093 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 584 600
Mx2 085 --- 099 184 200 092 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 583 600
Mx3 083 --- 099 182 200 091 a 100 100 100 300 300 100 a 100 100 100 100 a 582 600
ExPtSp
Barbecho 089 079 099 267 300 089 a 100 098 100 298 300 099 a 100 100 100 100 a 665 700
Control 090 072 099 261 300 087 a 051 096 089 236 300 079 d 100 100 100 100 a 597 700
As 090 079 099 268 300 089 a 100 095 100 295 300 098 b 100 100 100 100 a 663 700
AsSp 090 083 099 272 300 091 a 100 094 048 242 300 081 c 100 100 100 100 a 614 700
AsSp25 090 084 099 273 300 091 a 100 098 100 298 300 099 ab 100 100 100 100 a 671 700
AsSp50 091 082 099 273 300 091 a 100 097 100 297 300 099 ab 100 100 100 100 a 670 700
ExPtRo
PaArPa 091 033 099 224 300 075 a 088 097 098 283 300 094 a 100 100 100 100 a 607 700
PaAvAr 096 035 099 230 300 077 a 075 099 100 274 300 091 a 100 100 100 100 a 603 700
PaPaAv 085 038 099 222 300 074 a 100 100 100 300 300 100 a 099 099 100 099 a 621 700
Trat Tratamiento y puntaje obtenido para cada variable AGG Estabilidad de agregados CAD Contenido de
agua disponible Db Densidad aparente CE Conductividad eleacutectrica CO Carbono orgaacutenico Scr Puntaje acumulado
NPr Nuacutemero de propiedades del suelo para el grupo especiacutefico SQFs Qm Bl Puntaje obtenido en cada grupo ScrT
Sumatoria de todos los Scr y NPrT Nuacutemero total de propiedades del suelo evaluadas
2252 SQSA
Para los tres experimentos evaluados la puntuacioacuten total estuvo cercana al rango medio del umbral
de maacutexima puntuacioacuten posible (Tabla 2-8) En ExTom el tratamiento Mx1 alcanzoacute un puntaje de 9
de 18 En este tratamiento de las nueve propiedades evaluadas solo pH P y Db se encontraban
dentro del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) alcanzando el mayor puntaje individual El tratamiento
Control de ExPtSp que obtuvo un puntaje de 11 no superoacute el promedio del puntaje posible para
este experimento (26) Lo mismo ocurrioacute con PaArPa de ExPtRo que tan solo obtuvo 12 de 28
puntos En ambos experimentos la baja puntuacioacuten obedecioacute a que las propiedades CE PT AGG
DMP CA y CAD se encontraban por fuera del umbral oacuteptimo o adecuado (Tabla 2-4)
74 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC Punt Total
Min Max Total
ExTom
ChC 2 0 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 10
OrC 2 1 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 13
Mx1 2 0 2 0 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 9
Mx2 2 1 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 11
Mx3 2 0 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 11
ExPtSp
Barbecho 2 1 2 1 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 15
Control 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 0 2 3 2 26 11
As 0 0 2 1 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 12
AsSp 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp25 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp50 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 13
ExPtRo
PaArPa 0 0 2 1 1 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 12
PaAvAr 2 0 2 1 2 2 1 1 1 0 0 2 3 2 28 16
PaPaAv 2 0 2 1 2 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 14
CE Conductividad eleacutectrica CICE Caopacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT
Porosidad total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado
CA Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Punt
Puntaje Min Miacutenimo y Max Maacuteximo
2253 SQW
Para ExTom los puntajes (Sc) maacutes bajos los presentoacute StockC para la propiedad funcional
capacidad de suministro de nutrientes (CSN) y CAD para capacidad de almacenamiento de agua
(CAA) lo cual generoacute un puntaje ponderado (Scw) bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
ExPtSp y ExPtRo obtuvieron un bajo Sc para CE dentro de CSN CD y CAD para CAA y AGG
DMG y DMP para la propiedad funcional capacidad de desarrollo de raiacuteces (CDR) lo cual generoacute
un Scw bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
Para los tres experimentos evaluados el mayor porcentaje de participacioacuten lo obtuvo la Capacidad
de Suministro de Nutrientes (CSN) A esta propiedad funcional se le asignoacute el ponderador (W) con
el mayor peso en respuesta a su mayor cantidad de propiedades (Tabla 2-10) CSN mostroacute
diferencias significativas para los tres experimentos evaluados En ExTom OrC obtuvo el mayor
puntaje (W SFP) en ExPtSp lo obtuvo Barbecho seguido de AsSp50 y en ExPoRo lo obtuvo
PaPaAv CAA solo presentoacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp AsSp25 y AsSp50
los tratamientos que obtuvieron el mayor puntaje (Tabla 2-10) ExPtRo obtuvo un puntaje muy
bajo en la propiedad funcional CAA pues sus propiedades hidrofiacutesicas (CD y CAD) estaban
75 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativamente alejadas del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) CDR no mostroacute diferencias
significativas para ninguacuten experimento
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat CSN CAA CDR
pH CE P CICE OC StockC CD CAD Db PT AGG DMG DMP
Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw
ExTom
ChC 10 02 07 01 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
OrC 10 02 10 02 10 02 10 02 07 01 05 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx1 10 02 08 01 10 02 07 01 06 01 04 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx2 10 02 10 02 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx3 10 02 06 01 10 02 10 02 07 01 05 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 10 --- --- --- ---
ExPtSp Barbecho 10 02 10 02 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 04 01 04 01 02 00
Control 09 02 03 01 10 02 10 02 10 02 10 01 04 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
As 09 02 03 01 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp 09 02 04 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp25 10 02 04 01 09 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp50 10 02 05 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 04 --- 02 02 02
ExPtRo PaArPa 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 01 01 09 02 10 03 05 01 04 01 03 00
PaAvAr 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 05 01 05 01 03 00
PaPaAv 10 02 06 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 04 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 03 03 03 01 01
CSN Capacidad de suministro de nutrientes CAA Capacidad de almacenamiento de agua CDR Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces Sc puntaje Sw subponderador Scw Puntaje ponderado Los significados para las
propiedades del suelo se pueden apreciar en la Tabla 2-7
2254 SQPCA
Todos los experimentos incluyeron el conjunto total de datos para hacer el anaacutelisis de componentes
principales (PCA) No obstante para estimar SQPCA en cada experimento se tuvo en cuenta un
nuacutemero variable de propiedades de suelo correspondiente a un diferente nuacutemero de componentes
principales (PC) (Tabla 2-11) ExTom incluyoacute tres PC que representan a las propiedades P CAD
y StockC (Tabla 2-12) las cuales obtuvieron un mayor factor de carga en su respectivo PC
ExPtSp incluyoacute cinco PC correspondientes a pH CE CICE Db y StockC mientras que ExPtRo
incluyoacute cuatro PC correspondientes a CE Db AGG y CAD (Tabla 2-12)
76 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat
CSN CAA CDR
sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP
ExTom ChC 076 051 c 066 068 015 a 020 100 011 a 014
OrC 089 059 a 069 071 016 a 018 100 011 a 013
Mx1 078 052 bc 066 071 016 a 020 100 011 a 014
Mx2 082 055 b 067 069 015 a 019 100 011 a 014
Mx3 082 055 b 068 067 015 a 019 100 011 a 014
W 067 022 011
ExPtSp Barbecho 098 049 a 064 045 0075 ab 010 062 021 a 027
Control 085 043 cd 061 040 0067 b 010 062 021 a 030
As 084 042 d 060 046 0076 ab 011 062 021 a 029
AsSp 086 043 c 060 048 0080 a 011 062 021 a 029
AsSp25 087 044 bc 060 049 0081 a 011 062 021 a 029
AsSp50 089 045 b 061 048 0079 a 011 063 021 a 028
W 050 017 033
ExPtRo PaArPa 084 039 b 057 017 003 a 004 069 027 a 039
PaAvAr 085 039 b 056 016 003 a 004 073 028 a 040
PaPaAv 090 041 a 059 019 003 a 004 069 026 a 037
W 046 015 038
CSN Propiedad funcional Capacidad de suministro de nutrientes CAA propiedad funcional Capacidad de
almacenamiento de agua CDR propiedad funcional Capacidad de Desarrollo de Raiacuteces sumSwc = SFP
Sumatoria de los Swc de cada propiedad funcional (Tabla 2-9) W ponderador
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los tres
experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) ExTom ExPtSp ExPtRo
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC1 PC2 PC3 PC4
Autovalores 193 145 128 180 157 150 125 102 210 191 150 114
Varianza 041 024 018 027 021 019 013 009 034 028 017 010
Varianza Acumulada 041 065 083 027 048 066 079 088 034 062 079 089
Wc 050 028 022 031 023 021 015 010 038 031 019 011
Propiedad Auto vectores o factores de carga (FC)
pH -065 -038 -031 -033 -034 045 -065 005 -065 -042 029 -053
CE 032 -063 -038 015 034 -071 033 003 038 -007 -036 084
P -053 -039 -068 000 025 -070 024 015 -015 070 -033 -009
CICE -071 -040 055 -033 -027 -041 -012 061 -067 -048 018 010
DMG --- --- --- 000 031 -026 -062 047 081 -053 -003 -014
DPM --- --- --- 095 018 009 -015 007 083 -042 -001 -026
AGG --- --- --- 095 014 014 -008 007 086 -041 -001 -021
PT --- --- --- --- --- --- --- --- -025 -080 -051 001
Db 027 -049 -045 095 019 009 -015 005 005 089 038 -007
CA -057 065 -046 -023 063 059 030 033 -059 028 -064 -017
CAD -059 071 -034 -023 060 061 035 029 -053 -022 -078 -012
CO -091 -019 023 -032 074 -011 -023 -044 057 022 -062 -025
StockC -090 -023 020 -027 078 -022 -050 -014 051 070 -030 -025
PC Componente Principal W = Ponderador Significados para propiedades del suelo en la Tabla 2-7
77 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Las propiedades CAD y CO de ExTom obtuvieron un puntaje (Sc) bajo y medio respectivamente
para todos los tratamientos Todos los tratamientos excepto barbecho de ExPtSp obtuvieron un
puntaje bajo para CE mientras que para ExPtRo CAD obtuvo un puntaje muy bajo y AGG y CE
medio (Tabla 2-12)
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de calidad
de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db AGG CAD CO StockC
Sc
ExTom
ChC --- --- 10 --- --- --- 04 05 ---
OrC --- --- 10 --- --- --- 05 07 ---
Mx1 --- --- 10 --- --- --- 05 06 ---
Mx2 --- --- 10 --- --- --- 05 05 ---
Mx3 --- --- 10 --- --- --- 04 07 ---
ExPtSp
Barbecho 10 10 --- 09 10 --- --- --- 10
Control 09 03 --- 10 10 --- --- --- 10
As 09 03 --- 09 10 --- --- --- 10
AsSp 09 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp25 10 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp50 10 05 --- 10 10 --- --- --- 10
ExPtRo
PaArPa --- 04 --- --- 09 05 01 --- ---
PaAvAr --- 04 --- --- 10 05 02 --- ---
PaPaAv --- 06 --- --- 10 04 02 --- ---
2255 SQPLSR
En general los ponderadores (Wc) no superaron el 30 (03) para ninguna propiedad en los tres
experimentos evaluados (Tabla 2-13) El anaacutelisis produjo diferentes Wc para cada tratamiento y
propiedad en los tres experimentos En promedio las propiedades CE CICE y CAD generaron el
mayor aporte a la calidad del suelo en ExTom mientras que P lo hizo para ExPtSp y StockC para
ExPtRo En ExpTom la Db no produjo un aporte al modelo (Wc = 000) Lo mismo ocurrioacute para
Db CO y StockC para ExPtSp y P PT y CO para ExPtRo (Tabla 2-13)
2256 Comparacioacuten de SQI
En general los indicadores de calidad SQPLSR(A) y SQPLSR(P) no mostraron diferencias
significativas entre los tratamientos de ninguacuten experimento SQSMAF generoacute el mayor valor
promedio de SQ en los tres experimentos mientras que SQSA mostroacute la tendencia contraria Se
aprecia una diferencia en las teacutecnicas de agregacioacuten aditiva (A) y geomeacutetrica (P) siendo la primera
78 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
la que produce los resultados maacutes altos de SQ para todos los experimentos y tratamientos
evaluados (Figura 2-1)
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los tratamientos de
los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo (abajo) SMAF
SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P) SQPCA(P)
PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto
a a a a a
b
a
b
abab
c
abc b b
c
abc b bc
c
a abcbc
ab
b
a
ab ab aba
a
a a aa
a
aa a
0
02
04
06
08
1
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
a
c
ab
a a
a
dc b b b
ad d c bc ba
d cd bc b b
a
c c c b ba
e e d c b
a aa
aa
aa a a
aa
a
0
02
04
06
08
1
Barbecho Control As AsSp AsSp25 AsSp50
SQ
-P
un
taje
a aa
b
a a
b ab a
b ab aa
a a
aa a
aa
a
aa
a
0
02
04
06
08
1
PaArPa PaPaAv PaAvAr
Tratamiento
SMAF SA W(A) W(P) PCA(A) PCA(P) PLSR(A) PLSR(P)
79 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DGM DPM CA CAD CO StockC
Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc
ExpTom ChC 000 000 025 018 000 000 027 021 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 030 018 032 019 016 011 018 013
OrC 000 000 029 017 000 000 017 007 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 067 027 075 031 027 009 029 009
Mx1 000 000 077 027 000 000 051 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 039 013 053 017 036 013 036 013
Mx2 000 000 033 012 000 000 073 027 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 016 005 029 009 064 024 065 024
Mx3 000 000 088 018 000 000 087 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 055 011 075 016 087 018 087 018
ExPtSp Barbecho 016 004 007 002 064 016 078 020 000 000 --- --- 055 013 040 009 048 012 053 012 054 012 000 000 000 000
Control 046 010 019 004 061 013 086 018 000 000 --- --- 057 010 051 009 053 010 066 013 066 013 000 000 000 000
As 047 009 028 006 084 017 074 014 000 000 --- --- 058 011 050 009 053 010 061 012 061 012 000 000 000 000
AsSp 023 005 019 004 082 017 079 017 000 000 --- --- 051 010 051 010 049 010 064 013 063 013 000 000 000 000
AsSp25 021 006 003 001 078 020 089 023 000 000 --- --- 061 014 051 011 057 012 029 007 029 007 000 000 000 000
AsSp50 098 021 098 020 099 021 010 002 000 000 --- --- 023 004 029 005 020 004 054 011 054 011 000 000 000 000
ExPtRo PaArPa 057 010 024 004 000 000 030 005 071 013 000 000 080 015 082 015 077 014 010 002 032 006 000 000 086 016
PaAvAr 036 009 025 006 000 000 013 003 025 006 000 000 064 015 058 014 059 014 028 006 021 005 000 000 098 023
PaPaAv 091 015 083 013 000 000 068 012 094 015 000 000 027 004 023 004 027 004 072 011 073 011 000 000 070 010
Cs Coeficiente estandarizado Wc Ponderador
SQSMAF solo mostroacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp25 y AsSp50 los
tratamientos que produjeron una menor degradacioacuten del suelo (excluyendo a Barbecho) con 096
Seguacuten los resultados de SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) en ExTom el tratamiento
OrC mostroacute una mayor calidad de suelo con 069 087 086 070 y 067 respectivamente En
ExPtSp la mayor calidad de suelo la generoacute el tratamiento AsSp50 (excluyendo a Barbecho) con
046 073 071 088 y 084 respectivamente En ExPtRo la mayor calidad de suelo la produjo el
tratamiento PaAvAr con 053 070 062 059 y 048 respectivamente
En cuanto a la correlacioacuten entre los indicadores SQSMAF se correlacionoacute significativamente con
todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPLSR(A) SQSA y SQW(A) se correlacionoacute
significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPCA(P) SQW(P) se
correlacionoacute significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) Este uacuteltimo solo
se correlacionoacute significativamente con SQPCA(P) que a su vez solo se correlacionoacute con SQSMAF y
SQW(P) SQPLSR(A) se correlacionoacute significativamente con SQSA SQW(A) SQW(P) y SQPLSR(P)
Este uacuteltimo no mostroacute una correlacioacuten significativa con SQPCA(A) y SQPCA(P) (Tabla 2-14)
80 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los tres
experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 Rendimiento 048 058 077 067 -062 -046 020 040
SQSMAF 044 069 075 016 031 029 052
SQSA 078 066 -017 -007 046 053
SQW(A) 096 -009 009 044 067
SQW(P) 011 029 038 066
SQPCA(A) 098 007 012
SQPCA(P) 012 023
SQPLSR(A) 092
SQPLSR(P)
Se aprecian diferencias entre el comportamiento de la correlacioacuten con las dos teacutecnicas de
agregacioacuten (A) y (P) Siendo esta uacuteltima la que maacutes correlaciones significativas presentoacute (Tabla
2-14)
En ExTom existe una correlacioacuten negativa significativa entre el rendimiento y los indicadores de
calidad del suelo SQSA SQW(A) y SQw(P) Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado existe una
correlacioacuten significativa con SQPLSR(A) y SQPLSR(P) altamente significativa con SQPCA(A) y
SQPCA(P) y muy altamente significativa con SQSA SQW(A) y SQW(P) En cuanto a la correlacioacuten
con la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica aplicado se presentaron las mismas
significancias mostradas con el abono orgaacutenico pero en sentido negativo (Tabla 2-15)
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes aplicados al
suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005 = P lt 001 =
P lt 0001 SQSMAF
SQSA SQW SQPCA SQPLSR
Fs Ch Bl SMAF NSC WSC RDC (A) (P) (A) (P) (A) (P) ExTom
Rendimiento -017 033 -018 025 -062 -066 -014 061 -064 -063 -036 -035 -033 -028
Abono
Orgaacutenico
019 -038 056 -024 080 088 014 -084 084 083 073 072 056 053
Fertilizante -019 038 -056 024 -080 -088 -014 084 -084 -083 -073 -072 -056 -053
ExPtSp
Rendimiento 007 -039 -002 -033 -010 -035 -018 038 -021 -016 -039 -038 -038 -038
Abono
Orgaacutenico
045 067 -013 072 061 023 051 -001 051 053 042 053 020 023
Fertilizante -046 -078 014 -081 -062 -048 -049 -004 -071 -067 -069 -078 -030 -034
ExPtRo
Rendimiento -019 041 -040 033 046 083 046 -015 071 074 034 024 064 042
81 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En ExPtSp no se presentaron correlaciones significativas entre ninguacuten indicador con el
rendimiento Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado se presentoacute una correlacioacuten significativa
con SQPCA(P) SQW(A) y SQw(P) altamente significativa con SQSA y muy altamente significativa
con SQSMAF Entre la cantidad de fertilizante aplicado se presentoacute una correlacioacuten negativa
altamente significativa con SQSA y SQw(P) y muy altamente significativa con SQSMAF SQW(A)
SQPCA(A) y SQPCA(P) En ExPtRo el rendimiento se correlacionoacute significativamente con SQW(A) y
SQPLSR(A) y muy significativamente con SQW(P) (Tabla 2-15)
226 Discusioacuten
2261 Ventajas y desventajas de los meacutetodos evaluados
SMAF realiza el anaacutelisis subdividiendo las propiedades del suelo en grupos propiedades quiacutemicas
fiacutesicas y bioloacutegicas con el objetivo de identificar sus contribuciones relativas al indicador general
(Cherubin et al 2016b) Este enfoque identifica los grupos con los puntajes de SQFs SQQm o
SQBl maacutes bajos para que los administradores del suelo puedan decidir apropiadamente sobre
coacutemo restaurar o mejorar de manera maacutes eficiente la calidad del suelo en un aacuterea especiacutefica
(Karlen et al 2014b) Aunque en el presente estudio se siguieron las reglas planteadas por
Andrews et al (2004) en ExTom y ExPtRo no se aprecian diferencias significativas entre
tratamientos para SQSMAF Esto sugiere que SQSMAF presenta una muy baja sensibilidad a los
cambios en el suelo como respuesta a los tratamientos evaluados Esto concuerda con lo reportado
por Peltre et al (2012) quienes mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto
de la aplicacioacuten de enmiendas orgaacutenicas solo son evidentes a largo plazo En ExTom y ExPtSp se
evaluoacute un uacutenico ciclo de produccioacuten En experimentos estacionales se deben evaluar propiedades
con alta y raacutepida sensibilidad a la perturbacioacuten quiacutemica fiacutesica yo bioloacutegica del suelo De los tres
grupos las propiedades bioloacutegicas son las maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al 2000) En los tres experimentos la
uacutenica propiedad incluida en el grupo de propiedades bioloacutegicas en SMAF fue el contenido total de
carbono orgaacutenico (CO) Como lo expone Peltre et al (2012) esta propiedad variacutea
significativamente a mediano y largo plazo y su efecto en las plantas se ve en el mismo lapso Esta
variacioacuten solo fue evidente en el corto plazo en ExTom debido a que se aportoacute una gran cantidad
de abono orgaacutenico al suelo No obstante esta variacioacuten no fue suficiente para que se expresara en
el resultado final de SQSMAF pues no se presentaron diferencias significativas Estas diferencias si
82 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
se presentaron en ExPtSp debido a la influencia del grupo de propiedades quiacutemicas del suelo En
este grupo el pH la CE y el P mostraron diferencias significativas (Tabla 2-4) lo que generoacute una
variacioacuten en el resultado de SQQm suficiente para producir diferencias significativas en el SQSMAF
de los tratamientos evaluados en este experimento Cabe aclarar que el carbono orgaacutenico
generalmente no se considera una propiedad bioloacutegica pues estas propiedades estaacuten relacionadas
con la presencia y actividad de microorganismos y fauna en el suelo Esto conlleva a discusiones
teacutecnicas sobre el uso de SMAF
En el indicador de calidad de suelo SQSA se asigna una puntuacioacuten a cada propiedad con base en
su ajuste a los umbrales oacuteptimo adecuado bajo o alto (Amacher et al2007) Estos umbrales son
definidos a partir de lo reportado en la literatura o la experiencia de los investigadores En este
estudio las puntuaciones individuales para aproximadamente la mitad de las propiedades
evaluadas en cada experimento se encontraban por fuera del rango oacuteptimo o adecuado Los
tratamientos que incluyeron el aporte de abono orgaacutenico (OrC de ExTom y AsSp25 y AsSp50 de
ExPtSp) obtuvieron un mayor puntaje de SQSA Esto concuerda con los resultados del anaacutelisis de
correlacioacuten en donde se aprecia una alta colinealidad entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado
y SQSA para ExPtSp y ExTom (Tabla 2-15) SQSA muestra una alta sensibilidad a los cambios
generados en el suelo como respuesta a los tratamientos aplicados Esto se demuestra porque en
todos los experimentos se presentan diferencias significativas entre los tratamientos evaluados
(Figura 2-1) Esta teacutecnica es relativamente maacutes faacutecil en comparacioacuten con los otros meacutetodos pues
la calificacioacuten requiere solamente de la revisioacuten de literatura y opiniones de expertos (Mukherjee y
Lal 2014) La desventaja de SQSA es que implica un alto nivel de subjetividad y se basa
principalmente en el punto de vista del investigador
El indicador SQW asigna una puntuacioacuten a cada propiedad del suelo como lo hace SQSA en funcioacuten
de umbrales La diferencia radica en que SQW solo tiene en cuenta el rango oacuteptimo de cada
propiedad (Tabla 2-4) SQW asigna los puntajes de acuerdo con la cercaniacutea o ubicacioacuten de la
propiedad dentro de ese umbral Algo valioso de este indicador es que agrupa las propiedades del
suelo en propiedades funcionales dentro de la relacioacuten suelo-planta Al tratarse de experimentos
agriacutecolas la capacidad del suelo para suministrar agua nutrientes y condiciones oacuteptimas para el
desarrollo de las raiacuteces de la planta cobra gran relevancia Sin embargo SQW asigna el peso (W) en
funcioacuten de la cantidad de variables incluidas en cada propiedad funcional del suelo Esto suma
cierto grado de subjetividad al anaacutelisis ya que no se puede relacionar W con el aporte real de la
propiedad funcional a la calidad del suelo sino con la cantidad de propiedades medidas Esta
83 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cantidad variacutea en respuesta a lo estipulado por los investigadores Para los tres experimentos la
propiedad funcional que mayor peso tuvo en el anaacutelisis fue la capacidad de suministro de
nutrientes (CSN) ya que evaluoacute la mayor cantidad de propiedades en los tres experimentos SQW
es el indicador que mostroacute una mayor sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los
tratamientos evaluados (Figura 2-1) en concordancia con lo encontrado por Cherubin et al
(2016a) y Lima et al (2013) La ventaja de SQW es que calcula el ponderador en funcioacuten del
disentildeo del experimento y del conjunto de datos asiacute compensa su nivel de subjetividad Sin
embargo la desventaja de SQw es que requiere un nuacutemero miacutenimo de paraacutemetros por cada
propiedad funcional del suelo que podriacutean ser costosos y dispendiosos en el caso praacutectico
(Mukherjee y Lal 2014)
El uso de PCA redujo el conjunto total de datos de nueve doce y trece a tres cinco y cuatro
componentes principales en ExTom ExPtSp y ExPtRo respectivamente que explicaban cerca del
90 de la variacioacuten total (Tabla 2-11) Dos ventajas se identifican en SQPCA Primero su
capacidad para predecir la calidad del suelo a partir de un conjunto miacutenimo de datos que
representan el conjunto total de paraacutemetros estudiados Segundo es un enfoque menos subjetivo
pues los ponderadores se asignan en funcioacuten de procesos estadiacutesticos (Andrews et al 2002
Mukherjee y Lal 2014) lo cual ayuda a evitar sesgos y redundancia de informacioacuten (Cherubin et
al 2026a) Y tercero este indicador puede utilizarse a largo plazo a traveacutes de la medicioacuten de las
propiedades maacutes representativas derivadas de anaacutelisis iniciales con PCA (Mukherjee y Lal 2014)
No obstante el meacutetodo de PCA requiere un gran conjunto de datos y es menos faacutecil de usar lo que
impone barreras a la adopcioacuten praacutectica para evaluaciones de la calidad del suelo (Cherubin et al
2016a) Ademaacutes los indicadores seleccionados pueden no ser significativos para los agricultores y
administradores del suelo (Andrews et al 2002) Al igual que SQW SQPCA mostroacute una gran
sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los tratamientos evaluados (Figura 2-1)
Similares resultados fueron reportados por Andrews et al 2002 y Cherubin et al (2016a)
A diferencia de SQPCA SQPLSR utiliza toda la informacioacuten cuantitativa (propiedades) y cualitativa
(tratamientos) del modelo para estimar la calidad del suelo (Obade y Lal 2016) Esto implica que
el PLSR asigne ponderadores (W) a cada unidad experimental y propiedad es decir asigna tantos
W como observaciones haya en la base de datos Esto conlleva a que en conjunto la variacioacuten
entre tratamientos no sea suficiente para producir diferencias significativas (Figura 2-1)
mostrando muy baja sensibilidad a la variacioacuten producida por los tratamientos en evaluacioacuten En
ninguno de los experimentos evaluados se presentoacute correlacioacuten con el rendimiento Resultados
84 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
similares obtuvieron Obade y Lal (2016) en su trabajo Otro aspecto importante es que al ser una
teacutecnica relativamente nueva y no tan faacutecil de procesar no se ha generado una amplia adopcioacuten
entre los investigadores del suelo
2262 Validacioacuten de los meacutetodos
Al hablar de calidad del suelo la discusioacuten entre objetividad y subjetividad sigue abierta Para unos
investigadores del suelo deberiacutea cobrar mayor importancia el conocimiento de los expertos Sin
embargo para muchos otros investigadores este puede derivar en diferentes enfoques volviendo
al problema de iquestQuieacuten tiene la razoacuten Al estudiar el efecto de diversos tratamientos sobre la
calidad del suelo en un experimento puntual la experiencia sobre el cultivo y su comportamiento
en unas condiciones edafoclimaacuteticas particulares podriacutea cobrar mayor validez No obstante con
este enfoque los resultados no podriacutean extrapolarse tan faacutecilmente a otras condiciones y el uso de
los mismos indicadores en otras condiciones despertariacutea dudas Para evitar sesgos podriacutea recurrirse
a ambos enfoques pues como se mostroacute en este trabajo en la literatura existen opciones
suficientes para evaluar la calidad del suelo con un grado de objetividad o subjetividad alto medio
o bajo
Para elegir entre los meacutetodos evaluados se debe tener en cuenta dos puntos i) la sensibilidad a la
variacioacuten entre tratamientos y ii) el valor de SQ obtenido En cuanto a la sensibilidad del indicador
se presentaron estos resultados SQW = SQPCA gt SQSA gt SQSMAF SQPLSR no mostroacute sensibilidad a
los cambios provocados en el suelo por los tratamientos aplicados Con respecto al segundo punto
es maacutes difiacutecil establecer cual es el indicador maacutes adecuado pues un mayor o menor puntaje entre
indicadores de calidad del suelo no implica necesariamente que el indicador refleje la realidad Es
necesario analizar ambos aspectos (i y ii) en conjunto Por ejemplo SQSMAF generoacute las mayores
puntuaciones en los tres experimentos mientras que SQSA generoacute los valores maacutes bajos pero
SQSMAF no produjo diferencias significativas entre los tratamientos de ExTom y ExPtRo mientras
que SQSA mostroacute una gran sensibilidad En teacuterminos generales la sensibilidad tendriacutea un mayor
grado de importancia por ende y en este caso particular se recomendariacutea el uso de SQSA
Algo que se evidencia en los tres experimentos es que los resultados de todos los indicadores son
consistentes Esto quiere decir que el mismo tratamiento obtuvo la mejor puntuacioacuten para todos
los indicadores de calidad del suelo que en ExTom fue OrC en ExPtSp ASSp50 (sin tener en
cuenta a Barbecho) y en ExPtRo PaAvAr (Figura 2-1)
85 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Un mecanismo utilizado ampliamente para verificar la viabilidad del indicador es su correlacioacuten
con la funcioacuten del suelo que se esteacute estudiando en este caso produccioacuten agriacutecola (rendimiento)
(Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) De los tres experimentos evaluados solo ExTom
mostroacute correlaciones significativas entre el rendimiento y algunos indicadores en este caso con
SQSA y SQW Dos aspectos importantes se derivan de este resultado El primero que la correlacioacuten
es negativa es decir entre mayor rendimiento menor calidad del suelo en concordancia con lo
encontrado por Lima et al (2013) El segundo que la correlacioacuten se presentoacute con los indicadores
con mayor grado de subjetividad y sensibilidad Con respecto al primer aspecto como ya se
mencionoacute el aporte de materia orgaacutenica exoacutegena generoacute un incremento de la calidad del suelo
pero este no se vio reflejado en un aumento del rendimiento Esto se debe a que el incremento del
aporte de este abono estaba acompantildeado de una reduccioacuten de la cantidad de fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuanto maacutes fertilizante se aplicoacute mayor rendimiento se obtuvo Con respecto al segundo
aspecto no se podriacutea afirmar que lo reportado en la literatura genera una mayor confianza en los
resultados finales pues la tendencia variacutea Por ejemplo en ExPtSp no se aprecian correlaciones
significativas entre ninguacuten indicador con el rendimiento
Para hacer la evaluacioacuten de los indicadores se siguieron las reglas planteadas por sus autores Sin
embargo la variacioacuten a corto plazo de las propiedades del suelo por efecto de los tratamientos no
estaacute representada adecuadamente en los indicadores SQSMAF y SQPLSR Es probable que sea
necesario evaluar otras propiedades bioloacutegicas incluiacutedas en el ExcelSMAF como carbono de la
biomasa microbiana actividad β-Glucosidasa o nitroacutegeno potencialmente mineralizable
Mukherjee y Lal (2014) con base en sus hallazgos tambieacuten sugieren la evaluacioacuten de diversas
propiedades bioloacutegicas Estas propiedades producen una mayor variacioacuten a corto plazo pues son
maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Doran y Zeiss 2000) y se adaptariacutean mejor a
experimentos estacionales con cultivos de ciclo corto
Los dos meacutetodos de agregacioacuten aditivo (A) y geomeacutetrico o producto multiplicativo (P) siempre
mostraron la misma tendencia para los SQ que lo utilizaron Aunque (P) generoacute siempre un menor
nivel de calidad del suelo para el indicador mostroacute maacutes correlaciones significativas con los demaacutes
indicadores La teacutecnica aditiva aplica el supuesto de independencia preferencial de las propiedades
86 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
del suelo lo cual implica que hay compensacioacuten3 total entre estas y que independiente de su
valor es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En este caso si una propiedad puntual o
funcional del suelo obtiene un valor normalizado de cero este seraacute enmascarado por otra propiedad
con mayor valor Esto implica por ejemplo que un contenido excesivo de sales se contrarresta con
una capacidad de intercambio catioacutenica dentro del rango oacuteptimo El meacutetodo multiplicativo tambieacuten
implica la compensacioacuten entre propiedades aunque en este caso la tasa de compensacioacuten no es
constante variacutea en funcioacuten del valor de las propiedades y de los ponderadores A medida que una
propiedad se acerca al rango oacuteptimo su capacidad de compensacioacuten aumenta y viceversa es decir
a medida que el valor de una propiedad toma valores extremos lo mismo ocurre con su capacidad
de compensacioacuten Esto implica que una propiedad que tiene un valor normalizado alto genera un
alto grado de compensacioacuten pero si alguna propiedad obtiene un valor normalizado muy bajo que
indicariacutea que estaacute por fuera del umbral permitido generariacutea una disminucioacuten notable en el valor
del indicador sugiriendo una muy baja calidad del suelo
De acuerdo con los resultados obtenidos es difiacutecil definir la mejor teacutecnica de evaluacioacuten de la
calidad del suelo La eleccioacuten dependeraacute en gran medida de factores como el disentildeo del
experimento la eleccioacuten de las propiedades del suelo incluidos en el modelo y la interaccioacuten entre
aspectos ambientales versus rendimiento del cultivo (Mukherjee y Lal 2014) Sin embargo es
evidente que en cuanto al uso de indicadores de calidad del suelo en experimentos estacionales
SQPLSR no tiene el grado de sensibilidad necesaria y es probable que deban evaluarse maacutes
propiedades bioloacutegicas incluidas en SQSMAF si se quiere utilizar este indicador Con base en los
resultados seriacutea conveniente y viable utilizar dos o maacutes indicadores para dar mayor validez a los
resultados En ese sentido SQSA SQW(P) y SQPCA(P) son muy buenas opciones
Un aspecto clave es la seleccioacuten de indicadores Se sabe que la precisioacuten de la evaluacioacuten de la
calidad del suelo aumenta al utilizar tantos indicadores como sea posible Esto debido a la
naturaleza muy compleja del suelo que involucra sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas y
las interacciones resultantes
3 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de una propiedad que estaacute por fuera
del rango oacuteptimo con el de otras que si estaacuten dentro del rango y que por ende generan un mayor nivel de
calidad del suelo
87 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
227 Conclusiones
Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) detectaron eficientemente los
cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al suelo Esto indica que en
experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar como SQSA fueron
tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos como SQPLSR Es recomendable el uso de
indicadores ponderados como SQW o SQPCA y de la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (P) Aunque esta teacutecnica genera valores de SQ maacutes bajos refleja mejor el estado
individual de las propiedades del suelo evitando enmascaramientos entre propiedades en nivel
oacuteptimo contra aquellas por fuera del rango adecuado No se presentoacute consistencia en cuanto a la
correlacioacuten entre los indicadores y el rendimiento del cultivo Esto podriacutea sugerir dos cosas
primero que asiacute como la eleccioacuten del meacutetodo de evaluacioacuten la seleccioacuten de los indicadores es
vital para que los resultados reflejen la real calidad del suelo Y segundo que no siempre los
tratamientos que promueven un mayor rendimiento generan una mayor calidad del suelo En dos
de los experimentos se aprecia que la aplicacioacuten de material orgaacutenico exoacutegeno genera una mayor
calidad del suelo a corto plazo aunque esto no se correlaciona con un mayor rendimiento el cual
esta jalonado por el aporte de fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Tambieacuten se evidencia con los
resultados mostrados que el rango de variacioacuten temporal de las propiedades del suelo despueacutes de
un disturbio es maacutes amplio ya que no pudo captarse en los experimentos
88 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la
magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores agricolas
231 Resumen
A escala finca los indicadores sociales de sostenibilidad agriacutecola maacutes comunes son las horas labor
y la estacionalidad de la mano de obra La magnitud del esfuerzo fiacutesico que los trabajadores
invierten en las actividades agriacutecolas no se utiliza como indicador En ese sentido se propone el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Para calcularlo 1) se establecieron cinco grados de
esfuerzo de labor (GE) 2) se realizoacute una clasificacioacuten de las labores de cultivo y 3) a cada una se
le asignoacute un GE Para probar el meacutetodo se estimoacute ELB en cuatro sistemas de produccioacuten de papa
en dos inclinaciones de terreno Los resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene una
influencia maacutes significativa sobre ELB que el nivel de tecnificacioacuten El sistema no tecnificado en
terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de
labor El sistema medianamente tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169)
correspondiente a poco esfuerzo de labor Se espera que este indicador pueda ser incluido en la
dimensioacuten social de los anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala finca yo parcela
Palabras clave bienestar humano indicadores sociales Solanum tuberosum sostenibilidad
agriacutecola
232 Abstract
At the farm level the most common social indicators are hours of work (wages) and the
seasonality of labor The magnitude of physical effort that workers invest in agricultural activities
is not used as an indicator In this sense the work effort indicator (WEF) is proposed To calculate
WEF 1) five degrees of work effort (GE) were established 2) a classification of the cultivation
tasks was carried out and 3) each one was assigned a GE To test the method the WEF of four
potato production systems at two land slopes was calculated The results suggest that the slope of
the land has a more significant influence than the level of technification on WEF The non-
technical system on sloping land (MuiNo) generates the highest WEF (467) corresponding to the
maximum work effort The moderately technified system on flat land (PlnMd) obtained the lowest
89 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
WEF (169) corresponding to little labor effort It is expected that this indicator can be included in
the social dimension of farm andor plot-scale agricultural sustainability analyzes
Keywords agricultural sustainability human welfare social indicators Solanum tuberosum
233 Introduccioacuten
En las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de finca (dentro de una misma regioacuten de
estudio) las dimensiones ambiental y econoacutemica disponen de un nuacutemero considerable de
indicadores que se derivan directamente de las actividades agriacutecolas del sistema de produccioacuten
Para esta escala sin embargo la disponibilidad de indicadores en la dimensioacuten social es limitada
siendo las horas labor y la estacionalidad de la mano de obra los maacutes comunes (Goacutemez y Riesgo
2009 Van Asselt et al 2014) A enfoques geograacuteficos mayores (pej nacional o global) se
pueden encontrar maacutes de 150 indicadores sociales (Finkbeiner et al 2010) la mayoriacutea asociados a
poliacuteticas gubernamentales Estos abarcan desde salud humana derechos de las mujeres y
educacioacuten hasta sindicatos responsabilidad social de las compantildeiacuteas y distribucioacuten de la poblacioacuten
(Finkbeiner et al 2010) Estos indicadores aplican al evaluar sistemas productivos en dos o maacutes
regiones con poliacuteticas de gobierno diferenciales Al disminuir el aacuterea geograacutefica las leyes se van
aplicando de la misma forma para todos los sistemas productivos en evaluacioacuten (comparacioacuten) y el
efecto diferencial de estas poliacuteticas se diluye reducieacutendose al mismo tiempo el nuacutemero de
indicadores sociales con posibilidad de medicioacuten
A pesar de que la dimensioacuten social de la sostenibilidad evaluacutea el bienestar de los trabajadores en
los marcos de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola no se utilizan indicadores que representen el
esfuerzo humano que exigen las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten que se estaacuten
comparando (pej Beacutelanger et al 2012 Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 De Olde
et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Marchand et al 2014 Paracchini et al 2015 Peano
et al 2014 Ryan et al 2016 Schader et al 2016 Schindler et al 2015 Van Passel y Meul
2012) Cada sistema productivo tiene labores de cultivo que implican un mayor o menor esfuerzo
fiacutesico incluso dentro de la misma especie cultivada Este esfuerzo que se deriva directamente de
las actividades de cultivo puede medirse empiacutericamente a traveacutes de la percepcioacuten de los
trabajadores (Borg 1982 1990) e incluirse como un indicador dentro de la dimensioacuten social de la
sostenibilidad
90 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Con el presente trabajo se propone el indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) como estimador
del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a cabo las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola a nivel de finca o parcela En este trabajo ELB se evaluacutea con un estudio de caso en papa
234 Metodologiacutea
2341 Construccioacuten del indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB)
ELB es un indicador que permite la comparacioacuten de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola a
escala de finca o parcela en teacuterminos de la magnitud del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a
cabo las labores de cultivo A cada sistema de cultivo evaluado se le asigna un valor de ELB a
partir del comportamiento tanto de ese sistema individualmente como el de todos los sistemas
evaluados en conjunto es decir ELB tiene en cuenta los resultados de todos los sistemas evaluados
para determinar cual es el comportamiento de cada sistema individualmente
El primer paso para la construccioacuten de ELB fue definir empiacutericamente los diferentes grados de
esfuerzo (GE) asociados a las labores de cultivo Se establecioacute como punto de partida el disentildeo de
la escala psicofiacutesica de Borg (1982 1990) En ese sentido los GE hacen referencia a la percepcioacuten
de la magnitud del esfuerzo fiacutesico que los operarios de cultivo deben invertir para realizar cada una
de esas labores Para establecer esta clasificacioacuten se hizo un recuento de las labores culturales
tiacutepicas de cultivos hortofrutiacutecolas (frutales hortalizas legumbres raiacuteces y tubeacuterculos) y con los
resultados de 36 encuestas realizadas a operarios de cultivo con maacutes de 20 antildeos de experiencia se
asocioacute un GE a cada una de las labores recopiladas
Para calcular el indicador de esfuerzo de labor (ELB) 1) se hizo la sumatoria de las horas dedicadas
a cada labor 2) se suman las horas de las actividades que tienen el mismo GEi (i = 1 2 3 4 o 5)
3) se calcula el GE total (GET) correspondiente a la sumatoria de los GEi para cada sistema (GET =
GE1 + GE2hellip + GE5) 4) se calcula el maacuteximo GET entre los sistemas evaluados (MaxGET) 5) se
calcula el factor de esfuerzo (FEi) para cada GEi de cada sistema (FEi = GEi MaxGET) 6) se
calcula el factor por grado de esfuerzo (FGE) para cada FEi (FGE = FEi x GEi) y 7) se calcula ELB
para cada sistema como la sumatoria de todos los FGEi (ELB = FGE1 + FGE2hellip + FGE5)
91 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2342 Estudio de caso
Con el fin de evaluar el indicador con datos reales de campo se hizo seguimiento a cuatro sistemas
de produccioacuten de papa en dos inclinaciones de terreno durante un ciclo de produccioacuten Los cultivos
se ubicaron en el municipio de Sibateacute (Cundinamarca Colombia) Sus caracteriacutesticas se exponen
en la Tabla 2-16
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados
Terreno Sistema Sigla Descripcioacuten
Plano
(Pendiente 0-7)
Vereda Chacua
Altamente tecnificado PlnAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado PlnMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado PlnEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado PlnNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual
aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
Muy inclinado
(Pendiente gt 50) Vereda San Miguel
Altamente tecnificado MuiAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado MuiMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado MuiEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado MuiNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
En cada sistema e inclinacioacuten evaluados se contabilizoacute el tiempo en horas dedicadas a cada labor
Esto se realizoacute con respecto a las labores que correspondieran al cultivo de papa con base en lo
expuesto en la Tabla 2-18 Se contabilizoacute el tiempo dedicado por cada operario a cada labor y se
sumaron las horas de todos los operarios en la misma actividad Se debe tener en cuenta que cada
labor en el cultivo de papa es realizada por mas de un operario al mismo tiempo
235 Resultados y discusioacuten
2351 Definicioacuten de grados de esfuerzo de labor (GE)
Se establecieron cinco grados de esfuerzo de labor donde GE1 representa el menor esfuerzo y GE5
el mayor Estos grados se definieron con respecto a la cantidad de esfuerzo fiacutesico que se requiere
para realizar una labor especiacutefica de cultivo Para establecer el nivel de intensidad el esfuerzo se
comparoacute con actividades cotidianas (Tabla 2-17)
92 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el indicador
Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) GE Rango Categoriacutea Descripcioacuten
GE1 0 a 15 Muy poco esfuerzo de labor La labor exige muy poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos
GE2 gt 15 a 25 Poco esfuerzo de labor La labor exige poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos con morral de 3-5 kg
GE3 gt 25 a 35 Mediano esfuerzo de labor La labor exige esfuerzo fiacutesico moderado Como caminar con afaacuten en terreno
moderadamente inclinado con morral de 3-5 kg
GE4 gt 35 a 45 Alto esfuerzo de labor La labor exige un alto esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se hace con la
teacutecnica adecuada Como hacer sentadillas
GE5 gt 45 a 5 Maacuteximo esfuerzo de labor La labor exige el mayor esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se tienen los
aditamentos necesarios y no se hace con la teacutecnica adecuada Como levantar pesas
2352 Clasificacioacuten de las labores de cultivo seguacuten su grado de esfuerzo
(GE)
Las labores de cultivo se clasificaron de acuerdo con la dificultad fiacutesica que requiere su
realizacioacuten Estas labores estaacuten directamente relacionadas con produccioacuten agriacutecola desde
preparacioacuten del suelo hasta postcosecha No incluyen labores previas a la preparacioacuten del terreno
ni instalacioacuten de infraestructuras como invernaderos sistemas de riego camas de hidroponiacutea
cuartos de postcosecha entre otras Las labores se dividieron en cinco grupos preparacioacuten del
terreno (PT) siembra y trasplante (ST) proteccioacuten de cultivos (PC) labores culturales (LC) y
cosecha y postcosecha (CP) A cada actividad de cada grupo se le asignaron tres grados de
esfuerzo de acuerdo con la inclinacioacuten del terreno donde se desarrolla el proceso productivo
terreno plano (0 ndash 7) (Pln) inclinado (7 ndash 50) (Inc) y muy inclinado (gt 50) (Min) seguacuten la
clasificacioacuten del IGAC (2014) (Tabla 2-18)
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten terreno ST
= Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP = Cosecha y postcosecha
Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
11 PT Adecuacioacuten terreno con
azadoacuten 4 4 5
Preparacioacuten del suelo para siembra con herramientas manuales como azadoacuten pala barreno etc Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg sumado al
esfuerzo de la labor
12 PT Adecuacioacuten terreno con motocultor
3 4 5 Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada manualmente
13 PT Adecuacioacuten terreno con
tractor 2 2 3
Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada
mecaacutenicamente
14 PT Levantar camas altas 4 5 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante ge 50 cm de altura
15 PT Levantar camas bajas 3 4 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante lt 50 cm de altura
16 PT Surcado superficial 3 3 4 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (2 - 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
17 PT Surcado profundo 4 5 5 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (gt 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
93 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
18 PT Apertura de huecos
superficial en suelo 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de plaacutentulas de
hortalizas
19 PT Apertura de huecos
profundo en suelo 4 5 5
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de frutales
arboacutereos y arbustivos
110 PT Apertura huecos en
acolchado plaacutestico 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de hortalizas en
acolchado plaacutestico
111 PT Montaje acolchado plaacutestico 2 2 3 Incluye estiramiento y ubicacioacuten del plaacutestico sobre las camas de siembra
21 ST Siembra semilla una a una
en cama baja 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo lt 90deg
22 ST Siembra semilla una a una
en cama alta 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
23 ST Siembra semilla chorrillo en
cama baja 3 3 4
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
24 ST Siembra semilla chorrillo en
cama alta 2 2 3
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
25 ST Siembra semilla al voleo 2 2 3 Siembra de semillas sobre el suelo sin demarcar una guiacutea especiacutefica
26 ST Trasplante en cama baja 4 4 5 Siembra de plaacutentulas en camas lt 50 cm de altura Implica inclinarse formando
un aacutengulo lt 90deg
27 ST Trasplante en cama alta 3 3 4 Siembra de plaacutentulas en camas ge a 50 cm de altura Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
28 ST Siembra o trasplante en
cama levantada 2 2 3
Siembra o trasplante en camas de sustrato o hidroponiacutea No hay necesidad de
inclinarse
31 PC Deshierba manual 4 5 5
Retirado de arvenses (de forma manual o con herramientas manuales) de las
camas de siembra y calles Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
ademaacutes del esfuerzo de la labor
32 PC Mezclado de fertilizantes 4 4 4 Unir dos o maacutes fertilizantes soacutelidos en una mezcla homogeacutenea
33 PC Mezclado de pesticidas 3 3 3 Unir dos o maacutes pesticidas liacutequidos en una mezcla homogeacutenea
34 PC Fertilizacioacuten edaacutefica manual
3 3 4 Aplicacioacuten de fertilizantes soacutelidos al suelo de forma manual o con herramientas manuales
35 PC Fertilizacioacuten por fertirriego 1 1 1 Aplicacioacuten de fertilizantes mediante el sistema de riego
36 PC Riego manual 2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante manguera
37 PC Riego por sistema de riego por goteo
1 1 1 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por goteo
38 PC Riego por sistema de riego por aspersioacuten
2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por aspersioacuten
39 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda
3 4 5 Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba de espalda
310 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos
bomba estacionaria 2 2 3
Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba
estacionaria
311 PC Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes
5 5 5 Cargue y descargue de bultos de maacutes de 25 kg al o del camioacuten u otro sitio en la unidad productiva
41 LC Amarre plantas a guiacutea o tutorado
3 3 4 Amarre de plantas enredaderas a las guiacuteas o tutorados
42 LC Poda formacioacuten 3 3 4 Poda de ramas para formar arbustos y frutales
43 LC Poda sanitaria 3 3 4 Poda de oacuterganos generalmente hojas afectadas por dantildeos bioacuteticos o abioacuteticos
44 LC Deschupone 2 2 3 Poda de yemas axilares
45 LC Agobio 4 4 5 Llevar un oacutergano de la planta generalmente rama hacia el suelo y sembrarlo alliacute
46 LC Canequeo 2 2 3 Voltear o tumbar las plantas (Follaje) al suelo manualmente o por medio de una caneca plaacutestica
47 LC Aporque 4 5 5 Atraer suelo haciacutea las plantas con el fin de cubrir la base de su tallo Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg ademaacutes del esfuerzo de la labor
48 LC Soqueo 3 3 4 Hacer una poda total en la planta generalmente 30 - 50 cm por encima de la
superficie del suelo
49 LC Raleo de frutos 3 3 4 Retirar frutos de la planta
410 LC Raleo de plantas 3 3 4 Retirar plantas completas del cultivo
411 LC Descuelgue 3 3 4 Desamarrar las plantas de la guiacutea o tutorado descolgaacutendolas unos cm hacia el
suelo
412 LC Compostaje 3 3 3 Ubicacioacuten de residuos de cultivo en contenedores o espacios para esperar su
descomposicioacuten Incluye los volteos y riegos a las pilas de compost
94 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
51 CP Cosecha hortalizas hoja
cama alta 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
52 CP Cosecha hortalizas hoja
cama baja 4 4 5
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
53 CP Cosecha hortalizas hoja
cama levantada 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
54 CP Cosecha hortalizas fruto 3 3 4 Recoleccioacuten manual de las hortalizas de fruto listas para cosechar
55 CP Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes
4 5 5 Recoleccioacuten manual de raiacuteces y tubeacuterculos listos para cosechar Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
56 CP Cosecha frutales arboacutereos 3 4 4
Recoleccioacuten manual de frutales en aacuterboles listos para cosechar Dependiendo de la altura del frutal implica estirarse hacia arriba o utilizar herramientas para
alcanzar los frutos Ademaacutes se debe tener la cabeza siempre mirando hacia
arriba
57 CP Cosecha frutales arbustivos 3 3 4 Recoleccioacuten manual de frutos en arbustos listos para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
58 CP Desgrane bulbos 3 3 3 Separacioacuten manual de dientes ejemplo ajo de los bulbos que los contienen
59 CP Lavado de tubeacuterculos y raiacuteces
3 3 3 Lavado manual o con maacutequina de tubeacuterculos y raiacuteces
510 CP Limpieza producto
cosechado 2 2 2 Limpieza manual o con herramientas de productos cosechados
511 CP Seleccioacuten y clasificacioacuten
producto cosechado 2 2 2 Seleccioacuten y clasificacioacuten manual o con herramientas de productos cosechados
512 CP Llevar producto cosechado
manualmente 4 5 5
Llevar manualmente bultos o canastillas con el producto cosechado desde el
terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
513 CP Llevar producto cosechado
con carretilla 4 4 5
Llevar con carretilla empujada manualmente bultos o canastillas con el
producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
514 CP Llevar producto cosechado con carro transportador
3 3 4
Llevar con carro transportador empujado manualmente bultos o canastillas con
el producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
515 CP Llevar producto cosechado
con cable viacutea 2 2 2
Llevar a traveacutes de cable viacutea bultos o canastillas con el producto cosechado
desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
2353 Resultados del estudio de caso
Para los cuatro sistemas evaluados se requiere una mayor cantidad de tiempo para desarrollar las
labores de cultivo cuando el terreno es muy inclinado (Mui) (Tabla 2-19) Esto es loacutegico si se
tiene en cuenta que en este tipo de terreno las labores exigen un mayor esfuerzo fiacutesico (Tabla
2-18) que redunda en desplazamientos maacutes lentos y mayores tiempos de descanso La
combinacioacuten terreno plano con alta tecnologiacutea resultoacute en un menor nuacutemero de horas destinadas a
las labores de cultivo Es asiacute como el sistema PlnAl necesitoacute 678 horas de trabajo por hectaacuterea para
llevar a cabo el ciclo completo de produccioacuten comparado con las 1320 horas requeridas en un
terreno muy inclinado sin tecnologiacutea (MuiNo) (Tabla 2-19)
Los sistemas que se ubicaron en terreno plano (Pln) agruparon sus actividades principalmente en el
grado de esfuerzo GE4 (Tabla 2-20) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-17)
mientras que los sistemas que se ubicaron en un terreno muy inclinado (Min) agruparon sus
actividades principalmente en el GE5 (Tabla 2-20) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de labor
95 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Tabla 2-17) Las labores que requieren un mayor esfuerzo fiacutesico (GE4 y GE5) estaacuten asociadas a la
remocioacuten y reubicacioacuten del suelo (adecuacioacuten del terreno armado de camas aporque y cosecha de
tubeacuterculos) (Tabla 2-19) que coincide con las actividades que mayor cantidad de mano de obra
requiere el cultivo de papa (Tabla 2-19 y DANE 2017) Cuando la adecuacioacuten del terreno y el
armado de camas se hace con herramienta manual (azadoacuten) como en los tratamientos PlnNo y
MuiNo tanto la cantidad de horas (Tabla 2-19) como el esfuerzo fiacutesico (Tabla 2-20) se
incrementan considerablemente
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado seguacuten su
grado de esfuerzo (GE)
Actividad Plano Muy inclinado
GE PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo
GE MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
h ha-1 h ha-1
Adecuacioacuten terreno con azadoacuten 4 0 0 0 160 5 0 0 0 240
Adecuacioacuten terreno con tractor 2 8 8 8 0 3 10 10 10 0
Levantar camas bajas 3 0 0 0 112 5 0 0 0 160
Siembra semilla una a una en cama baja 3 24 24 24 24 4 32 32 32 32
Mezclado de fertilizantes 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Mezclado de pesticidas 3 13 13 13 13 3 13 13 13 13
Fertilizacioacuten edaacutefica manual 2 0 96 96 96 4 0 120 120 120
Fertilizacioacuten por fertirriego 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego manual 2 0 0 0 108 4 0 0 0 135
Riego por sistema de riego por goteo 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego por sistema de riego por aspersioacuten 2 0 45 45 0 4 0 56 56 0
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda 3 0 0 50 50 5 0 0 60 60
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba estacionaria 2 40 40 0 0 3 48 48 0 0
Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes 5 4 4 4 4 5 4 4 4 4
Aporque 4 64 64 64 64 5 80 80 80 80
Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes 4 400 320 320 320 5 500 400 400 400
Seleccioacuten y clasificacioacuten producto cosechado 2 48 40 40 40 2 48 40 40 40
Llevar producto cosechado manualmente 4 28 24 24 24 5 36 32 32 32
Total horas 678 682 692 1019 820 839 851 1320
Al calcular el indicador Esfuerzo de Labor (ELB) para cada sistema de cultivo se encontroacute que el
sistema no tecnificado en terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente
al maacuteximo esfuerzo de labor (Tabla 2-20) En el otro extremo el sistema medianamente
tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169) correspondiente a poco esfuerzo
de labor (Tabla 2-20)
Estos resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene mayor influencia que el nivel de
tecnificacioacuten tanto en el esfuerzo requerido para llevar a cabo las labores de cultivo como en la
cantidad de horas necesarias para realizar dichas labores Esto uacuteltimo es de especial importancia si
se tienen en cuenta las actuales teoriacuteas de desplazamiento de mano de obra por tecnologiacutea que
sugieren que mayor tecnologiacutea se relaciona con menos mano de obra (Schmitz y Moss 2015)
96 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende GE =
Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET = Maacuteximo grado de
esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 1320 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 003 007 003 038 000 003 015 008 150 002 178 Poco esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 017 003 031 000 000 035 008 125 002 169 Poco esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 014 007 031 000 000 029 020 125 002 175 Poco esfuerzo de labor
PlnNo 0 244 199 572 4 1019 000 018 015 043 000 000 037 045 173 002 257 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 003 004 005 003 047 003 007 016 011 235 273 Mediano esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 003 005 016 039 000 006 016 064 195 282 Mediano esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 003 002 016 044 000 006 005 064 218 294 Mediano esfuerzo de labor
MuiNo 0 40 13 291 976 1320 000 003 001 022 074 000 006 003 088 370 467 Maacuteximo esfuerzo de labor
En este estudio de caso se evidencia que porcentualmente hay mayor desplazamiento o
disminucioacuten de mano de obra por la inclinacioacuten del terreno que por el nivel de tecnologiacutea (Tabla
2-21) Se aprecian dos extremos correspondientes a los sistemas PlnAl y MuiNo cuya diferencia
en cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de cultivo es del 9469 (Tabla
2-21) En este caso la combinacioacuten nivel tecnoloacutegico - inclinacioacuten del terreno genera que la
cantidad de mano de obra requerida por PlnAl sea considerablemente menor que MuiNo En el
otro extremo las diferencias entre los sistemas con mediana y escasa tecnologiacutea se reducen
notablemente dentro de la misma inclinacioacuten (147 y 143 en terreno plano e inclinado
respectivamente) e incluso entre inclinaciones de terreno (Tabla 2-21) Por otro lado una mayor
tecnologiacutea no redunda completamente en disminucioacuten de mano de obra Las labores de cosecha y
postcosecha requieren maacutes mano de obra en el sistema altamente tecnificado (Tabla 2-19) debido
a que este genera una mayor produccioacuten de tubeacuterculos que los demaacutes sistemas Se debe tener en
cuenta que de todo el sistema de cultivo de papa independiente del nivel de tecnologiacutea y la
inclinacioacuten del terreno las labores de cosecha son las maacutes demandantes de mano de obra (Tabla
2-19 y DANE 2017)
Labores de cultivo como la preparacioacuten del terreno y el armado de camas de forma mecanizada
influyen significativamente en la cantidad de mano de obra Es asiacute como los tratamientos PlnNo y
MuiNo que realizaron estas labores de forma manual necesitaron entre 9075 y 9469 maacutes horas
labor en terreno plano y entre 5507 y 6098 en terreno inclinado que los tratamientos donde
estas labores se realizaron de forma mecanizada Esto no solo tiene influencia en la cantidad de
horas laboradas sino en el bienestar de los trabajadores y en general en la sostenibilidad del
97 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sistema de cultivo pues la mano de obra es el segundo rubro maacutes importante en la sabana de
costos despueacutes de la fertilizacioacuten (DANE 2017)
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de
cultivo entre los sistemas evaluados PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
PlnAl 000
PlnMd 059 000
PlnEs 206 147 000
PlnNo 5029 4941 4725 000
MuiAl 2094 2023 1850 -1953 000
MuiMd 2378 2306 2128 -1764 235 000
MuiEs 2555 2482 2301 -1646 381 143 000
MuiNo 9469 9355 9075 2954 6098 5728 5507 000
Como se expuso en la metodologiacutea ELB se calcula a partir de los resultados tanto del sistema
individual como el de todos los sistemas en conjunto Es decir ELB no solo tiene en cuenta el
nuacutemero de horas requeridas en cada sistema y para cada GEi sino que ademaacutes considera el
consumo de tiempo de los demaacutes sistemas comparados Una muestra de esto es que a pesar de que
PlnMd requirioacute un mayor nuacutemero de horas labor (682) que PlnAl (678) (Tabla 2-19) PlnMd
obtuvo un ELB menor (PlnMd = 169 PlnAl = 178) (Tabla 2-20) Para ilustrar esto maacutes
claramente se exponen los resultados eliminando el sistema no tecnificado (PlnNo y MuiNo)
(Tabla 2-22) Al eliminar el sistema no tecnificado en ambas pendientes y comparando los
resultados mostrados en la Tabla 2-20 y Tabla 2-22 se puede apreciar el efecto del
comportamiento en conjunto de los sistemas evaluados Los sistemas PlnAl PlnMd y PlnEs pasan
de la categoriacutea ldquoPoco esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla
2-22) mientras que los sistemas MuiAl y MuiMd pasan de la categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de
laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22) y el sistema MuiEs pasa de la
categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMaacuteximo esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22)
Esto se debe al efecto combinado de todas las labores expresadas en el factor de esfuerzo (FEi) De
no incluirse este factor el efecto del nivel tecnoloacutegico se diluiriacutea como se comproboacute durante el
proceso de disentildeo del indicador (datos no mostrados) Para describir esta situacioacuten se utiliza como
ejemplo el sistema PlnAl Este sistema invierte la mayor cantidad de horas en el grado de esfuerzo
cuatro (GE4) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-19) Si se analizara
individualmente este sistema y se tuvieran en cuenta uacutenicamente las horas de labor su ELB
corresponderiacutea efectivamente a esta categoriacutea ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo En este caso hipoteacutetico no
se tendriacutean en cuenta la cantidad de esfuerzo y horas laboradas que se reducen como resultado del
98 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
uso de tecnologiacutea Al comparar y evaluar todos los sistemas en conjunto la aplicacioacuten de
tecnologiacutea queda evidente en la reduccioacuten del esfuerzo de labor El sistema PlnAl se clasifica por
consiguiente dentro del grupo de poco esfuerzo de labor (Tabla 2-20) Por lo tanto para este
estudio de caso entre maacutes diferencias tecnoloacutegicas haya entre los sistemas evaluados maacutes
evidentes seraacuten esas diferencias en el resultado de ELB para cada sistema individualmente
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y MuiNo
Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 851 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 005 011 004 058 000 005 023 013 233 002 276 Mediano esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 027 004 048 000 000 054 013 194 002 263 Mediano esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 022 010 048 000 000 044 031 194 002 271 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 005 006 008 004 073 005 011 025 017 364 423 Alto esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 005 008 025 061 000 009 025 100 303 437 Alto esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 005 003 025 068 000 009 008 100 338 456 Maacuteximo esfuerzo de labor
236 Conclusiones
El esfuerzo de labor (ELB) es un indicador que estima la magnitud del esfuerzo fiacutesico con respecto
a las particularidades de las labores de cultivo y del terreno donde se desarrollan un conjunto
comparable de sistemas de produccioacuten agriacutecola ELB agrupa estas caracteriacutesticas considerando
tanto el sistema productivo individual como todos los sistemas productivos en comparacioacuten Esto
permite cuantificar individualmente el esfuerzo fiacutesico del sistema productivo teniendo en cuenta
las caracteriacutesticas de todos los sistemas evaluados ELB estaacute dirigido a la toma de decisiones a nivel
de finca o parcela pudieacutendose incluir como indicador social en las evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a estas escalas de medicioacuten ELB se puede calcular a partir del registro de las labores de
cultivo lo que lo hace muy accesible Sin embargo se debe tener en cuenta que la asignacioacuten de
los grados de esfuerzo a cada actividad agriacutecola se realizoacute empiacutericamente a partir de la experiencia
y percepcioacuten de los operarios de cultivo Por tal motivo ELB debe tomarse como punto de
referencia no como un valor absoluto
99 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de
indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
241 Resumen
Es bien reconocido el potencial de los indicadores de sostenibilidad para evaluar y monitorear el
desarrollo sostenible de los sistemas agriacutecolas Algunos autores plantean preocupaciones con
respecto a la validez confianza y transparencia al momento de seleccionar los indicadores En ese
sentido se han planteado una serie de criterios de seleccioacuten orientados a evaluaciones de
sostenibilidad a diferentes escalas geograacuteficas No obstante las evaluaciones a escala de parcela o
unidad experimental requieren ademaacutes de la adaptacioacuten de esos criterios o la generacioacuten de unos
nuevos la construccioacuten de una metodologiacutea de seleccioacuten El objetivo de este estudio fue por lo
tanto construir un marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores que haraacuten parte de los
anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental Se establecioacute un
orden jeraacuterquico de indicadores compuesto por indicadores crudos base y centrales estos uacuteltimos
conforman el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) Posteriormente se establecieron los
procedimientos y criterios de seleccioacuten conformados por obligatorios no obligatorios principales
y alternos y de correlacioacuten Para evaluar el marco de seleccioacuten propuesto se utilizaron los
resultados de un estudio de fertilizacioacuten en tomate bajo invernadero De los 40 indicadores crudos
con que se inicioacute el anaacutelisis el CMI se conformoacute por ocho indicadores centrales tres ambientales
cuatro sociales y uno econoacutemico Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso
proceso con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos Al mismo tiempo
promueve una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos
matemaacuteticos
Palabras clave seleccioacuten de indicadores conjunto miacutenimo de indicadores unidad experimental
sostenibilidad agriacutecola
100 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
242 Abstract
The potential of sustainability indicators to assess and monitor the sustainable development of
agricultural systems is well recognized Some authors raise concerns about the validity reliability
and transparency of indicator selection Several selection criteria have been put forward for
sustainability assessments at the farm and higher levels However assessments at the plot or
experimental unit level require the adaptation of these criteria the generation of new ones and the
construction of a selection methodology Therefore this study aims to build a framework for
selecting the minimum indicators set that will be part of the agricultural sustainability analyses at
the plot or experimental unit scale A hierarchical order of indicators was established consisting of
raw base and core indicators the latter make up the minimum indicators set (MIS) Subsequently
selection procedures and criteria were established consisting of mandatory main and alternative
non-mandatory and correlation indicators The selection framework was evaluated with the results
of a greenhouse tomato fertilization study Of the 40 raw indicators with which the analysis began
the MIS was made up of eight core indicators three environmental four social and one economic
This indicator selection methodology uses a rigorous process with 22 selection criteria distributed
in four hierarchical groups At the same time it promotes less subjectivity by including statistical
analysis algorithms and mathematical processes
Keywords agricultural sustainability experimental unit greenhouse tomato indicator selection
minimum indicators set
243 Introduccioacuten
Para saber si un sistema productivo es sostenible se requieren niveles de referencia indicadores yo
meacutetodos de evaluacioacuten comparativa (de Olde et al 2016 Gerdessen y Pascucci 2013) Los
indicadores de sostenibilidad estaacuten compuestos por una o un conjunto de variables que informan
sobre el funcionamiento de un sistema maacutequina clima ser humano ecosistema o paiacutes (Rao y
Rogers 2006) Estos indicadores son factores cuantificables y medibles del sistema (Panell y
Schilizzi 1999) tienen atributos multidimensionales (econoacutemicos ambientales o sociales) y
pueden ser incluidos en un iacutendice de agregacioacuten De esta forma se realizan mediciones integradas
sobre la sostenibilidad del sistema (Rao y Rogers 2006) Aunque para las dimensiones econoacutemica
101 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
y social los indicadores pueden ser transversales a muchas liacuteneas de investigacioacuten agriacutecola los
indicadores de la dimensioacuten ambiental variaraacuten de acuerdo con la liacutenea en cuestioacuten
Cuando se llevan a cabo experimentos agriacutecolas en campo generalmente se miden muchas
variables Para estimar la sostenibilidad generada por los tratamientos evaluados en dichos
experimentos es necesario escoger cuales de esas variables son realmente indicadores y pueden
por ende hacer parte del conjunto miacutenimo de indicadores de los anaacutelisis de sostenibilidad
Seguacuten Waas et al (2014) un indicador es ldquola representacioacuten de un atributo de un sistema
mediante una variable o un conjunto de variables agregadas en una funcioacuten cuantitativa que
relacionan su valor con un valor de referenciardquo Desde la perspectiva de sistema un indicador es
una representacioacuten operacional de un atributo (calidad caracteriacutestica propiedad) de un
sistema A su vez un sistema es ldquoun conjunto interconectado de elementos que estaacuten organizados
coherentemente de tal manera que logran un objetivo (Waas et al 2014) Un sistema tiene tres
caracteriacutesticas esenciales (1) elementos (2) interconectividad y (3) propoacutesito (Meadows 2009)
Aunque existe un consenso sobre el uso de indicadores para evaluar la sostenibilidad de los
sistemas de produccioacuten agriacutecola aun no se llega a un acuerdo sobre la forma de seleccioacuten de esos
indicadores existiendo una amplia diversidad de enfoques (de Olde et al 2016a Bockstaller et
al 2009 Bell y Morse 2008 Parris y Kates 2003) Esto implica la posibilidad de que los
indicadores evaluados no esteacuten realmente enfocados en el objetivo del estudio aumentando los
costos de medicioacuten y suscitando inquietudes sobre la validez del enfoque y la utilidad y confianza
de la evaluacioacuten (de Olde et al 2016a Schader et al 2014 Bockstaller et al 2009) Como
respuesta a esto muchos autores han resaltado la importancia de establecer procedimientos de
seleccioacuten de indicadores con criterios transparentes y bien definidos que lleven a evaluaciones
relevantes confiables comprensivas significativas y que representen de manera integral el sistema
de produccioacuten agriacutecola estudiado (Marchand et al 2014 Lebacq et al 2013 Binder et al 2010
Hunnemeyer et al 1997)
Los criterios de seleccioacuten de indicadores maacutes relevantes han sido el indicador debe ser medible
(Roy y Chan 2012 Dantsis et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernaacutendez 2010) sensible a las
variaciones (Beacutelanger et al 2012) relevante para el estudio de caso (Beacutelanger et al 2012 Dantsis
et al 2010) y estar relacionado directamente con el tema de estudio (van Asselt et al 2014) La
definicioacuten y priorizacioacuten de los criterios utilizados para hacer la seleccioacuten de los indicadores variacutean
102 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ampliamente entre las herramientas de evaluacioacuten de sostenibilidad (de Olde et al 2016b Bell y
Morse 2008 Reed et al 2006) por lo tanto es necesario hacer la descripcioacuten de tales criterios
antildeadiendo a las evaluaciones de sostenibilidad transparencia y confiabilidad En la Tabla 2-23 de
Olde et al (2016b) sintetizan los criterios de seleccioacuten utilizados en diversas evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola pueden realizarse a diferentes escalas Dependiendo de
la proyeccioacuten geograacutefica a la que se quieran escalar los resultados de estas evaluaciones se pueden
generar opiniones que reflejan diferencias en las visiones del mundo por ejemplo enfoques
reduccionistas versus enfoques maacutes holiacutesticos para comprender una actividad compleja como la
agricultura (de Olde et al 2016b) Cuando las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan
para comparar diferentes tratamientos en experimentacioacuten cientiacutefica es decir cuando el alcance de
la evaluacioacuten es a nivel de parcela o de unidad experimental los indicadores deben reflejar los
cambios de los sistemas de produccioacuten como respuesta a los tratamientos evaluados En ese
sentido los criterios de seleccioacuten sintetizados por de Olde et al (2016b) se deben adaptar yo
establecer nuevos criterios de seleccioacuten
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola (Fuente de
Olde et al 2016b)
Criterio Descripcioacuten
Relevancia en la
evaluacioacuten
Los indicadores miden las propiedades clave del entorno la economiacutea la sociedad o la gobernanza que afectan la
sostenibilidad (por ejemplo estado presioacuten respuesta uso o capacidad)
Claridad y
estandarizacioacuten
Los indicadores se basan en datos claramente definidos verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante
meacutetodos estandarizados de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute
Comunicacioacuten y
entendimiento Los indicadores transmiten la informacioacuten de una manera clara y comprensible
Amplia aceptacioacuten La solidez de un indicador depende de su amplia aceptacioacuten por parte de los principales interesados o tomadores de
decisioacuten (pe productores gobernantes cientiacuteficos etc)
Medicioacuten asequible Una medicioacuten asequible aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo o ampliacutea el alcance de lo que se puede
medir para la evaluacioacuten general de la sostenibilidad
Rendimiento en lugar
de praacutectica
Es mejor medir el desempentildeo y los resultados reales que las praacutecticas que se espera promuevan la sostenibilidad y la
resiliencia
Sensibilidad
Los indicadores deben ser sensibles (cambiar substancial e inmediatamente si el estado de los sistemas agriacutecolas cambia)
Esto ayuda a detectar tendencias o incumplimientos de umbrales dentro de los marcos de tiempo y en las escalas que son
relevantes para las decisiones de gestioacuten y antes de que sea demasiado tarde para corregir cualquier problema
Cuantificacioacuten Los indicadores deben cuantificarse completamente siempre que sea posible Los recuentos y las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es
preferible a una evaluacioacuten totalmente cualitativa
Especificidad para la
interpretacioacuten
Los indicadores solo deben verse afectados por algunos factores clave (riesgos oportunidades causas) de la sostenibilidad y no por muchos factores (contexto local muacuteltiples factores de estreacutes etc) para que cualquier cambio en el indicador sea
interpretable por la sostenibilidad
Alta precisioacuten y poder estadiacutestico
Los indicadores deben tener suficiente precisioacuten y una varianza natural suficientemente baja a fin de detectar tendencias y la probabilidad de que se haya infringido alguacuten liacutemite o umbral
103 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterio Descripcioacuten
Capacidad para mejorar
Los indicadores deben disentildearse y medirse de forma tal que permitan su agregacioacuten en muacuteltiples escalas espaciales y temporales para diferentes propoacutesitos
Desarrollo participativo
Los conjuntos de indicadores y los marcos que estaacuten disentildeados por las partes interesadas tienen maacutes probabilidades de ser relevantes confiables praacutecticos escuchados y utilizados
Amplio alcance e integracioacuten
El marco y los conjuntos de indicadores deben cubrir y vincular las muacuteltiples dimensiones de la sostenibilidad y los valores que abarcan las dimensiones del medio ambiente la economiacutea la sociedad y la gobernanza
Vinculado a objetivosumbrales
Los indicadores deben estar vinculados a objetivos realizables orientados a la accioacuten o a umbrales criacuteticos de riesgo desempentildeo o praacutectica profesional
Transparencia y
accesibilidad
Los conjuntos de datos que son accesibles para todas las partes interesadas (incluido el puacuteblico) y explican los supuestos la
incertidumbre y las fuentes tienen maacutes probabilidades de ser confiables y utilizados
Poliacutetica relevante y
significativa
Los indicadores deben proporcionar informacioacuten a un nivel apropiado para la toma de decisiones de gobernanza y gestioacuten
al evaluar los cambios en el estado y los riesgos para la sostenibilidad agriacutecola
Usos solo de los indicadores necesarios
Entre menos indicadores mejor siempre que se hayan cubierto los determinantes criacuteticos de la sostenibilidad Tener el
nuacutemero de indicadores idoacuteneo daraacute como resultado una mayor participacioacuten una precisioacuten mejorada en los informes y una
comunicacioacuten maacutes clara de la imagen general a los agricultores los responsables poliacuteticos y el puacuteblico en general
Mezcla generalizada y
especiacutefica
Los conjuntos de indicadores deben incluir suficientes indicadores generales para permitir la comparacioacuten cruzada entre
sectores agriacutecolas regiones paiacuteses y diversos sistemas socio-ecoloacutegicos Sin embargo se deben incluir algunos indicadores
altamente especiacuteficos y localmente fundamentados para guiar los ajustes de gestioacuten detallados que son especialmente relevantes para un sector regioacuten o paiacutes
Balance de corriente y
futuro
El monitoreo es parte de la gestioacuten de riesgos por lo que debe informar las opciones y los controladores actuales mientras
prepara a los actores para futuras turbulencias (golpes y conductores) Al menos algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas amenazas y oportunidades justo en el horizonte
Informacioacuten
explicativa y
contextual
La orientacioacuten del manejo es maacutes enfocada efectiva y confiable y la evaluacioacuten comparativa es maacutes justa si se recopila
informacioacuten adicional para identificar las covariables y la informacioacuten adicional para determinar por queacute los indicadores
cambian
Con base en lo anterior el objetivo de este estudio fue proponer un marco de seleccioacuten del
conjunto miacutenimo de indicadores adaptado a escala de parcela o unidad experimental que combine
criterios cualitativos y cuantitativos
244 Metodologiacutea
2441 Orden jeraacuterquico de los indicadores
Las variables que sean consideradas como indicadores son asignadas seguacuten su jerarquiacutea en
indicadores crudos base o centrales
Indicadores crudos Son todas las variables medidas y estimadas en el experimento en cuestioacuten
de las que se esperan diferencias significativas por la aplicacioacuten de los tratamientos evaluados
Variables asociadas con investigacioacuten baacutesica que aportan informacioacuten valiosa pero no influyen de
forma directa sobre el anaacutelisis de sostenibilidad no deberiacutean tenerse en cuenta como indicadores
104 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(p ej tasas de crecimiento del cultivo anaacutelisis bioquiacutemicos o moleculares en plantas etc) Estas
variables pueden servir como informacioacuten complementaria
Indicadores base Son aquellos indicadores crudos que hayan cumplido con los criterios de
seleccioacuten obligatorios expuestos maacutes adelante En este grupo se encuentran todos los indicadores
que obtuvieron un puntaje mayor a cero despueacutes de correr la lista de chequeo de criterios
obligatorios
Indicadores centrales Son aquellos indicadores base que obtuvieron la mayor puntuacioacuten
despueacutes de correr toda la lista de chequeo de los criterios de seleccioacuten expuesta maacutes adelante
Conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) El CMI estaacute compuesto por los indicadores centrales
que hayan obtenido la mayor puntuacioacuten Se espera que cada atributo y dimensioacuten de la
sostenibilidad esteacute representado con al menos un indicador Con los indicadores que constituyen el
CMI se realiza el anaacutelisis de sostenibilidad
2442 Criterios de seleccioacuten
Como punto de referencia se utilizoacute la lista de criterios de seleccioacuten de indicadores sintetizada por
de Olde et al (2016b) y expuesta en la Tabla 2-23 Esta lista se modificoacute y adaptoacute a la escala
geograacutefica y el objetivo de este estudio
Para que el proceso de seleccioacuten de indicadores se realizara de una forma cuantitativa se
establecioacute un sistema de puntuacioacuten basada en el cumplimiento total o parcial de los diferentes
criterios de seleccioacuten Esta es una lista de chequeo tipo ldquoNo cumple = 0 oacute Siacute cumple = 1rdquo y de
calificacioacuten (p ej de 0 a 3) seguacuten las reglas correspondientes al criterio de seleccioacuten que le
adjudica al indicador una puntuacioacuten de acuerdo con el cumplimiento parcial o total del criterio
Los criterios de seleccioacuten se agruparon en cuatro categoriacuteas criterios obligatorios directos
criterios no obligatorios principales criterios no obligatorios alternos y criterios de correlacioacuten La
evaluacioacuten de cada criterio para cada indicador se realiza de manera secuencial obedeciendo el
siguiente orden
105 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterios obligatorios Son criterios de estricto cumplimiento es decir si el indicador no cumple
con alguno de los criterios de este grupo obtendraacute una puntuacioacuten total de cero seraacute descartado y
no continuaraacute en el proceso de anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola Son los primeros criterios para
tener en cuenta Todos los indicadores crudos deben cumplir estos criterios para avanzar al
siguiente paso convertirse en indicadores base Los criterios de seleccioacuten obligatorios son
a) Estar relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola El indicador tiene una relacioacuten
altamente significativa (2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo de sostenibilidad
agriacutecola Se debe tener en cuenta que el objetivo de sostenibilidad puede ser diferente al objetivo
del estudio Por ejemplo el efecto de los tratamientos sobre el stock de carbono del suelo (StockC)
se relaciona tanto con el objetivo del estudio como con los objetivos de sostenibilidad agriacutecola La
concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal (Ntr-Veg) no tendriacutea relacioacuten significativa directa con
los objetivos de sostenibilidad
b) Ser cuantificable Las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas
ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es preferible a una
evaluacioacuten totalmente cualitativa (de Olde et al 2016b) Es cuantificable (1) no es cuantificable
(0)
c) Ser especiacuteficamente interpretable El cambio del indicador puede ser interpretado por la
modificacioacuten que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos Es especiacuteficamente interpretable (1)
no es especiacuteficamente interpretable (0)
d) Ser transparente y estandarizado El indicador se basa en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que pueda repetirse de manera confiable y compararse entre siacute Es
transparente y estandarizado (1) no es transparente y estandarizado (0)
e) No ser redundante El indicador no se obtiene a partir de otra variable que hace parte del
anaacutelisis o no es una variable dentro de una funcioacuten de agregacioacuten (FAg) Una FAg es un indicador
que agrega dos o maacutes variables dentro de siacute y que mediante una ecuacioacuten obtiene el resultado de la
interaccioacuten de las variables que conforman la funcioacuten De presentarse el primer caso se da
prioridad a la variable independiente De presentarse el segundo caso se escoge la FAg pues por si
misma genera una mayor cantidad de informacioacuten Es redundante (0) no es redundante (1) es una
106 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
FAg (1) o es una variable dentro de una FAg incluida en el estudio (0) Si el indicador no
redundante resulta ser no significativo (f) se puede elegir el indicador redundante
f) Ser significativamente diferente El indicador es sensible cambia substancial y dentro del
umbral de evaluacioacuten con los tratamientos aplicados Estadiacutesticamente el indicador presenta
diferencias significativas entre los tratamientos evaluados Se realiza un anaacutelisis de varianza
(Anova) y una prueba de comparacioacuten Si existen diferencias significativas (P lt 005) entre al
menos el 20 de los tratamientos para el indicador evaluado se le asigna un puntaje de uno (1)
entre el 20 y 40 un puntaje de dos (2) entre el 40 y el 60 un puntaje de tres (3) entre el 60 y
el 80 un puntaje de cuatro (4) y entre el 80 y el 100 de los tratamientos un puntaje de cinco
(5) Si resulta que no son significativos se le asigna un puntaje de cero (0) y el indicador no
continuacutea en el proceso
Criterios no obligatorios principales Son criterios cuyo cumplimiento es altamente
recomendable pues aportan mayor validez transparencia y confianza al anaacutelisis pero no son de
estricto cumplimiento Los criterios de seleccioacuten no obligatorios principales son
a) Medicioacuten asequible La medicioacuten directa (campo o laboratorio) o estimacioacuten del indicador a
traveacutes de funciones o modelos es faacutecil y poco costosa (3) faacutecil y muy costosa (2) difiacutecil y poco
costosa (1) o difiacutecil y muy costosa (0) para la mayoriacutea de los interesados Una medicioacuten asequible
aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo (de Olde et al 2016b)
b) Parametrizado El indicador tiene rangos o umbrales preestablecidos (3 puntos) Es altamente
recomendable que los indicadores esteacuten parametrizados pues maacutes que la comparacioacuten entre
tratamientos los umbrales definen claramente si la aplicacioacuten del tratamiento genera un aumento o
una disminucioacuten en la sostenibilidad del sistema
c) Medido o estimado El indicador es medido directamente en campo o estimado a partir de
variables medidas directamente en campo (2) es medido en laboratorio o estimado a partir de
variables medidas en laboratorio (1) o es estimado mediante funciones (p ej de
pedotransferencia) o modelacioacuten (0) Siempre seraacuten preferibles los valores reales (observados) a
los estimados
107 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
d) Relacionado con el objetivo del estudio El indicador tiene una relacioacuten altamente significativa
(2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo del estudio Se debe tener en cuenta que
el objetivo del estudio puede ser diferente al objetivo del anaacutelisis de sostenibilidad
e) Variable entre repeticiones El indicador muestra diferencias entre las repeticiones de un
mismo tratamiento (1) Algunos indicadores obtenidos mediante estimaciones generan
exactamente el mismo valor para todas las repeticiones del tratamiento esto podriacutea restar validez al
anaacutelisis estadiacutestico
Criterios no obligatorios alternos Son criterios cuyo cumplimiento es recomendable pero se
utilizan maacutes como medio de desempate en caso de que dos o maacutes indicadores que cumplen con los
demaacutes criterios obtienen el mismo puntaje Los criterios de seleccioacuten no obligatorios alternos son
a) Aceptacioacuten El indicador es aceptado (1) ampliamente aceptado (2) o no aceptado (0) por parte
de los principales interesados o tomadores de decisioacuten (pej productores gobernantes cientiacuteficos
etc)
b) Desarrollo participativo El indicador se escogioacute participativamente (1) o no (0) Indicadores
escogidos por las partes interesadas tienen maacutes probabilidad de ser relevantes confiables
praacutecticos considerados y utilizados (de Olde et al 2016b)
c) Balance de presente y futuro El indicador puede utilizarse para evaluar la sostenibilidad
actual y futura Algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas
amenazas y oportunidades futuras (de Olde et al 2016b)
d) Agregado El indicador es un FAg que representa un conjunto de variables (1) o no (0) Los
indicadores que corresponden una funcioacuten de agregacioacuten son preferibles pues con un solo valor se
explica el comportamiento de dos o maacutes variables o componentes del sistema de produccioacuten
Criterio de correlacioacuten Este criterio permite elegir entre indicadores que presentan una
correlacioacuten significativa Para asignar la puntuacioacuten se debe seguir el siguiente procedimiento
1 Se realiza una matriz de correlacioacuten entre los indicadores que se deseen comparar
108 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Se estima el factor de seleccioacuten uno (FS1) para cada indicador aplicando la Ecuacioacuten 19
FS1 = 1 ndash [ (Ck1-n)] Ecuacioacuten 19
Donde = Promedio Ck1-n = valor del coeficiente de correlacioacuten en valores absolutos (0 a 1)
entre el indicador evaluado y los demaacutes indicadores de la matriz de correlacioacuten FS1 determina el
grado de correlacioacuten global del indicador es decir su grado de correlacioacuten con los demaacutes
indicadores dentro de la matriacutez de correlacioacuten Entre mayor sea FS1 menor es la correlacioacuten global
del indicador
3 Se estima el factor de seleccioacuten dos (FS2) para cada indicador a partir de la Ecuacioacuten 20
FS2 = [sum k minus ( sum FL
FL=n
FL=1
)
k=n
k=1
] minus 1 Ecuacioacuten 20
Donde k = indicador FL = Funcioacuten loacutegica que va de 1 hasta n
FL = Si FS1 gt 07 entonces 0 de lo contrario 1
FS2 relaciona la magnitud del coeficiente de correlacioacuten con la significancia de cada indicador De
esta forma se eliminan indicadores muy correlacionados a los cuales se les asigna un valor de
cero
4 Se estima el factor de seleccioacuten tres (FS3) para cada indicador a partir de las siguientes
funciones loacutegicas
Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2 (kn)] gt 0 entonces FS3 = FS2 Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2
(kn)] = 0 entonces Si FS1 lt Valor maacuteximo [(FS1(k1) hellip FS1 (kn)] entonces FS3 = 0 de lo
contrario FS3 = FS1]
FS3 permite escoger un indicador cuando todos los indicadores de la matriz estaacuten correlacionados
de una forma altamente significativa
109 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5 Se normaliza FS3 por medio de la siguiente Ecuacioacuten 21
FSN = FS3
Valor maacuteximo [FS3(k1minusn)] Ecuacioacuten 21
Donde FSN = Valor normalizado de FS3 FS3(k1-n) = Valor maacuteximo de FS3 desde el indicador uno
hasta n
Si FSN = 0 entonces se elimina el indicador
6 Puede ocurrir que dos indicadores se correlacionen significativamente con los demaacutes indicadores
de la matriz de correlacioacuten y que a su vez esos dos indicadores tengan una correlacioacuten entre siacute
altamente significativa En ese caso se debe eliminar uno de los indicadores Para definir cual
indicador se elimina primero se deben identificar los indicadores correlacionados mediante la
siguiente funcioacuten loacutegica
Si [FS1(k1) = FS1(k2) y FS1(k1) = FS1(k3) y hellip FS1(k1) = FS1(kn)] entonces se identifican los
indicadores (k) correlacionados con este siacutembolo ldquoϯrdquo Esta comparacioacuten se debe realizar con todos
los indicadores [FS1(k1) hasta FS1(kn)]
7 Para cada indicador que se le haya adjudicado un valor FSN se hace la sumatoria de los puntajes
obtenidos en los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS = ObDr + NbPr + NbAt) Si se identificaron
dos indicadores correlacionados en el paso sexto (ϯ) se escoge el que haya obtenido el mayor valor
para la suma de los puntajes de los criterios de seleccioacuten (sumCS)
8 Se calcula CrLc para cada indicador seleccionado multiplicando sumCS WCS Donde WCS es el
ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten
Al final del proceso se realiza una sumatoria de los puntajes obtenidos en cada categoriacutea (ObGt +
NbPr + NbAt + CrLc) Los indicadores que obtengan un puntaje mayor a cero haraacuten parte del CMI
110 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2443 Estudio de caso
La metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores expuesta se utilizoacute con los tres experimentos
evaluados en este trabajo de tesis (Numeral 21) En esta seccioacuten se presentan los resultados y el
procedimiento detallado de seleccioacuten de indicadores para el experimento en tomate (ExTom)
expuesto en el Numeral 211 En la Tabla 2-24 se muestran las variables evaluadas en el
experimento Los meacutetodos utilizados para medir cada variable se pueden ver en la Tabla 4-3 y
Tabla 4-5
Los anaacutelisis estadiacutesticos se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019) Para
todas las variables estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por
medio de graacuteficos boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y
realizando pruebas de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de
la libreriacutea normtest (Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste
para encontrar la transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la
libreriacutea MASS (Ripley et al 2017) Se realizoacute el anaacutelisis de correlacioacuten de Pearson con las ayudas
de origen de R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae
(Mendiburu 2017) se realizoacute el Anova y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey (HSD)
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de caso
Ambiental Social
Indicador crudo Sigla Indicador crudo Sigla
Stock de carbono StockC Rendimiento Yd
pH pH Porcentaje de producto de primera categoriacutea PCat
Conductividad eleacutectrica CE Jornales por ciclo por hectaacuterea JC
Capaciadad de intercambio catioacutenica efectiva CICE Jornales por antildeo por hectaacuterea JA
Foacutesforo disponible en el suelo Pd Indicador de esfuerzo de labor ELB
Densidad aparente Db Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de labor ELB(45)
Capacidad de agua disponible CAD Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos PO
Concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal Ntr-Veg Toxicidad humana HT
Marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo SQSMAF
Indicador de calidad del suelo aditivo simple SQSA Econoacutemica
Indicador de calidad del suelo aditivo ponderado SQWP Costos variables VC
Indicador de calidad del suelo con PCA SQPCA Costos fijos FC
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr Inversioacuten IV
Cantidad de agua por kilogramo producido W-kg Ingresos brutos GI
Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo producido N-kg Ingresos netos NI
Toxicidad de agua dulce FWT Valor presente neto NPV
Toxicidad marina MWT Relacioacuten beneficio costo BC
Eutrofizacioacuten potencial EP Tasa de oportunidad obtenida ORO
Acidificacioacuten potencial AP Tasa interna de retorno IRR
Potencial de calentamiento global potencial GWP Punto de equilibrio por cantidad BPQ
Agotamiento de la capa de ozono OLD Punto de equilibrio por precio BPP
111 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
245 Resultados
Despueacutes de correr la lista de criterios obligatorios a cada indicador crudo (Tabla 2-24) se
definieron como indicadores base de la dimensioacuten ambiental SQPCA S-Pr W-kg N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD (Tabla 2-25) Los indicadores crudos StockC pH CE CICE P Db
CAD y Txt estaacuten agregados en las funciones de calidad del suelo SQSMAF y SQPCA Por tal motivo
se les asignoacute un puntaje de cero para el criterio de redundancia (NoRd) Ntr-Veg no tiene relacioacuten
directa significativa con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) y se le asignoacute un puntaje de cero para
ese criterio (Tabla 2-25) El indicador SQSMAF no presentoacute diferencias significativas
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten obligatorios
(ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt Cuantificable EpIn
Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No redundante y SgDf
Significativamente diferente
Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt
0 - 2 0 oacutea 1 0 - 5 WCS = 05 0 - 2 0 oacutea 1 WCS = 05
Dimensioacuten ambiental Dimensioacuten social StockC 2 1 1 1 0 3 000 Yd 2 1 1 1 1 1 100 050
pH 1 1 1 1 0 0 000 PCat 1 1 1 1 1 0 000
CE 1 1 1 1 0 3 000 JC 2 1 1 1 1 1 100 050
CICE 1 1 1 1 0 2 000 JA 2 1 1 1 0 1 000
P 2 1 1 1 0 0 000 ELB 1 1 1 1 0 1 000
Db 1 1 0 1 0 0 000 ELB(45) 1 1 1 1 1 1 086 043
CAD 2 1 1 1 0 0 000 PO 1 1 1 1 1 1 086 043
Txt 0 0 0 1 0 0 000 HT 2 1 1 1 1 1 100 050
Ntr-
Veg 0 1 1 1 1 2 000 Dimensioacuten econoacutemica
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 000 VC 2 1 1 1 0 1 000
SQPCA 2 1 1 1 1 2 073 036 FC 2 1 1 1 0 0 000
LU 2 1 1 1 1 1 064 032 IV 2 1 1 1 0 0 000
W-kg 2 1 1 1 1 1 064 032 GI 1 1 1 1 0 1 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 064 032 NI 2 1 1 1 1 1 100 050
FWT 2 1 1 1 1 5 100 050 BC 2 1 1 1 1 1 100 050
MWT 2 1 1 1 1 5 100 050 NPV 1 1 1 1 1 1 086 043
EP 2 1 1 1 1 5 100 050 ORO 1 1 1 1 1 1 086 043
AP 1 1 1 1 1 5 091 045 IRR 1 1 1 1 1 1 086 043
GWP 2 1 1 1 1 5 100 050 BPQ 2 1 1 1 1 1 100 050
OLD 1 1 1 1 1 5 091 045 BPP 2 1 1 1 1 0 000
Las convenciones de las variables se pueden apreciar en la Tabla 2-24
En cuanto a la dimensioacuten social los indicadores crudos JA y ELB obtuvieron un puntaje de cero
por ser redundantes con JC y ELB(45) respectivamente De igual forma PCat que no presentoacute
diferencias significativas tambieacuten fue eliminado En esta dimensioacuten continuaron como indicadores
base Yd JC ELB(45) PO y HT En la dimensioacuten econoacutemica los indicadores crudos VC FC IV y
GI estaacuten agregados en las funciones de los indicadores de rentabilidad BC NPV ORO e IRR
112 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
mientras que BPP no presentoacute diferencias significativas por lo que obtuvieron un puntaje de cero
Continuaron como indicadores base NI BC NPV ORO IRR y BPQ (Tabla 2-25)
Una vez se definieron los indicadores base para cada dimensioacuten el siguiente paso fue seleccionar
los indicadores centrales Para esto primero se corrioacute la lista de chequeo de criterios no
obligatorios a todos los indicadores base Se encontroacute que la medicioacuten de estos indicadores es
asequible aunque ninguno estaacute parametrizado por lo que a todos los indicadores se les asignoacute un
puntaje de cero para este criterio En la dimensioacuten ambiental solo los indicadores S-Pr y W-kg son
medidos directamente en campo mientras que N-kg es medido en laboratorio Los demaacutes
indicadores base de esta dimensioacuten se estiman mediante funciones o modelacioacuten En la dimensioacuten
social es necesario hacer mediciones directamente en campo para calcular Yd y JC mientras que
ELB(45) PO y HT se estiman mediante funciones o modelacioacuten Todos los indicadores base se
obtienen a partir de mediciones en campo Dentro de la dimensioacuten ambiental los indicadores base
FWT MWT AP GWP y OLD no tienen una relacioacuten significativa con el objetivo del estudio Lo
mismo sucede para JC ELB(45) PO y HT en la dimensioacuten social El uacutenico indicador crudo que no
es variable entre repeticiones es JC pues todas las unidades experimentales dentro del mismo
tratamiento obtuvieron exactamente el mismo valor para este indicador
El uacutenico indicador considerado que auacuten no se ha utilizado en otros estudios es ELB(45) Al mismo
tiempo el uacutenico indicador elegido de forma participativa es Yd Dentro de los indicadores base se
considera que SQPCA S-Pr W-kg N-kg Yd JC y todos los indicadores econoacutemicos pueden ser
uacutetiles para estimaciones de la sostenibilidad futura SQPCA de la dimensioacuten ambiental y todos los
indicadores de la dimensioacuten econoacutemica excepto NI son funciones de agregacioacuten (Tabla 2-26)
Despueacutes de construir la matriz de correlacioacuten se evidencia que existen correlaciones significativas
y altamente significativas entre un gran nuacutemero de indicadores base en cada dimensioacuten De
acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 2-27 los indicadores ambientales N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD estaacuten correlacionados de una forma significativa y altamente
significativa entre siacute y con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental Estos indicadores
fueron eliminados del proceso dejando en representacioacuten a N-kg pues obtuvo el mayor FS1
Los indicadores S-Pr y W-kg tambieacuten presentaron una correlacioacuten altamente significativa ademaacutes
de correlacionarse de forma equivalente con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental En
este sentido seguacuten la puntuacioacuten obtenida con los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS) siguioacute en el
113 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
proceso S-Pr Con base en esto de los indicadores base de la dimensioacuten ambiental se escogieron
como indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg (Tabla 2-27)
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no obligatorios
principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ Parametrizado MdEd Medido o
estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt Variable entre repeticiones AcTn
Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr Agregado
Indicador
base
Principales NbPr
Alternos NbAt
MdAs PrTz MdEd ObEs VrRt AcTn DsPt PrFu AgVr
0-3 0-2 0 oacute 1 WCS = 02 0-2 0 oacute 1 WCS = 02
Dimensioacuten ambiental SQPCA 3 0 0 2 1 055 011 2 0 1 1 080 016
LU 3 0 2 1 1 064 013 2 0 1 0 060 012
W-kg 3 0 2 1 1 064 013 1 0 1 0 040 008
N-kg 3 0 1 2 1 064 013 1 0 1 0 040 008
FWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
MWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
EP 2 0 0 1 1 036 007 2 0 0 0 040 008
AP 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
GWP 2 0 0 0 1 027 005 2 0 0 0 040 008
OLD 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten social Yd 3 0 2 2 1 073 015 2 1 1 0 080 016
JC 2 0 2 0 0 036 007 2 0 1 0 060 012
ELB(45) 3 0 0 0 1 036 007 0 0 0 0 000 000
PO 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
HT 2 0 0 0 1 036 007 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten econoacutemica NI 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 0 060 012
BC 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
NPV 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
ORO 1 0 2 1 1 045 009 1 0 1 1 060 012
IRR 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
BPQ 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
En la dimensioacuten social los indicadores PO y HT presentaron la misma correlacioacuten entre siacute y con
los demaacutes indicadores de su dimensioacuten HT alcanzoacute un mayor puntaje para sumCS Con base en esto
se seleccionaron como indicadores centrales de la dimensioacuten social Yd JC ELB(45) y HT (Tabla
2-27)
En la dimensioacuten econoacutemica todos los indicadores base presentaron correlaciones altamente
significativas entre ellos El indicador BPQ obtuvo el mayor FS3 por lo que se escogioacute como
indicador central en representacioacuten de toda la dimensioacuten econoacutemica (Tabla 2-27)
Con base en los resultados mostrados en la Tabla 2-27 el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI)
estaacute conformado por los indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg en la dimensioacuten ambiental Yd
114 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
JC ELB(45) y HT en la dimensioacuten social y BPQ en la dimensioacuten econoacutemica Los indicadores
SQPCA Yd S-Pr y BPQ obtuvieron el mayor puntaje (087 086 085 y 085 respectivamente)
mientras que ELB(45) mostroacute la menor puntuacioacuten (06) (Figura 2-2)
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc) NoCv = No
covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de correlacioacuten obtenido
en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis de covarianza en el componente
principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de
covarianza del PCA
Indicador
base Matriz de correlacioacutensect Factores de Seleccioacuten CrLc
Dimensioacuten ambiental
SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD FS1 FS2 FS3 FSN sumCS WCS = 01
SQPCA 039 039 076 072 072 072 072 072 072
035 100 100 100 207 100 010
LU 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 187 100 010
W-kg 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 166
N-kg 076 054 054 095 095 095 095 095 095
016 100 100 100 167 100 010
FWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
MWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
EP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
AP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
GWP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
OLD 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
Dimensioacuten social
Yd JC ELB(45) PO HT
Yd 019 041 077 077
047 100 100 050 253 050 005
JC 019 071 024 024
066 200 200 100 196 100 010
ELB(45) 041 071 070 070
037 200 200 100 122 100 010
PO 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 133
HT 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 147 050 005
Dimensioacuten econoacutemica
NI BC NPV ORO IRR BPQ
NI 100 100 100 100 096
001 000 000
BC 100 100 100 100 096
001 000 000
NPV 100 100 100 100 096
001 000 000
ORO 100 100 100 100 097
001 000 000
IRR 100 100 100 100 097
001 000 000
BPQ 096 096 096 097 097
004 000 004 100 225 100 010
115 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto miacutenimo de
indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten
246 Discusioacuten
Tomando como referencia lo expuesto por Smith y Dumanski (1994) un indicador es una
caracteriacutestica que mide o refleja el estado o condicioacuten de cambio de un sistema Asiacute mismo un
indicador de sostenibilidad agriacutecola es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un conjunto
de variables asociadas a la dimensioacuten ambiental social o econoacutemica de un sistema de produccioacuten
agriacutecola que se establece(n) como referente para informar sobre el funcionamiento de ese
sistemardquo (de Olde et al 2016c) Un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de
distancia al objetivo es decir mide la distancia entre los valores reales o predichos y el valor de
referencia (que en este caso representa el valor con que se logra la mayor sostenibilidad)
La seleccioacuten de indicadores es un proceso que involucra anaacutelisis tanto cualitativos como
cuantitativos No obstante como lo sugiere Waas et al (2014) aunque los indicadores pueden ser
cuantitativos (nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos
sean transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida Con el procedimiento
expuesto en este trabajo se tratoacute de reducir al maacuteximo el nivel de subjetividad asociada a la
seleccioacuten de indicadores cualitativos No obstante es muy difiacutecil eliminar totalmente la
subjetividad del proceso de seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola pues se deben
tomar decisiones muy relacionadas con la experiencia de los investigadores La primera eleccioacuten
subjetiva que se realiza es el peso o ponderador que se le asigna a cada grupo de criterios de
00
02
04
06
08
10
HT JC Yd ELB(45) N-kg SQPCA S-Pr BPQ
Social Ambiental Econoacutemica
Pu
nta
je
Dimensioacuten - Indicador
ObGt NbPr NbAt CrLc
116 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
seleccioacuten En este trabajo se considera que los criterios obligatorios tienen un mayor peso por lo
que se les asignoacute un WCS de 05 (escala 0 a 1) (Tabla 2-25) mientras que a los criterios no
obligatorios principales y alternos se les asignoacute un WCS de 02 a cada uno y al criterio de
correlacioacuten un WCS de 01 Podriacutea haber un consenso en el que se afirme que los criterios
obligatorios son maacutes importantes que los no obligatorios la pregunta es iquestcuaacutel valor de WCS se debe
asignar a cada criterio de seleccioacuten Es evidente que los criterios obligatorios tienen una mayor
importancia pues si no se cumple alguno de ellos el indicador queda eliminado del proceso
inmediatamente por lo que deben ser revisados con mayor detalle
La segunda eleccioacuten subjetiva es el puntaje asignado a algunos criterios de seleccioacuten Por ejemplo
definir si un indicador tiene una relacioacuten significativa o altamente significativa con el objetivo de
sostenibilidad podriacutea tener varios puntos de vista Determinar si un indicador tiene o no relacioacuten
con el objetivo de sostenibilidad tambieacuten puede generar una gran discusioacuten A este respecto Bell y
Morse (2008) Bockstaller et al (2009) y Parris y Kates (2003) establecen que falta consenso sobre
cuaacuteles indicadores incluir en los anaacutelisis de sostenibilidad existiendo una amplia diversidad de
enfoques
Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores estaacute disentildeada para que el proceso de seleccioacuten
subjetiva se vaya diluyendo a medida que se va avanzando de indicadores crudos a indicadores
base e indicadores centrales Al incluir anaacutelisis estadiacutesticos y criterios de seleccioacuten absolutos
(sino) se disminuye el grado de subjetividad
Como se evidencioacute en este trabajo generalmente se miden muchos indicadores pero muchos son
redundantes y correlacionados La eleccioacuten de indicadores mediante una matriz y un algoritmo de
correlacioacuten permite seleccionar los indicadores con el mayor peso estadiacutestico evitando la
redundancia en el anaacutelisis Asiacute mismo el procedimiento de seleccioacuten da mayor importancia a
aquellos indicadores que sean funciones de agregacioacuten pues un solo indicador explica el
comportamiento de todas las variables que conforman la funcioacuten
Desde una perspectiva teacutecnica un indicador es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un
nuacutemero de variables relacionado con un valor de referencia que da sentido a los valores que
toman las variablesrdquo (Pinteacuter et al 2012 Singh et al 2012 Rigby et al 2000) En ese sentido un
indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Ninguno de los indicadores base
117 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estaba parametrizado es decir ninguno teniacutea ese punto de referencia Al no estar parametrizados
el nivel de sostenibilidad de los indicadores se debe realizar en teacuterminos de la comparacioacuten entre
los tratamientos evaluados El nivel de sostenibilidad se define con base en un referente dentro del
mismo experimento no con base en referentes externos En ese sentido se debe definir si el mayor
nivel de sostenibilidad se asocia con un mayor o menor nivel del indicador
Escoger solo los indicadores que muestran diferencias significativas entre los tratamientos
evaluados elimina ruido al anaacutelisis Trabajar con indicadores que tienen la misma importancia para
todos los tratamientos de un experimento solo incrementa el trabajo pero no aporta informacioacuten
sobre las diferencias que se quieren identificar entre los tratamientos Esto es maacutes evidente en aacutereas
pequentildeas como parcela o unidad experimental A esta escala indicadores asociados a poliacuteticas
gubernamentales o macroeconoacutemicas no ejerceriacutean un efecto diferencial entre los tratamientos en
evaluacioacuten por lo que no deberiacutean ser consideradas
Aunque la metodologiacutea propuesta en este estudio promueve una menor subjetividad en el proceso
de seleccioacuten de indicadores se debe seguir reconociendo que las definiciones de sostenibilidad asiacute
como la seleccioacuten de indicadores variacutean con los enfoques contextos y expectativas de los
investigadores (Bell y Morse 2008 Gasparatos 2010)
247 Conclusiones
El proceso de seleccioacuten de indicadores inicioacute con la evaluacioacuten de 40 indicadores crudos 21
ambientales ocho sociales y once econoacutemicos Al finalizar el proceso se redujeron a ocho
indicadores centrales tres ambientales (N-kg SQPCA S-Pr) cuatro sociales (HT JC Yd y ELB(45))
y uno econoacutemico (BPQ) Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso proceso
con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos al mismo tiempo promueve
una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos matemaacuteticos Al
utilizar esta metodologiacutea se incrementa la probabilidad de que todas las variables ambientales
sociales y econoacutemicas medidas en el experimento esteacuten representadas en el conjunto miacutenimo de
indicadores Ademaacutes se aumenta la posibilidad de que los indicadores centrales seleccionados
evaluacuteen con mayor confiabilidad la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Se espera que esta
metodologiacutea sea viable y ampliamente utilizada en instrumentos de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola
118 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten
de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos
Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
31 Resumen
Existe un considerable nuacutemero de herramientas orientadas a la evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola adaptadas a diferentes escalas geograacuteficas de medicioacuten (global nacional regional yo
finca) En la literatura revisada no se encontroacute ninguna evaluacioacuten enfocada a evaluaciones a una
menor aacuterea geograacutefica es decir hacia la comparacioacuten de parcelas o unidades experimentales a las
cuales se les aplican tratamientos de investigacioacuten Como aporte se propone la Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo
(MSEAS) En este estudio se construye MSEAS haciendo una revisioacuten de los indicadores
ambientales sociales y econoacutemicos con posibilidad de uso y se define un uacutenico iacutendice de
sostenibilidad (IS) Se recopilaron 47 indicadores para la dimensioacuten ambiental distribuidos en
cuatro atributos calidad del suelo (12) relacioacuten suelo-planta (17) relacioacuten suelo-agua (9) y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera (9) Para la dimensioacuten social ocho indicadores seguridad alimentaria (2)
generacioacuten de empleo (2) y salud humana (4) Para la dimensioacuten econoacutemica 11 indicadores
egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) y rentabilidad (6) De los tres iacutendices (meacutetodos de
agregacioacuten) evaluados suma ponderada de indicadores (ISS) producto de indicadores ponderados
(ISP) y funcioacuten multicriterio (ISλ) ISP se define como el maacutes idoacuteneo pues limita el poder de
compensacioacuten entre indicadores e iacutendices cuando estos son iguales a cero y mantiene el rango de
IS entre 0 y 1 cuando estos son mayores a 0 MSEAS es una herramienta de apoyo a la toma de
decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan sostenibles son los
diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos de campo
Palabras clave calidad del suelo relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-
atmoacutesfera indicadores de sostenibilidad iacutendice de sostenibilidad
119 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
32 Abstract
There are many established agricultural sustainability assessment tools in use at global regional
and farm geographical scales To date however there is no known assessment of their ability to
define the most sustainable cropping system at the plot-level or experimental unit geographical
scale Furthermore despite the environmental and social importance of soil in the agricultural
systems many of the sustainability assessments use very few or no indicators related to soil
properties or processes In that sense we propose the tool MSEAS (Sustainability Assessment
Methodology to Soil-Associated Agricultural Experiments) In this work MSEAS is constructed
making a review of the environmental social and economic indicators that could be utilized and
defining a single sustainability index (IS) The environmental dimension included 47 indicators
distributed in four subdimensions soil quality (12) soil-plant (17) soil-water (9) and soil-
atmosphere (9) Social dimension included eight indicators food security (2) employment
generation (2) and human health (4) For the economic dimension 13 indicators were collected
costs (2) investment (1) incomes (2) profitability (6) and crop management (2) for a total of 118
indicators From the three indices (aggregation methods) evaluated weighted sum of indicators
(ISS) product of weighted indicators (ISP) and multi-criterion function (ISλ) ISP is defined as the
most appropriate because it limits the compensation power between indicators and indices when
they are equal to zero and maintains the range of IS between 0 and 1 as long as they are higher than
0 This study provides an adaptable and quantifiable methodology for the evaluation of agricultural
sustainability on a plot or EU scale which will serve as a starting point for use with real
experiments
Key words soil quality soil-plant soil-water soil-atmosphere sustainability indicators
sustainability index
33 Introduccioacuten
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
antropogeacutenicas entre otros que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Este recurso es la base
de diversos servicios esenciales de provisioacuten regulacioacuten cultura y apoyo (Adhikari y Hartemink
120 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2016) ademaacutes de condicionar la produccioacuten agriacutecola A pesar de esto muchas de las evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados con sus propiedades o
procesos (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) Incluso en
algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten de un nuacutemero muy reducido de indicadores (p ej
Van Asselt et al 2014) existiendo la posibilidad de no incluir ninguno relacionado con el suelo en
el proceso de seleccioacuten
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan a traveacutes de herramientas que mediante el
uso de indicadores comparan diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de
produccioacuten agriacutecola (de Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015
Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et al 2014) Generalmente estaacuten orientadas a evaluar la
sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten que ya estaacuten en marcha (pej Goacutemez-Limon y
Riesgo 2009 Van Asselt et al 2014) En la literatura no se encuentran instrumentos de anaacutelisis de
sostenibilidad orientados hacia nuevas alternativas de produccioacuten es decir hacia la definicioacuten de
cuaacutel de los meacutetodos o teacutecnicas agriacutecolas evaluados mediante experimentacioacuten cientiacutefica es la maacutes
sostenible A este respecto Deytieux et al (2016) mencionan que deberiacutea evaluarse la
sostenibilidad agriacutecola tanto para sistemas de produccioacuten en curso como para nuevas alternativas
desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
Algo que tienen en comuacuten las herramientas actuales de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es
la medicioacuten y estimacioacuten de variables el anaacutelisis a traveacutes de indicadores y la manera como los
resultados son interpretados a traveacutes de iacutendices Este esquema permite el monitoreo del sistema
identificando de forma temprana aquellos procesos que pueden salirse de los liacutemites o umbrales
permitidos (de Olde et al 2016a) A manera de contextualizacioacuten y como se abordaraacute en este
estudio un iacutendice es un valor cuantitativo construido a partir de un conjunto combinado de
indicadores que permite hacer comparaciones entre diferentes sistemas mientras que un indicador
es la representacioacuten de un atributo de un sistema mediante una variable o un conjunto de variables
agregadas en una funcioacuten cuantitativa que relacionan su valor con un valor de referencia (Waas et
al 2014) Es decir un iacutendice se construye a partir de indicadores y un indicador se construye a
partir de variables Esto aplica para todas las herramientas independiente de la escala geograacutefica a
la cual estaacute dirigida
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue construir la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
121 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
34 Materiales y Meacutetodos
La construccioacuten de MSEAS incluye las siguientes actividades 1) hacer una revisioacuten y recopilar la
mayor cantidad de indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a
escala de parcela o unidad experimental La dimensioacuten ambiental se enfatiza en las caracteriacutesticas
del suelo 2) proponer un meacutetodo de seleccioacuten de indicadores a partir del cumplimiento secuencial
de criterios (Numeral 23) 3) evaluar diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y
agregacioacuten por medio de simulaciones y 4) escoger un uacutenico iacutendice de evaluacioacuten de la
sostenibilidad de los tratamientos evaluados en los experimentos
341 Revisioacuten y tipos de indicadores
Inicialmente se hace una revisioacuten de los indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de
sostenibilidad a escala de parcela o unidad experimental partiendo de lo expuesto en el Numeral
167 y se sugieren nuevos indicadores acorde con esta propuesta metodoloacutegica
El objetivo de esta revisioacuten es tener una base de referencia para elegir los indicadores que seguacuten
los criterios de seleccioacuten (Numeral 23) y las condiciones propias de los experimentos son los maacutes
idoacuteneos para ser incluidos dentro del anaacutelisis de sostenibilidad
Para facilitar la medicioacuten y estimacioacuten de indicadores especialmente sociales y econoacutemicos se
debe construir un inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada
tratamiento Este inventario es vital para utilizar MSEAS y se realiza a partir de la recoleccioacuten de
los datos de la explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra)
342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores
En MSEAS la seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores se hace a partir de lo expuesto en el
Numeral 23
La parametrizacioacuten es la definicioacuten de los valores paraacutemetros umbrales o rangos ideales para un
indicador en particular es decir cual valor o dentro de cual rango se obtiene la mayor
sostenibilidad posible para el indicador considerado Estos paraacutemetros se establecen para definir
122 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuan alejado estaacute el valor real (obtenido mediante medicioacuten u observacioacuten directa o estimacioacuten) del
umbral que genera la mayor sostenibilidad
343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
Existen diversos meacutetodos para medir iacutendices En este trabajo se buscoacute definir un meacutetodo que
condujera a un uacutenico iacutendice que permitiera definir cuantitativamente (0 a 1) cuaacutel de los
tratamientos evaluados presenta el mayor nivel de sostenibilidad Es asiacute como se analizaron
diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten que mediante comparaciones y
simulaciones permitieron seleccionar los maacutes idoacuteneos
3431 Teacutecnicas de normalizacioacuten evaluadas
Debido a que los indicadores son usualmente medidos en diferentes unidades la normalizacioacuten o
transformacioacuten de los datos en variables adimensionales es un requisito previo para el proceso de
agregacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) En ese
sentido se evaluaron las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten o estandarizacioacuten expuestas por
Freudenberg (2003)
Desviacioacuten estaacutendar desde la media asume una distribucioacuten normal (media de 0 y desviacioacuten
estaacutendar 1) Los valores normalizados pueden ser positivos o negativos (Ecuacioacuten 22)
Vacute =v minus vx
Ds Ecuacioacuten 22
Doacutende Vacute = Valor normalizado v = valor observado a normalizar vx = promedio de todos los
valores observados y Ds = Desviacioacuten estaacutendar
Distancia desde el maacuteximo los valores de todos los indicadores normalizados variacutean entre un
rango adimensional de 0 a 1 donde 0 representa el peor valor del indicador (el menos sostenible) y
1 el mejor (el maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 23)
Vacute =v
MA Ecuacioacuten 23
123 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Donde MA = valor maacutes sostenible del conjunto de datos (puede ser el mayor o el menor valor
seguacuten la naturaleza del indicador)
Distancia desde la media donde el valor observado medio se le asigna un valor normalizado de 1
y a los demaacutes valores observados se les asignan valores dependiendo de su distancia a la media
Los valores superiores a 1 sugieren que el indicador supera el promedio (Ecuacioacuten 24)
Vacute =v
vx Ecuacioacuten 24
Distancia desde el mejor y peor valor donde el valor normalizado estaacute en relacioacuten con el valor
observado maacuteximo y miacutenimo Los valores normalizados toman valores entre 0 (menos sostenible)
y 1 (maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 25)
Vacute =v minus vmin
vmax minus vmin Ecuacioacuten 25
Donde vmin = valor observado miacutenimo y vmax = valor observado maacuteximo
Escala categoacuterica donde a cada valor observado se le asigna un puntaje ya sea cuantitativo (p
ej entre [1hellip n] ngt 1) o cualitativo (alto medio bajo) dependiendo de si su valor estaacute por encima
o por debajo de un umbral dado
3432 Asignacioacuten de ponderadores a los indicadores centrales
La ponderacioacuten despueacutes de la seleccioacuten de los indicadores es el paso que maacutes influye en el
resultado final de la evaluacioacuten de sostenibilidad ya que dependiendo de la teacutecnica utilizada los
resultados pueden diferir Las teacutecnicas de asignacioacuten de ponderadores a los indicadores se pueden
dividir en positivas y normativas (OECD-JRC 2008) Las teacutecnicas positivas o endoacutegenas son
aquellas que utilizan procedimientos estadiacutesticos sin incluir opiniones de expertos o juicios de
valor Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas intentan asignar diferentes pesos a los indicadores como
una funcioacuten de la opinioacuten de expertos asumiendo la sostenibilidad como una construccioacuten social
(Baush et al 2014 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
124 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3433 Teacutecnicas de agregacioacuten evaluadas
Para evaluar cuantitativamente el nexo entre las diferentes dimensiones de la sostenibilidad es
necesario tener en cuenta que estas dimensiones no son independientes sino que estaacuten
interconectadas entre siacute (Giampietro et al 2014) Se han establecido paraacutemetros cuantificables de
comparacioacuten entre la sostenibilidad de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola y estos
generalmente se agregan en iacutendices o indicadores compuestos (Schader et al 2014 Singh et al
2012 Bockstaller et al 2009)
En general un valor de agregacioacuten o valor agregado es un uacutenico valor representativo de un amplio
conjunto de valores arbitrarios relacionados (Pollesch y Dale 2015) Una funcioacuten de agregacioacuten es
la operacioacuten matemaacutetica que asigna los valores de entrada al valor de salida representativo o
ldquoagregadordquo (Pollesch y Dale 2015) Existen diferentes teacutecnicas de agregacioacuten cuya diferencia
radica en el tipo de funcioacuten y en el grado de compensacioacuten que utiliza (total parcial o nula)4
Para determinar cuaacutel es el IS que mejor representa la realidad a traveacutes de simulaciones de un rango
de posibles respuestas que se presentariacutean en la realidad se evaluaron las tres teacutecnicas de
agregacioacuten expuestas por Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez (2010)
Suma ponderada de indicadores es una regla de agregacioacuten ponderada lineal la cual representa
la compensacioacuten total entre indicadores La Ecuacioacuten 26 muestra la expresioacuten de agregacioacuten
ISS = sum Wk times Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 26
Doacutende ISS = Iacutendice de sostenibilidad para suma ponderada Wk = Peso asociado (ponderador) al
indicador k e Ik = Valor normalizado del indicador k Al utilizar este meacutetodo (aditivo) se aplica el
supuesto de independencia preferencial de los indicadores lo cual implica que hay compensacioacuten
total entre ellos y que independiente de su valor esta es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza
2011)
4 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de un indicador poco sostenible con
el de otro maacutes sostenible
125 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Producto de indicadores ponderados Este representa la compensacioacuten parcial entre indicadores
Su expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27
ISP = prod IkWk
k=n
k=1
Ecuacioacuten 27
Este meacutetodo (multiplicativo) tambieacuten implica la compensacioacuten entre indicadores aunque en este
caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten del valor de los
indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa lo
mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011)
Funcioacuten multi-criterio Se basa en la distancia al punto ideal Se define por la Ecuacioacuten 28
donde el paraacutemetro de compensacioacuten (120582) fluctuacutea de 0 a 1 afectando el grado de compensacioacuten
entre indicadores Se consideran cinco valores del paraacutemetro de compensacioacuten (120582 = 000 025
050 075 y 100) equivalentes a cinco IS los cuales resultan en los tres grados de compensacioacuten
mencionados a) compensacioacuten total (120582 = 1) b) varios grados de compensacioacuten parcial (0 lt 120582 gt 1)
y c) compensacioacuten nula (120582 = 0)
ISλ = (1 minus λ) lowast [Mink(Wk lowast Ik)] + λ lowast sum Wk lowast Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 28
Donde Mink(Wk Ik) = valor miacutenimo ponderado y normalizado para el conjunto de indicadores
Se evaluaron todos los meacutetodos mediante simulaciones y con base en los resultados se sugirioacute el
maacutes idoacuteneo para ser utilizado en MSEAS con valores reales de campo Para realizar las
simulaciones se asumieron las tres dimensiones de la sostenibilidad (Ik) cada una con tres
diferentes posibles valores asiacute I1 = 000 033 y 100 I2 e I3 = 010 03 y 100 Cada posible
combinacioacuten de Ik se contrastoacute con un vector de ponderacioacuten (Wk) con cuatro combinaciones de
factores (W1 W2 y W3) = (033 033 033) (01 01 08) (01 08 01) (08 01 01) A cada
valor de Wk se le asignoacute un valor de Ik construyendo finalmente cuatro escenarios cada uno con
27 combinaciones IkWk (Tabla 3-1)
126 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten Simulacioacuten 1 Simulacioacuten 2 Simulacioacuten 3 Simulacioacuten 4
Wk
W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 033 033 033 01 01 08 01 08 01 08 01 01
Ik
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1
00 - 03 03 - 03 10 - 03 00 - 01 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 00 - 03 03 - 01 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 01
10 - 03 00 - 03 03 - 03 10 - 01 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 01
I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3
I2
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3
I3
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
35 Resultados y discusioacuten
351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial
en MSEAS
3511 Indicadores de la dimensioacuten ambiental
En esta propuesta los indicadores ambientales giran en torno al recurso suelo y su relacioacuten con los
demaacutes sistemas del medio ambiente dando como resultado cuatro atributos calidad del suelo
relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada
atributo se obtienen a partir de las variables medidas en campo o laboratorio del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141) yo de la estimacioacuten mediante funciones o modelacioacuten En
cuanto a esto uacuteltimo se utiliza la metodologiacutea de anaacutelisis de ciclo de vida (LCA por sus siglas en
ingleacutes Life Cicle Assessment) (Guineacutee et al 2004) (Numeral 4143)
Atributo Calidad del suelo
En la literatura se evidencian dificultades para hacer la seleccioacuten de indicadores que realmente
representen la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola pues es faacutecil caer en el error
de emplear cualquier propiedad fiacutesica quiacutemica o bioloacutegica del suelo como indicador para este
propoacutesito Tambieacuten pueden evaluarse indicadores asociados con otro tipo de sistemas que no
127 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
aportan informacioacuten directa a la evaluacioacuten de la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola
cuyo objetivo como ya se ha mencionado es hacer comparaciones cuantitativas entre diferentes
sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola es decir entre formas de
cultivar Por otro lado aunque las estrategias evaluadas impacten directamente sobre el suelo
muchas de las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados
con sus propiedades (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) En
esta revisioacuten se encontroacute que se miden muy pocos indicadores relacionados con las propiedades
fiacutesicas del suelo aun cuando se evaluacutean por ejemplo sistemas diferenciales de manejo del agua
(pej Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) e incluso en algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten
de un nuacutemero muy reducido de indicadores existiendo la posibilidad de que en esta seleccioacuten no se
tenga en cuenta ninguacuten indicador relacionado con el suelo (pej van Asselt et al 2014)
La calidad de los suelos determina la sostenibilidad agriacutecola (Acton y Gregorich 1995) y como
consecuencia la salud de las plantas de los animales y de los humanos (Haberern 1992) Larson y
Pierce (1991) argumentan que la medicioacuten de la calidad del suelo en agricultura no deberiacutea
limitarse a los objetivos de productividad pues esto contribuye a aumentar su degradacioacuten Cuando
el manejo del suelo se centra en la sostenibilidad en lugar de simplemente en el rendimiento del
cultivo un iacutendice de calidad del suelo puede considerarse como un indicador primario de su
manejo sostenible (Zornoza et al 2015 Andrews 2002 Doran 2002) En muchas publicaciones
relacionadas con sostenibilidad agriacutecola se hace referencia a la calidad del suelo Sin embargo es
comuacuten que no se utilice un iacutendice o funcioacuten de agregacioacuten de propiedades que la determine sino
que se hace referencia a soacutelo una o unas pocas propiedades que se incluyen dentro del conjunto de
caracteriacutesticas de su calidad (pej Nambiar et al 2001) La calidad del suelo no se puede medir de
manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de un conjunto miacutenimo de
caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica del suelo y su relacioacuten
con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) Pero la definicioacuten de
indicadores de calidad del suelo se complica por la necesidad de considerar las muacuteltiples funciones
del suelo y la integracioacuten de sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas las cuales definen esas
funciones y generan una imagen holiacutestica de su calidad (Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992 de Paul Obade y Lal 2016)
En la Tabla 3-2 se muestran 11 indicadores de calidad del suelo que podriacutean utilizarse dentro de
los anaacutelisis de sostenibilidad y que por medio de un solo indicador dariacutean una visioacuten global de las
caracteriacutesticas del suelo y su relacioacuten con los sistemas de produccioacuten agriacutecola
128 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Indicador de calidad del suelo
de Doran y Parkin SQDP
El objetivo de este indicador es hacer la evaluacioacuten de la calidad del suelo en
teacuterminos de produccioacuten sostenible (produccioacuten de alimentos y resistencia a la
erosioacuten) calidad ambiental (calidad del agua y del aire) y salud humana y animal (calidad de alimentos) (Doran y Parkin 1994)
Indicador general de calidad
del suelo GISQ
Permite la evaluacioacuten de la calidad del suelo y facilita la identificacioacuten de
problemas a traveacutes de los valores individuales de cada subindicador y sus 54 variables Ademaacutes permite monitorear del cambio a traveacutes del tiempo y puede
guiar la implementacioacuten de tecnologiacuteas de restauracioacuten de suelos (Velasquez et
al 2007)
Indicador de calidad del suelo - SMAF
SQSMAF
Este marco de referencia mide el impacto del manejo del suelo sobre sus
funciones a traveacutes de tres pasos seleccioacuten de indicadores interpretacioacuten de
indicadores e integracioacuten en un iacutendice (Andrews et al 2004)
Indicador de calidad del suelo
de Karlen Karlen-SQI
Es un marco de referencia para evaluar la calidad del suelo basado en el
concepto de sistema como apoyo a la toma de decisiones Se utiliza para cuantificar los cambios en la calidad del suelo o comparar factores como
rendimiento a corto plazo vs sostenibilidad a largo plazo o la erosioacuten hiacutedrica
frente a la percolacioacuten profunda de sustancias quiacutemicas (Karlen y Scott 1994)
Indicador de calidad del suelo aditivo simple
SQSA Mukherjee y Lal (2014) compararon tres meacutetodos matemaacuteticos para determinar
la calidad del suelo encontrando que los tres son uacutetiles para calcular SQI Se
utilizan tres paraacutemetros clave de la relacioacuten suelo - planta capacidad de desarrollo de la raiacutez capacidad de almacenamiento de agua y capacidad de
suministro de nutrientes y estos son comparados con el rendimiento del cultivo
(Mukherjee y Lal 2014)
Indicador de calidad del suelo
aditivo ponderado SQW
Indicador de calidad del suelo
modelado estadiacutestico SQPCA
Rangos de respuesta RR
Los rangos de respuesta se utilizan para comparar sistemas de produccioacuten de
forma pareada Bai et al (2018) lo utilizaron para evaluar diferentes meacutetodos y sistemas de produccioacuten en Europa y China
Herramienta de evaluacioacuten del funcionamiento bioloacutegico del
suelo
Biofunctool
Es una manera de evaluar la calidad del suelo basaacutendose en un conjunto de indicadores funcionales de baja tecnologiacutea (efectivos en costo y tiempo asiacute
como faacuteciles de usar) que se pueden medir directamente en el campo
(Thoumazeu et al 2019) Se basa en las funciones del suelo propuestas por Kiblewhitte (2008) Mantenimiento de la estructura ciclo de nutrientes y
transformacioacuten del carbono
Mapa Biogeoquiacutemico BioMap Esta aproximacioacuten considera al suelo como un sistema vivo en el cual la calidad del suelo se puede evaluar a partir de la biodiversidad de la biomasa en tiempo
real (Higueras et al 2019)
Indicador de calidad del suelo
a partir de PLSR SQPLSR
Es un meacutetodo de anaacutelisis de datos estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal muacuteltiple el anaacutelisis de
correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de modelado de regresioacuten que estudia muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con variables dependientes individuales o muacuteltiples (p
ej manejo uso profundidad etc) (Xing et al 2020)
Atributo Relacioacuten suelondashplanta
En cuanto al atributo relacioacuten suelondashplanta se recopilaron 17 indicadores agrupados en
propiedades fiacutesicas de la relacioacuten suelondashplanta con dos indicadores propiedades y composicioacuten
quiacutemica de la relacioacuten suelondashplanta con diez indicadores y relacioacuten suelondashmanejo del cultivo con
siete indicadores (Tabla 3-3) Este atributo es el maacutes grande lo cual tiene sentido si se tiene en
cuenta que en el contexto agriacutecola todas las propiedades y caracteriacutesticas del suelo afectan el
129 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
crecimiento y desarrollo de la planta ya sea directamente (como en este atributo) o indirectamente
(como en los demaacutes atributos)
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Propiedades fiacutesicas del suelo - planta
Absorcioacuten de agua por la raiacutez RWU Las plantas utilizan las raiacuteces para anclaje respiracioacuten y absorcioacuten de agua y
nutrientes La libre expansioacuten de las raiacuteces en el suelo es vital para el
desarrollo de toda la planta La PE que estaacute ligada a otras propiedades fiacutesicas
del suelo puede modificar la arquitectura de la raiacutez en funcioacuten de aspectos
limitantes a dicha profundidad como la pedregosidad niveles freaacuteticos
superficiales capas endurecidas etc
Profundidad efectiva Pe
Propiedades y composicioacuten quiacutemicas del suelo - planta Reaccioacuten del suelo pH La disponibilidad de nutrientes para la planta estaacute ligada directamente al pH
del suelo elementos como el foacutesforo por ejemplo tienden a inmovilizarse
en pHs aacutecidos o alcalinos limitando su disponibilidad para la planta
(Marschner y Rengel 2012) El pH estaacute relacionado tambieacuten con la inhibicioacuten de la elongacioacuten de las raiacuteces y con toxicidad por exceso de Al
(Lynch et al 2012)
Acidez intercambiable Al+H
Conductividad eleacutectrica CE
La CE es una medida de la concentracioacuten de sales en la solucioacuten del suelo
en donde ciertos niveles pueden inhibir la absorcioacuten de agua por las raiacuteces de
las plantas (Neumann y Roumlmheld 2012)
Nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+) N Dentro de los factores que intervienen directamente en el desarrollo de las
plantas estaacute el suministro de nutrientes esenciales El suministro de estos nutrientes estaacute directamente relacionado con su concentracioacuten y
disponibilidad en el suelo con el equilibrio dinaacutemico entre ellos y con la
relacioacuten con otros factores de crecimiento como agua y clima (Engels et al 2012)
Foacutesforo disponible en el suelo Pd
Potasio K
Calcio Ca
Magnesio Mg
Elementos menores ElMn
Sodio Na
El exceso de sodio puede afectar la capacidad de retencioacuten de agua
disponible para la planta la penetracioacuten de raiacuteces (Qadir y Oster 2004) y
generar desbalances nutricionales (Qadir y Schubert 2002)
Suelo - Manejo del cultivo
Relacioacuten elemento - produccioacuten Elto-kg Es la cantidad requerida del elemento (p ej N P o K) para producir un kg
del producto cosechado
Cobertura del suelo CS Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Balance de N P o K NPKBal
Es la diferencia entre la cantidad de N P o K aplicada y la acumulada en el
cultivo (plantas) por unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad de N P o K
que se libera al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Relacioacuten suelo - productividad S-Pr Determina la cantidad de aacuterea requerida para producir un kilogramo del producto cosechado
Consumo de agua por kilogramo
producido W-kg
Determina la cantidad de agua requerida para producir un kg del producto
cosechado
Atributo Relacioacuten suelo-agua
El manejo del agua es vital en las actividades agriacutecolas y es un detonante de impacto ambiental
positivo o negativo Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es
el agua (Marschner 2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de
130 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
nutrientes si el agua es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es
fundamental para producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha
convertido en una gran preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015) Por
otro lado en condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes como nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente comparado con la emitida en condiciones
naturales (Yao et al 2012)
Se recopilaron nueve indicadores distribuidos en dos grupos movimiento del agua en el suelo con
cinco indicadores y contaminacioacuten de aguas superficiales y profundas desde el suelo con cuatro
indicadores (Tabla 3-4)
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Movimiento del agua en el suelo Saturacioacuten de agua SA
Dado que solo una pequentildea cantidad de agua se almacena en las plantas
cultivadas es el suelo el que se encarga de almacenarla en sus poros y asiacute
mantener la transpiracioacuten de la planta Pero esa capacidad de almacenamiento no es igual para todos los suelos por ende es necesario conocer sus caracteriacutesticas
con miras a un correcto plan de manejo (Ritchie 1981)
Capacidad de campo CC
Punto de marchitez
permanente PMP
Infiltracioacuten In
Escorrentiacutea Esc
La escorrentiacutea tiene relacioacuten directa con la erosioacuten en zonas de ladera por
cuanto el flujo superficial de agua generalmente lleva consigo partiacuteculas de suelo
Contaminacioacuten aguas superficiales y profundas desde el suelo
Lixiviacioacuten de nitratos L-NO3 Las emisiones de nitratos y fosfatos a las aguas superficiales y profundas
ademaacutes de generar peacuterdidas a los agricultores puede generar problemas ambientales como eutrofizacioacuten Lixiviacioacuten de fosfatos L-PO4
Eutrofizacioacuten potencial EP Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos produciendo un aumento de ciertas especies como algas que reduciraacute la concentracioacuten de
oxiacutegeno del medio siendo una amenaza para la biodiversidad (Audsley 2003)
Ecotoxicidad acuaacutetica EtA Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas (plaguicidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los ecosistemas acuaacuteticos (Audsley 2003)
Atributo Relacioacuten suelondashatmoacutesfera
Desde el suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) monoacutexido de
dinitroacutegeno (N2O) y amoniaco (NH3) que son importantes gases de efecto invernadero (Oertel et
al 2016) sin embargo los sistemas agriacutecolas intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo
aumentando la cantidad de estas emisiones En la Tabla 3-5 se muestran nueve indicadores
asociados al impacto que el manejo del suelo tiene sobre la atmoacutesfera y a su vez sobre el clima
131 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Potencial de calentamiento global PCG
El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea de radiacioacuten
teacutermica y en consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento global) (Audsley 2003)
Emisiones de amoniaco (NH3) NH3 La agricultura genera el 84 de las emisiones mundiales N2O (Smith et al 2008) y al mismo tiempo este gas tiene 298 veces maacutes potencial
de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013) Seguacuten Audsley
(2003) el 3 del total de N aplicado al suelo se libera en forma de NH3
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno (N2O) N2O
Emisiones de oacutexidos de nitroacutegeno NOx
Acidificacioacuten potencial AP Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera donde puede combinarse con otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de
lluvia aacutecida (Audsley 2003)
Agotamiento de la capa de ozono OLD La capa de ozono actuacutea como filtro de la radiacioacuten ultravioleta UV-B
3512 Indicadores de la dimensioacuten social
Esta dimensioacuten se enfatiza en tres atributos sociales seguridad alimentaria generacioacuten de empleo
y salud humana Los indicadores de la dimensioacuten social no abordan poliacuteticas gubernamentales o
caracteriacutesticas sociales que variacuteen dependiendo de la regioacuten o estado En el contexto del aacuterea
geograacutefica de MSEAS (parcela o unidad experimental) estas poliacuteticas o caracteriacutesticas tendriacutean la
misma influencia sobre todos los sistemas (tratamientos) a comparar y no habriacutea un impacto
diferencial sobre los mismos Estas poliacuteticas no generariacutean efecto en el anaacutelisis de sostenibilidad
Se asume que en los datos plasmados en el inventario del sistema productivo estaacuten impliacutecitas las
caracteriacutesticas sociales del lugar donde se desarrolla el experimento y que los resultados estaraacuten
dirigidos principalmente a productores de ese lugar de estudio Se recopilaron ocho indicadores
correspondientes a tres atributos seguridad alimentaria con dos indicadores generacioacuten de empleo
con dos indicadores y salud humana con cuatro indicadores (Tabla 3-6) Todos los indicadores se
pueden estimar a partir del inventario del sistema productivo (Numeral 4141)
3513 Indicadores de la dimensioacuten econoacutemica
Para estimar los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica es vital el inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) pues este permite calcular todos los ingresos y egresos de la
operacioacuten productiva No es posible realizar el anaacutelisis financiero del sistema productivo sin estos
datos A partir de los datos de costos (egresos) y ventas (ingresos) y por medio de un anaacutelisis
financiero de proyectos se obtienen todos los indicadores que para este caso fueron 11 divididos
en cuatro atributos egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) rentabilidad (6) (Tabla 3-7)
132 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd El rendimiento es la cantidad total producida por unidad de aacuterea por ciclo de
produccioacuten Este indicador es uno de los pilares de la seguridad alimentaria
(Rosegrant y Cline 2003 Godfray et al 2010) y la sostenibilidad intensiva (GRabowski et al 2018) la cual exige maacutes y mejores alimentos con menor uso de
espacio (Rockstroumlm et al 2017) Una mayor produccioacuten del producto cosechado
dentro de las categoriacuteas mas altas de calidad fomenta un mayor flujo de dinero al sistema de produccioacuten por ende mayor sostenibilidad
Calidad categoacuterica del producto QCat
Calidad nutricional del producto QNtr Una mayor produccioacuten del producto cosechado con alto valor nutricional promueve
un mayor bienestar entre los consumidores
Generacioacuten de empleo
Jornales por ciclo por hectaacuterea JC Cantidad de personas en horario laboral completo (8 horas diarias de trabajo) que se
requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado
Jornales por antildeo por hectaacuterea JA Cantidad de personas que se requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado en un antildeo calendario
Salud humana
Indicador de esfuerzo de labor ELB
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador
Indicador de alto y maacuteximo
esfuerzo de labor ELB(45)
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos PO
Los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) reaccionan con compuestos orgaacutenicos volaacutetiles estos
pueden ser perjudiciales para la salud humana
Toxicidad humana HT Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas que se encuentran en el ambiente
sobre los humanos
3514 Parametrizacioacuten de indicadores Definicioacuten de umbrales o valores de
referencia
Un indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Como se mencionoacute anteriormente
un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de distancia al objetivo es decir mide la
distancia entre los valores reales o predichos de la variable y el valor de referencia (que representa
el valor con que se logra la sostenibilidad) Aunque los indicadores pueden ser cuantitativos
(nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos sean
transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida (Waas et al 2014)
A diferencia de la calidad del aire y del agua la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo
estaacuten escasamente definidas Esta deficiencia puede atribuirse a la definicioacuten difusa de la calidad
del suelo acentuada por la dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad
espacial (de Paul Obade y Lal 2016) Esta situacioacuten dificulta la parametrizacioacuten pues no es claro
133 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuaacutel es el rango oacuteptimo para muchos de los indicadores Con base en esto los valores de referencia
de los indicadores utilizados en MSEAS se definen de dos formas primero a partir de lo
establecido para la zona y especie cultivada por ejemplo pH = 58 - 65 y segundo mediante la
comparacioacuten de los sistemas (tratamientos) evaluados definiendo previamente si es mejor cuanto
mayor o menor sea Posteriormente se comparan los valores obtenidos para todos los tratamientos
infiriendo que el de mejor comportamiento (mayor o menor) ha alcanzado el mayor valor de
sostenibilidad para ese indicador en particular
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Egresos Costos variables VC Son los gastos que cambian con la actividad de la empresa o proyecto
Costos fijos FC Son costos que no variacutean con el volumen de ventas o los ingresos
Inversioacuten
Inversioacuten IV Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos Ingresos brutos GI Son los ingresos de la actividad financiera sin descontar los costos
Ingresos netos NI Son los ingresos de la actividad financiera descontando los costos
Rentabilidad
Valor presente neto NPV Permite determinar si una inversioacuten se maximiza cuando es positivo o se reduce cuando es negativo
Relacioacuten beneficio costo BC
Determina cuantos pesos se recuperan por cada peso invertido Si es gt
1 habraacute ganancias si es lt 1 habraacute perdidas y si es = 1 solo se recupera la inversioacuten
Tasa de intereacutes de oportunidad OIR Es la rentabilidad miacutenima que se le debe exigir al proyecto para renunciar a un uso alternativo
Tasa interna de retorno IRR Es la tasa de intereacutes que ofrece una inversioacuten Debe ser mayor a la
ofrecida por la banca
Punto de equilibrio por cantidad BPQ Cantidad del producto vendido donde las ventas igualan exactamente
los costos
Punto de equilibrio por precio BPP Precio del producto vendido donde las ventas igualan exactamente los costos
352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten
seleccionados para definir un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
3521 Eleccioacuten del meacutetodo de normalizacioacuten
Despueacutes de comparar los resultados de la evaluacioacuten de las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten
(Figura 3-1) para MSEAS se utilizaraacute la teacutecnica de distancia desde el maacuteximo (N2) Esto debido a
134 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las teacutecnicas de desviacioacuten estaacutendar desde la media (N1) y distancia desde la media (N3)
generan valores por fuera del rango establecido (0 a 1) El meacutetodo de distancia desde el mejor y
peor valor (N4) le asigna un valor de 0 al menor valor observado Esto puede generar
inconvenientes con el meacutetodo de agregacioacuten pues el cero implica insostenibilidad absoluta lo que
en la realidad puede no darse con los valores observados mas bajos En cuanto a la teacutecnica de
escala categoacuterica que no se muestra en la Figura 3-1 se descartoacute porque su uso requiere
establecer umbrales para las variables a normalizar y esto no es posible en todos los casos ademaacutes
se busca un meacutetodo estaacutendar que se pueda utilizar con todas las variables y valores observados
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten estaacutendar
desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94
3522 Eleccioacuten del meacutetodo de asignacioacuten de ponderadores
Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas requieren la realizacioacuten de encuestas para conocer la opinioacuten
de expertos Para esto es necesario 1) definir el nuacutemero miacutenimo viable y confiable
(estadiacutesticamente hablando) de expertos a contactar 2) disentildear la encuesta 3) contar con el tiempo
de los expertos que responderiacutean y los investigadores que la realizariacutean y 4) analizar los resultados
Esta teacutecnica se aplica bien a estudios a gran escala cuyos resultados impacten una poblacioacuten
considerable A escala de parcela o unidad experimental puede resultar muy dispendioso e incluso
inviable llevar a cabo este procedimiento
-200
-150
-100
-050
000
050
100
150
200
250
94 96 100 100 103 105 105 107 109 110 112 112 113 115 118 122 127 128 129 140
N
v
N1 N2 N3 N4
135 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Teniendo en cuenta que uno de los objetivos de MSEAS es su facilidad de aplicacioacuten de las dos
teacutecnicas de ponderacioacuten maacutes utilizadas normativas o positivas se escogioacute la teacutecnica positiva o
endoacutegena por su confiabilidad y facilidad de operacioacuten
Para definir los ponderadores se escogioacute el Anaacutelisis de Componentes Principales acorde a lo
expuesto por Rossi et al (2009) quienes sugieren que la suma de las coordenadas cuadradas de un
indicador k en cada vector propio (λj) multiplicada por los porcentajes de variabilidad total (fj)
explicados por cada componente principal (PC) se usa como factor de ponderacioacuten o
ponderador (Wk) para calificar los indicadores (Ecuacioacuten 29)
Wk = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 29
A cada atributo le corresponde un Wk que seraacute el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo Cuanto maacutes alto es Wk maacutes importante es la contribucioacuten del
atributo
3523 Eleccioacuten del meacutetodo de agregacioacuten
El comportamiento de ISP e ISλ000 con las cuatro posibles formas de ponderacioacuten evidencia que
siempre que al menos uno de los Ik es 0 independiente del valor de Wk el resultado es cero
(Figura 3-2 Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) Si se fija I1 = 0 para cualquier valor de I2 e I3
los iacutendices ISP e IS120582000 son iguales a 0 sin importar el valor de Wk (Figura 3-2)
Si I1 = I2 = I3 = 1 y la ponderacioacuten es dividida en partes iguales (W1 W2 y W3 = 033) entonces
ISS = ISP = ISλ100 = 1 mientras que ISλ000 que aplica una compensacioacuten nula da como resultado
033 (Figura 3-2) Con respecto a las teacutecnicas multicriterio no compensatorias (ISλ000) Munda
(2005) sugiere su empleo para la elaboracioacuten de iacutendices de sostenibilidad a traveacutes de los cuales no
se permite que indicadores con valores bajos se compensen con aquellos que presentan valores maacutes
altos asiacute se dariacutea validez al concepto de sostenibilidad ldquofuerterdquo que implica la imposibilidad de
sustituir el efecto de un indicador por otro (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) No obstante
asumiendo que cuantitativamente 0 corresponde a insostenible y 1 corresponde al mayor grado de
136 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibilidad los resultados de las simulaciones sugieren que ni en condiciones ideales es decir
cuando se alcanza la mayor sostenibilidad del sistema que se esteacute evaluando ISλ000 seraacute igual a 1
Maacutes aun los resultados tienden a aproximarse maacutes a cero que a uno (033 en este caso) sugiriendo
que el o los sistemas tienden a ser insostenibles lo cual no es un reflejo de los valores de entrada
en este escenario
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los iacutendices de
sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
A diferencia de lo mostrado por ISP e IS120582000 los iacutendices ISS e IS120582100 que generan exactamente el
mismo resultado tienden a compensar (enmascarar) el efecto de indicadores con valores cercanos
o iguales a cero pues al ser I1 = 0 ISP = IS120582000 = 0 mientras que ISS = IS120582100 = 066 09 09 y 02
para W1-2-3 = (033 033 033) (Figura 3-2) W1-2-3 = (01 01 08) (Figura 3-3) W1-2-3 = (01
08 01) (Figura 3-4) y W1-2-3 = (08 01 01) (Figura 3-5) respectivamente En este caso se
observa el efecto de la compensacioacuten ldquototalrdquo entre indicadores pues con ninguna de las
combinaciones de ponderacioacuten ISS e ISλ100 dan como resultado cero Este hecho evidencia el
poder de compensacioacuten que tienen estos dos iacutendices en donde si un atributo o dimensioacuten obtiene
un valor de cero esta seraacute enmascarada por otra con mayor valor Esto implica por ejemplo que
cualquier conflicto ambiental se puede solucionar con una compensacioacuten econoacutemica
Evidentemente esto es lo opuesto al concepto multidimensional e integrado de sostenibilidad ya
que valores altos de una determinada dimensioacuten podriacutean enmascarar valores bajos o nulos de otra
00
02
04
06
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10
01
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03
3
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03
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01
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3
10
0
010 033 100 010 033 100 010 033 100
000 033 100
IS
Ik
ISS ISP ISλ000 ISλ025 ISλ050 ISλ075 ISλ100
I3
I2
I1
137 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sin que el IS refleje tales diferencias (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En ese sentido Goacutemez-
Limoacuten y Arriaza (2011) indican que asumir una compensacioacuten total entre indicadores se asocia al
concepto de sostenibilidad ldquodeacutebilrdquo la cual implica la posibilidad de sustituir el efecto de un
indicador por otro
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Siempre que I1 = I2 = I3 = 1 independiente de cualquier combinacioacuten de Wk ISP = 1 (Figura 3-2
Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) ISP tambieacuten aplica la compensacioacuten entre indicadores
aunque en este caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten
del valor de los indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se
incrementa lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y
Arriaza 2011)
A excepcioacuten de ISP e ISλ000 se aprecia que IS aumenta proporcionalmente con el incremento de Ik
y Wk Este incremento se acentuacutea cuando a I1 = 0 le corresponde Wk = 01 (Figura 3-3 y Figura
3-4) En la Figura 3-5 se puede evidenciar que cuando a I1 = 0 le corresponde el mayor Wk (08)
todos los IS son muy bajos incrementaacutendose a medida que I1 aumenta a 033 y finalmente a 1
00
02
04
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10
01
0
03
3
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0
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0
03
3
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138 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Al analizar los niveles intermedios de compensacioacuten (ISλ025 ISλ050 e ISλ075) se aprecia que ISλ
toma valores maacutes altos a medida que el grado de compensacioacuten se incrementa En ese sentido
utilizar valores intermedios de compensacioacuten antildeade subjetividad al estudio pues es necesario
definir el valor y argumentar muy bien esa decisioacuten Teniendo en cuenta que el objetivo de este
anaacutelisis es disminuir el grado de subjetividad inherente a los anaacutelisis de sostenibilidad y en este
caso especiacutefico al meacutetodo de agregacioacuten de indicadores atributos o dimensiones en un uacutenico
iacutendice de sostenibilidad no se recomienda ninguacuten valor de compensacioacuten parcial intermedio dentro
de la funcioacuten multicriterio como iacutendice uacutenico de sostenibilidad Cabe aclarar que el proceso de
agregacioacuten hace referencia a atributos o dimensiones pues el meacutetodo aplica para ambos casos
Con base en estos resultados se considera que la teacutecnica de producto de indicadores ponderados
(ISP) es la que mejor representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la
que mejor se ajusta a los requerimientos de MSEAS debido a que la misma ecuacioacuten representa la
compensacioacuten total parcial y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores A medida que el valor de un atributo o dimensioacuten toma valores extremos
aproximaacutendose a 0 o 1 lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y
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139 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Arriaza 2011) Esto implica que un Ik que tiene un gran peso es decir un W alto genera un alto
grado de compensacioacuten pero si alguacuten Ik obtiene un valor de cero que indicariacutea que estaacute por fuera
del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute insostenible
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
36 Conclusiones
Este estudio proporciona una metodologiacutea 1) adaptable a experimentos asociados a actividades de
manejo del suelo con diversas caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten y 2)
cuantificable ya que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un
iacutendice cuantitativo MSEAS evaluacutea la sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad
experimental mediante el anaacutelisis de un conjunto de indicadores ambientales sociales y
econoacutemicos seleccionados a partir de una lista de criterios claros y estructurados MSEAS permite
identificar cuaacutel de los tratamientos evaluados en experimentos orientados a actividades agriacutecolas
con impacto en el suelo son los maacutes sostenibles Las salidas de MSEAS son interpretadas a traveacutes
del valor cuantitativo de un iacutendice de sostenibilidad Por lo tanto MSEAS es una herramienta de
apoyo a la toma de decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan
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140 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibles son los diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos De esta forma se podraacute
aumentar la confiabilidad y viabilidad de aplicacioacuten de los resultados que seraacuten compartidos con
los agricultores
141 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales
41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de
un cultivo de tomate frente a la aplicacioacuten de cinco
mezclas de fertilizantes
411 Resumen
En investigacioacuten orientada a actividades agriacutecolas asociadas al suelo generalmente los mejores
tratamientos son definidos a traveacutes de las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis
estadiacutestico de variables como rendimiento Especiacuteficamente en tomate se han llevado a cabo una
considerable cantidad de experimentos que buscan aumentar el rendimiento del cultivo y cuyos
resultados se abordan desde el enfoque teacutecnico ambiental econoacutemico o mediante la combinacioacuten
de un par de estos factores pero no desde el equilibrio entre las dimensiones ambiental econoacutemica
y social es decir desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Con base en esto se utilizoacute la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) con un experimento en donde se midioacute la respuesta del tomate ante la aplicacioacuten
de cinco tratamientos de fertilizacioacuten en presiembra control quiacutemico (ChC) control orgaacutenico
(OrC) mezcla 1 ldquoorgano-mineralrdquo (Mx1 - 2575) mezcla 2 (Mx2 ndash 5050) y mezcla 3 (Mx3 ndash
7525) Se encontroacute que a excepcioacuten de OrC que obtuvo el mas bajo rendimiento no se
presentaron diferencias significativas entre los tratamientos para esta variable Sin embargo
aplicando la metodologiacutea MSEAS se evidencia que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos
sigue esta secuencia ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC que es inversamente proporcional a la
cantidad de abono orgaacutenico aplicado Con este trabajo se evidencia que no siempre los tratamientos
que generan un mayor rendimiento o utilizan abonos orgaacutenicos promueven una mayor
sostenibilidad
Palabras clave anaacutelisis de ciclo de vida fertilizacioacuten organo-mineral sostenibilidad agriacutecola
tomate bajo invernadero
142 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
412 Abstract
In research-oriented to soil-associated agricultural activities generally the best treatments are
defined through the significant differences that result from the statistical analysis of variables such
as yield Specifically in tomato an important amount of experiments have been carried out to
improve the fertilization process and whose results are approached from the technical
environmental economic or by mixing a couple of these factors but not from the balance between
the environmental economic and social dimensions ie from the production system
sustainability Based on this the sustainability assessment methodology oriented to soil-associated
agricultural experiments (MSEAS) was used with an experiment where the tomato response to the
application of five fertilization treatments was measured chemical control (ChC) organic control
(OrC) mix 1 organic-mineral (Mx1 - 2575) mix 2 (Mx2 - 5050) and mix 3 (Mx3 - 7525) It
was found that except for OrC there were no significant differences between the treatments for
yield indicator However applying the MSEAS methodology it is evident that the sustainability
level of the treatments follows this sequence ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC wich is inversely
proportional to the amount of organic fertilizer applied With this work it is evident that the
treatments that generate higher yield do not always promote at the same time higher sustainability
at the production system
Key words agriculture sustainability greenhouse tomato life cycle assessment organic-mineral
fertilization
413 Introduccioacuten
El tomate (Solanum lycopersicum L) es la principal hortaliza cultivada bajo el sistema de
agricultura protegida en Colombia (Monsalve et al 2011) con 2870 ha para el antildeo 2017
(Agronet 2017) Aunque el desarrollo de este sistema productivo ha permitido incrementar los
rendimientos y proteger los cultivos de las inclemencias del clima (Bojacaacute et al 2009 Jaramillo
2009) la produccioacuten de esta hortaliza afronta permanentemente otra serie de riesgos Factores
como la constante variacioacuten de los rendimientos debida a la heterogeneidad en las praacutecticas de
manejo generan incertidumbre sobre la rentabilidad real del cultivo (Monsalve et al 2011)
143 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La nutricioacuten es un complejo proceso que involucra 16 elementos esenciales asiacute como otros
elementos que pueden ser tanto beneacuteficos como toacutexicos para el metabolismo de la planta (Passam
et al 2007) De estos elementos entre 12 y 14 se suministran a traveacutes del proceso de fertilizacioacuten
En Colombia la aplicacioacuten de fertilizantes en tomate bajo condiciones protegidas se realiza
mediante mezclas soacutelidas y fertirriego cuyas foacutermulas de fertilizacioacuten se adaptan para tal fin Los
productores generalmente realizan una correccioacuten de nutrientes con fertilizantes soacutelidos al inicio
del ciclo de produccioacuten (fertilizacioacuten presiembra) junto con la preparacioacuten del suelo (Bojacaacute et
al 2014) Algunas veces la fertilizacioacuten presiembra se complementa con enmiendas orgaacutenicas
principalmente gallinaza (compost de estieacutercol de gallina) y aproximadamente un mes despueacutes
inicia la fertilizacioacuten de mantenimiento a traveacutes del sistema de riego (fertirriego) Los fertilizantes
mezclas y dosis utilizadas por los productores tanto en la fertilizacioacuten de fondo como en la de
mantenimiento son muy variados y su eleccioacuten depende de su propio criterio y algunas veces de la
asesoriacutea de personas externas (Bojacaacute et al 2014)
Una considerable cantidad de trabajos de investigacioacuten se han desarrollado para mejorar el proceso
de fertilizacioacuten del cultivo de tomate en Colombia cuyo objetivo es recomendar el mejor
tratamiento para su aplicacioacuten en campo (pej Pentildea et al 2013 Cano-Betancur et al 2011
Balaguera-Loacutepez et al 2009) Es comuacuten que esta recomendacioacuten se base en los resultados de unas
cuantas variables generalmente asociadas a la dimensioacuten ambiental y algunas veces a la dimensioacuten
econoacutemica pero no se hacen sobre la base de la interaccioacuten y el equilibrio entre las dimensiones
ambiental social y econoacutemica es decir a partir de la sostenibilidad del sistema (p ej Gu et al
2018 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018 Wang et al 2018 Hosiny et al
2017)
Dado que el objetivo de la investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten la calificacioacuten de
un tratamiento como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola las cuales se han ido adoptando en el mundo pues incorporan e integran la perspectiva de
las tres dimensiones o enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1998) que incluye
la viabilidad econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017)
Se han desarrollado una serie de aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos
de evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones
cuantitativas entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola
(De Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar
144 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2014 Peano et al 2014) En este trabajo de tesis se desarrolloacute una metodologiacutea enfocada en una
menor escala de parcela o de unidad experimental denominada MSEAS (Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo)
(Numeral 3) que permite a traveacutes de un iacutendice cuantitativo conocer el nivel de sostenibilidad de
los diferentes tratamientos evaluados en experimentos relacionados con actividades agriacutecolas de
impacto en el suelo es decir labranza riego y fertilizacioacuten principalmente
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue comparar cinco tratamientos de fertilizacioacuten
combinada oacuterganica y mineral presiembra en un cultivo de tomate y mediante el uso de MSEAS
(Numeral 3) encontrar el tratamiento que genera la mayor sostenibilidad del sistema
414 Materiales y Meacutetodos
4141 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo a escala de parcela o unidad experimental
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 211
En anaacutelisis ambientales como el de ciclo de vida (LCA) es vital la construccioacuten del inventario del
sistema productivo que es una recopilacioacuten y cuantificacioacuten de las entradas y salidas del sistema
Con este inventario se determinan las cantidades de cada insumo o recurso utilizado en el sistema y
su relacioacuten con las salidas (cosechas) Esto se obtiene a partir de la recoleccioacuten de los datos de la
explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra) Con esta informacioacuten y
mediante una serie de funciones y factores de transformacioacuten se estima el impacto que genera
sobre el ambiente producir un kg o tonelada de producto cosechado
Al incluir el costo de los insumos de la mano de obra e informacioacuten sobre los precios de venta del
producto cosechado el inventario del sistema productivo tambieacuten genera informacioacuten sobre
ingresos y egresos Con esta informacioacuten se pueden calcular indicadores financieros como costos
variables y fijos relaciones beneficio costo puntos de equilibrio entre otros Asiacute mismo con los
datos de cantidad de mano de obra requerida en cada componente del sistema productivo el
inventario del sistema productivo permite calcular indicadores sociales como jornales por hectaacuterea
y antildeo esfuerzo de labor toxicidad humana entre otros
145 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Uno de los requisitos de MSEAS es la construccioacuten del inventario del sistema productivo
mediante el cual se obtiene la informacioacuten para estimar algunos indicadores ambientales y sociales
y todos los indicadores econoacutemicos
El inventario del sistema productivo estaacute constituido por la base de datos de insumos (Tabla 4-1) y
de datos de campo (Tabla 4-2) A partir de estas dos bases de datos se realizan los caacutelculos de uso
de recursos en el sistema productivo
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Variable Fertilizantes Pesticidas Materiales Combustibles
Nombre Geneacuterico
Comercial
Tipo Mineral orgaacutenico o
enmienda
Insecticida fungicida
bactericida acaricida
herbicida adyuvante o
bioloacutegico
Madera acero plaacutestico
caucho entre otros Gasolina gas
electricidad carboacuten
Composicioacuten ()
Molecular (pej NO3- o
P2O5) y elemental (p ej
N o P)
Ingrediente activo (IA) P ej PVC polietileno
poliestireno NA
Presentacioacuten kg L bulto 50kg bulto25
kg etc L kg 250cc 500g etc Rollo caja kg lb etc Unidad seguacuten tipo
Costo
Seguacuten presentacioacuten
g o cc ($gFr) g o cc ($gPst) kg ($kgMtr) Seguacuten unidad
($UMCmb)
Los combustibles hacen referencia a las fuentes de energiacutea
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema productivo La
informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento individualmente
Variable SGL Descripcioacuten
Aacuterea experimental Localizacioacuten Loc Coordenadas geograacuteficas de la ubicacioacuten del experimento Altitud Alt Metros sobre el nivel delm mar
Tratamientos Trats Cantidad de tratamientos evaluados
Repeticiones Reps Cantidad de repeticiones por tratamiento
Unid Experimentales UE Cantidad de unidades experimentales UE = Trats Reps
Salario miacutenimo SMMV Valor del salario miacutenimo mensual vigente para el antildeo en el cual se realizoacute el estudio Valor de hora laborada $HLb Valor de la hora laborada $HLb = SMMV HLbM
Horas laboradas por diacutea HLbD Cantidad de horas establecidas legalmente de labor diaacuteria
Horas laboradas por mes HLbM Cantidad de horas establecidas legalmente de labor mensual Precio venta categoriacutea 1 $1Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad primera
Precio venta categoriacutea 2 $2Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad segunda
Precio venta categoriacutea 3 $3Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad tercera Precio venta categoriacutea 4 $4Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad cuarta
Tratamientos
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica para cada parcela o UE
146 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten
Tratamiento Trat Nombre o abreviacioacuten del tratamiento
Repeticioacuten Rep Nombre o abreviacioacuten de la repeticioacuten del tratamiento evaluado
Descripcioacuten Dscr Descripcioacuten del tratamiento significado de la abreviacioacuten
Aacuterea UE ArUE Aacuterea de cada UE en m2
Densidad Dsd plantas m-2
Siembra FcSbr Diacutea de la siembra o trasplante
Fin de ciclo FnCcl Fecha del final del ciclo de cultivo Es igual al diacutea de la uacuteltima cosecha
Tiempo de ciclo TmCcl Duracioacuten del ciclo de cultivo en diacuteas Fin de ciclo menos siembra
Inclinacioacuten terreno IncTrr Inclinacioacuten del terreno 1 - Plano (Pln) 2 - Inclinado (Inc) 3 - Muy inclinado (Min)
Tipo de produccioacuten TpPr 1 - Convencional 2 - Limpio (BPA) 3 - Orgaacutenico
Tipo de ensamble TpEs 1 - Suelo 2 - Sustrato 3 - Hidroponiacutea 4 - Aeroponiacutea
Tipo de riego TpRg 1 - Aspersioacuten 2 - Goteo 3 - Fertirrigacioacuten 4 - No utiliza
Tipo de cubierta TpCb 1 - Campo abierto 2 - Invernadero 3 - Techo plaacutestico
Tutorado Ttrd Usa tutorado Si - S No - N
Acolchado plaacutestico PCAl Usa acolchado plaacutestico Si - S No - N
Agua
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcAga Fecha en que se realizoacute la aplicacioacuten de agua ya sea para riego fertirrigacioacuten o MIP
Tipo TpAga Tipo de riego realizado 1 - Irrigacioacuten (solo agua) 2 - Fertirrigacioacuten (agua maacutes solucioacuten nutritiva) 3 - Foliar (aplicacioacuten de pesticidas o fertilizantes foliares)
Caudal Cdl Cantidad de agua (L) requerida para hacer un minuto de riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar (L min-1)
Tiempo TmAga Tiempo (h) utilizado en riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar
Cantidad CtAga Cantidad (L) de agua utilizada para el riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar en la UE CtAga (L m-2) = [(Cdl 60) TmAga] Aacuterea (m2) de la UE
Fertilizantes
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcFr Fecha de la fertilizacioacuten Si se mezcloacute maacutes de un fertilizante en la misma aplicacioacuten se debe registrar cada
producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtFr Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Soacutelida 2 - Fertirrigacioacuten 3 - Foliar
Tipo TpFr Tipo de fertilizante 1 - Mineral 2 - Orgaacutenico 3 - Enmienda
Producto PrFr Nombre geneacuterico o comercial del producto aplicado
Grado Grd Porcentaje () de los nutrientes incluidos en el fertilizante (como se reporta en el producto comercial)
Grado elemental GdElm
Porcentaje () del nutriente en forma elemental Cuando se presenta en forma molecular en el producto
comercial Por ejemplo un fertilizante reporta 15 de NO3 iquestcuaacutento N realmente contiene
GdElm (N) = [Grd(N) PM (N)] PM (NO3) = (15 14g) 60g = 35 de N PM = Peso molecular
Dosis fertilizante DsFr Dosis del fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
Dosis del elemento ElmFr Dosis del elemento en el fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
ElmFr = DsFr GdElm
Costo fertilizante $Fr Costo ($) de los g o cc del fertilizante aplicado por m2 $Fr = $gFr DsFr (a)
Costo elemento $Elm Costo ($) de la cantidad del elemento del fertilizante aplicado (ElmFr) por m2
$Elm = $Fr GrdElm
Pesticidas
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcPst Fecha de la aplicacioacuten del producto Si se mezcloacute maacutes de un producto en la misma aplicacioacuten se debe registrar
cada producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtPst Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Foliar 2 - Inyeccioacuten
Tipo TpPst Tipo de producto aplicado 1 - Insecticida 2 - Fungicida 3 - Bactericida 4 - acaricida 5 - Herbicida 6 -
Adyuvante 7 - Bioloacutegico
Ingrediente activo IA Nombre del ingrediente activo del producto aplicado
Producto PrPst Nombre comercial del producto aplicado
Porcentaje de IA IA Porcentaje () de IA presente en el producto aplicado
Grupo quiacutemico GqIA Grupo quiacutemico al que el IA del producto pertenece
Dosis producto DsPst Dosis del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
Dosis del IA IAPst Dosis del IA del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
IAPst = DsPst IA
Costo $Pst Costo ($) de la cantidad del producto aplicado (DsPst) por m2 $Pst = $gPst DsPst (a)
Costo $IA Costo ($) de la cantidad de IA del producto aplicado (IAPst) por m2
147 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten $IA = $Pst IA
Combustibles
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpCmb Tipo de combustible 1 - Gasolina 2 - Gas 3 - Electricidad 4 ndash Carboacuten
Producto PrCmb Nombre geneacuterico o comercial del combustible utilizado
Cantidad CtCmb Cantidad del combustible seguacuten unidad de medida por m-2
Costo $Cmb Costo ($) de la cantidad (seguacuten unidad) del combustible utilizado por m2 $Mtr = $UMCmb CtCmb (a)
Materiales
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpMtr Tipo de material 1 - Madera 2 - Acero 3 - Poliviniol cloruro 4 - Polietileno 5 - Poliestireno 6 - Caucho entre
otros
Producto PrMtr Nombre geneacuterico o comercial del material utilizado
Cantidad CtMtr Cantidad del material en kg m-2
Costo $Mtr Costo ($) de la cantidad (kg) del material utilizado por m2 $Mtr = $kgMtr CtMtr (a)
Fuerza laboral
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcLb Fecha de realizacioacuten de la labor
Actividad IDActLb Identificacioacuten de la actividad llevada a cabo con base en lo expuesto en (b)
Grado de esfuerzo de
labor GE Grado de esfuerzo de labor seguacuten la escala de esfuerzo de labor expuesta en (b)
Tiempo TmLb Horas dedicadas a la actividad por UE No son las horas utilizadas por persona sino el total de horas empleadas por el nuacutemero total de trabajadores que realizaron la actividad
Costo $Lb Costo ($) de la labor $Lb = $HLb TmLb
Cosecha
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcCos Fecha de la cosecha
Cosecha total TtCos Cantidad total cosechada (kg UE-1) en cada FcCos
Categoriacuteas total CatCos Cantidad de primera (1Cat) segunda (2Cat) etc recolectada (kg UE-1) en cada FcCos
Cosecha m2 m2Cos Cantidad total cosechada en kg m-2 m2Cos = TtCos ArUE
Categorias m2 m2Cat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg m-2 P ej m21Cat = 1CatCos ArUE
Cosecha hectaacuterea haCos Cantidad total cosechada en kg ha-1 haCos = m2Cos 10000
Categorias hectaacuterea haCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg ha-1 P ej ha1Cat = m21Cat 10000
Cosecha planta PltCos Cantidad cosechada en kg planta-1 PltCos = m2Cos Dsd
Categorias planta PltCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg planta-1 P ej Plt1Cat = m21Cat Dsd
Porcentaje categorias Cat Porcentaje cosechado de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat P ej 1Cat = (m21Cat m2Cos) 100
Venta $Cos Ingresos obtenidos por la venta del producto cosechado por hectaacuterea $Cos = ($1Cat ha1Cat) hellip + ($4Cat
ha4Cat)
SGL Sigla (a) Tabla 4-1 (b) Numeral 23 Tabla 2-18
Se construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada uno de
los tres experimentos expuestos en el Numeral 21 ExTom (Numeral 211) ExPtSp (Numeral
212) y ExPtRo (Numeral 213) A manera de ejemplo ilustrativo y debido a que la informacioacuten
es muy extensa en este apartado se muestran algunos datos de insumos y de campo para el
experimento ExTom (Numeral 211) Este ejemplo permite definir la forma de recoleccioacuten y
diligenciamiento de toda la informacioacuten recolectada en campo para cada experimento
Dependiendo del objetivo del estudio que se lleve a cabo se puede abordar el inventario de uno o
varios componentes del sistema con un mayor o menor grado de detalle En este trabajo el
objetivo de los experimentos ExTom y ExPtSp es hacer comparaciones entre tratamientos de
148 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fertilizacioacuten Los pesticidas materiales y combustibles utilizados fueron los mismos para todos los
tratamientos La informacioacuten de estos componentes se abordoacute de forma global principalmente para
hacer evaluaciones financieras
4142 Seleccioacuten de indicadores centrales
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS El cual divide los
indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemico) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
4143 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten ambiental
Dentro de la dimensioacuten ambiental se seleccionan indicadores que muestran el impacto del manejo
del suelo y del sistema de cultivo sobre el ecosistema como un todo es decir sobre la biota el
agua la atmoacutesfera los humanos y se hace eacutenfasis en el recurso suelo Con base en esto y de
acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos calidad del suelo relacioacuten
suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada atributo se
obtuvieron de las variables medidas en campo del inventario del sistema productivo (Numeral
4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment - LCA) que
permite cuantificar el impacto ambiental de los productos desde su origen como materia prima
hasta su final como residuo (Kucukvar et al 2014 Antoacuten 2004) Para el LCA se siguieron las
directrices de ISO 14040 (ISO 2006a b) a traveacutes de tres fases fase 1) inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) fase 2) medicioacuten del impacto ambiental (ISO 2006a) en esta fase
se evaluaron las diferentes entradas y salidas dentro de los efectos ambientales tambieacuten llamadas
ldquoCategoriacuteas de Impactordquo (en este estudio corresponden a indicadores) y fase 3) interpretacioacuten de
los resultados (ISO 2006b) Se utilizaron los meacutetodos de caracterizacioacuten basal de la CML (Guineacutee
et al 2004) Todos los consumos de recursos y las emisiones se refirieron a una unidad funcional
de masa de un kg de tomates comerciales frescos El liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue
desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de la granja es decir un LCA de cuna a
puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten Los procesos de fondo incluyeron la
149 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent
V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
Dentro de la dimensioacuten ambiental se evaluaron 10 indicadores crudos distribuidos en los atributos
calidad del suelo (SQSMAF SQSA SQWP y SQPCA) relacioacuten suelo-planta (S-Pr W-kg y N-kg)
relacioacuten suelo-agua (FWT MWT y EP) y relacioacuten suelo-Atmoacutesfera (AP GWD OLD) de los
cuales seis se estimaron mediante LCA (FWT MWT EP AP GWP y OLD) Los demaacutes
indicadores se midieron en laboratorio o fueron estimados mediante ecuaciones de acuerdo con lo
expuesto en la Tabla 4-3
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Calidad del suelo
Marco de referencia de
evaluacioacuten del manejo
del suelo
SQSMAF --- 0 - 1
Acorde a lo planeteado por Andrews (2004) Se evaluaron las propiedades pH CE P
CAD Da y CO Se asignoacute un puntaje a cada propiedad y unidad experimental usando los
algoriacutetmos de SMAF en una hoja de excel
Indicador de calidad del
suelo aditivo simple SQSA --- 0 - 1
Siguiendo el meacutetodo planteado por Amacher et al 2007 y evaluado por Mukherjee y Lal
(2014) SQSA se midioacute a partir de las propiedades pH CE CICE P AD CAD Da CO y
StockC
Indicador de calidad del
suelo aditivo ponderado SQWP --- 0 - 1
Acorde a lo planteado por Mukherjee y Lal (2014) Se evaluaron las mismas propiedades
de SQSA
Indicador de calidad del
suelo con PCA SQPCA --- 0 - 1
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se usa para crear un conjunto miacutenimo de
datos y evitar la redundancia de los datos Se llevoacute a cabo de acuerdo con lo expuesto por
Mukherjee y Lal (2014) con las mismas variables de SQSA
Relacioacuten suelo-planta
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr m2 kg-1 MNM
Ecuacioacuten 30
Consumo de agua por
kilogramo W-kg L kg-1 MNM
Ecuacioacuten 31
Consumo de nitroacutegeno por
kilogramo N-kg g kg-1 MNM
Ecuacioacuten 32
Relacioacuten suelo-agua
Toxicidad de agua dulce FWT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 33
Toxicidad marina MWT kg 14-DB eq MNM Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas acuaacuteticos fi n = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental
n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley 2003) Se estimoacute mediante LCA
Eutrofizacioacuten potencial EP kg PO43- eq MNM
Ecuacioacuten 34
S minus Pr = 1 m2
kg Producto
w minus kg =L agua aplicados mminus2
kg producidos mminus2
N minus kg = g N mminus2
kg Producto mminus2
F(M)WT = sum TAPin x fi n x mi
i n
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
150 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Doacutende vi = cantidad de moles de N o P en una moleacutecula del compuesto i M = masa
molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la degradacioacuten
de las algas Ae = cantidad de moles de N o P contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004) Se puede estimoacute mediante LCA
Relacioacuten suelo-Atmoacutesfera
Acidificacioacuten potencial AP kg SO2 eq MNM
Ecuacioacuten 35
Doacutende ηSO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que pueden ser potencialmente
producidos por un kg de substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2 (kg mol-
1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) (Heijungs et
al 2012) Se estimoacute mediante LCA
Potencial de calentamiento
global potencial GWP kg CO2 eq MNM
Ecuacioacuten 36
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la
concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3) y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen
en el denominador (Heijungs y Guineacutee 2012) Se estimoacute mediante LCA
Agotamiento de la capa de
ozono OLD kg CFC-11 eq MNM
Ecuacioacuten 37
Se expresa en unidades relativas al efecto que produce 1 kg de CFC-11 Expresa la
relacioacuten entre la descomposicioacuten del ozono (O3) en el estado de equilibrio debido a las emisiones anuales (δ[O3]) (flujo en kg antildeo-1) de una cantidad de una substancia (i) emitida
a la atmoacutesfera y la descomposicioacuten del ozono en estado de equilibrio debido a una cantidad
igual de CFC-11 (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
4144 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten social
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA De acuerdo con MSEAS se dio eacutenfasis a tres
aspectos sociales (atributos) seguridad alimentaria (Yd y PCat) generacioacuten de empleo (JA y JC) y
salud humana (ELB ELB(45) PO y HT) (Tabla 4-4) A excepcioacuten de PO y HT que se estimaron
mediante LCA los demaacutes indicadores se estimaron a partir de la informacioacuten del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141)
4145 Atributos e indicadores crudos de la dimensioacuten econoacutemica
De acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos egresos (VC y FC)
inversioacuten (IV) ingresos (GI y NI) y rentabilidad (NPV BC OIR IRR BPQ y BPP) (Tabla 4-5)
Los indicadores de cada atributo se estimaron a partir del inventario del sistema productivo
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi
OLD = sum (δ[O3]i
δ[O3]CFCminus11
) mi
i
151 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Numeral 4141) mediante un modelo empresarial en donde todos los procesos teacutecnicos
administrativos y de gestioacuten se caracterizaron por estar dentro de los paraacutemetros legales para el
gobierno colombiano (CCB 2019 DIAN 2019) Cada unidad experimental se evaluoacute como un
proyecto productivo independiente
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd Mg ha-1 MYM -----------------
Porcentaje de
primera
categoriacutea
PCat MYM
Ecuacioacuten 38
Doacutende PCat = Produccioacuten de primera categoriacutea (kg) del producto cosechado PTot = Produccioacuten total (kg)
Generacioacuten de empleo
Jornales por
ciclo por
hectaacuterea
JC jornal ciclo-1
ha-1 MNM -----------------
Jornales por
antildeo por
hectaacuterea
JA jornal antildeo-1
ha-1 MNM
Ecuacioacuten 39
Salud Humana Indicador de
esfuerzo de labor
ELB --- MNM
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador Alto y maacuteximo
esfuerzo de labor
ELB(45) MNM
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos
PO kg C2H4 eq MNM
Ecuacioacuten 40
Doacutende a = cambio en la concentracioacuten de ozono debido a un cambio en la emisioacuten de un
compuesto orgaacutenico volaacutetil (VOC) i b = emisioacuten del VOC i integrada en el tiempo considerado El denominador contiene estas mismas variables para el etileno (C2H4)
substancia de referencia (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Toxicidad
humana HT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 41
Doacutende HT = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad humana fi n = fraccioacuten de la
sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa
emitida de cada contaminante i (Antoacuten 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores culturales cosecha
entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de datos de entrada del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) De igual manera todos los costos variables
(material vegetal fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios
puacuteblicos salarios administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e
PCat = PCat
PTottimes 100
JA = JC X Ciclos por antildeo
PO = sum (
aibi
frasl
cC2H4
bC2H6frasl
) mi
i
HT = sum HTPin
in
times fin times mi
152 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
incluyeron en el anaacutelisis para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten
(Tabla 4-2)
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Egresos
Costos
variables VC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos variables
Costos fijos FC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos fijos
Inversioacuten
Inversioacuten IV $ ha-1 MNM Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos
Ingresos brutos GI $ ha-1 MYM ------------------
Ingresos netos NI $ ha-1 MYM
Ecuacioacuten 42
Rentabilidad
Valor presente
neto NPV $ MYM
Ecuacioacuten 43
Relacioacuten
beneficio costo BC $ MYM Ecuacioacuten 44
Tasa de intereacutes
de oportunidad OIR MYM
Ecuacioacuten 45
Tasa interna de retorno
IRR MYM Calculada a partir de la foacutermula para el NPV donde se asume que el NPV es igual a cero y que la variable a despejar es la tasa de intereacutes i
Punto de
equilibrio por cantidad
BPQ kg ha-1 MNM
Ecuacioacuten 46
Punto de
equilibrio por
precio
BPP $ kg-1 MNM Ecuacioacuten 47
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
El anaacutelisis se realizoacute a partir de la teacutecnica de evaluacioacuten de proyectos de inversioacuten (Acuntildea 2009)
asumiendo que la produccioacuten es constante para un aacuterea de cultivo de una hectaacuterea en cada unidad
experimental (proyecto) transformando los valores de cada variable del aacuterea de la unidad
experimental a una ha La evaluacioacuten consideroacute una tasa de impuestos del 33 (DIAN 2019) una
vida uacutetil de activos depreciables de 5 antildeos una tasa para los depoacutesitos a teacutermino fijo (DTF) del
4 una tasa de intereacutes del 12 para un preacutestamo solicitado a 2 antildeos y una tasa de inflacioacuten anual
del 3 para todos los tratamientos
La evaluacioacuten financiera se realizoacute de tal forma que el productor obtenga una rentabilidad deseada
del 21 Se definioacute a partir de experiencias praacutecticas en campo que indican que esta oscila entre
21 y 23 para proyectos agriacutecolas rentables
NI = GI minus (VC + FC)
NPV =FC1
(1 + i)1+
FC2
(1 + i)2+
FCn
(1 + i)nminus IV
BCfrasl =
GI
VC + FC
OIR = sum(
FC + VCGI
) i
n
n
i=1
BPQ = FC
PVU minus VCU
119861119875119875 = 119865119862
1 minus119881119862
119881119890119899119905119886119904 119879119900119905119886119897119890119904
153 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para cada dimensioacuten y atributo individualmente se hace el proceso de seleccioacuten de indicadores
buscando que cada atributo esteacute representado por un indicador
4146 Anaacutelisis estadiacutestico
Dos de los criterios de seleccioacuten dentro del meacutetodo de seleccioacuten de indicadores que se incluye en
MSEAS (Numeral 23) estaacuten asociados a anaacutelisis estadiacutesticos (correlacioacuten varianza y pruebas de
comparacioacuten) Los anaacutelisis se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019)
acorde con lo expuesto en el Numeral 2443
4147 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
De acuerdo con MSEAS se utilizoacute la teacutecnica de normalizacioacuten ldquodistancia desde el maacuteximordquo con
los valores de todos los indicadores normalizados en un rango adimensional (0-1) doacutende 0
representa el valor menos sostenible y 1 el maacutes sostenible (Ecuacioacuten 24 Numeral 3431)
El valor de los ponderadores se definioacute mediante anaacutelisis de componentes principales (PCA) con
la Ecuacioacuten 48 doacutende Wk = valor del ponderador λj = vector propio fj = porcentaje de
variabilidad total explicada por cada componente principal (PC) Se tuvo en cuenta hasta el PC
donde se alcanzoacute una variacioacuten acumulada mayor o igual al 90
119882119896 = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 48
A cada atributo le corresponde un Wk que es el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo
Para medir el iacutendice de sostenibilidad (IS) se utilizoacute el meacutetodo de producto de indicadores
ponderados cuya expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27 (Numeral 3433)
Con el fin de que el proceso de compensacioacuten solo se asumiera entre atributos no entre
dimensiones el proceso de agregacioacuten se realizoacute para cada dimensioacuten por separado Asiacute para
154 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estimar el IS que reuniera las tres dimensiones se asignoacute un ponderador de 033 a cada dimensioacuten
asumiendo que estas tienen el mismo grado de importancia (Van Asselt et al 2014)
Para corroborar lo encontrado en el proceso de simulacioacuten de los meacutetodos de agregacioacuten de
indicadores realizado en la construccioacuten de MSEAS (Numeral 3523) se estimaron los iacutendices
de sostenibilidad con los tres meacutetodos evaluados suma ponderada de indicadores producto de
indicadores ponderados y funcioacuten multicriterio
415 Resultados y discusioacuten
4151 Indicadores centrales seleccionados y definicioacuten del Conjunto
Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Como se muestra en la Tabla 4-7 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) trasparentes y estandarizados (TrEs) y especiacuteficamente interpretables (EsIn)
El cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten que sufrioacute el sistema al
aplicar los tratamientos Ademaacutes se basan en datos claramente definidos verificables y
cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y asequibles de modo
que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo salud humana de la
dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio de redundancia
(NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores estaacuten directa y
proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la dimensioacuten
econoacutemica (Tabla 4-7) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron un puntaje
de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y PCat
(Tabla 4-7 y Tabla 4-9)
En cuanto a los criterios no obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) se destaca que
ninguacuten indicador estaacute parametrizado (PrTz) Esto indica que la comparacioacuten entre tratamientos se
realiza dependiendo de si mayor o menor es mejor para cada indicador (Tabla 4-3 Tabla 4-4 y
Tabla 4-5)
155 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 034 067 078 04 30 30 10
SQSA 034 077 064 04 30 30 10 071
SQW 067 077 093 02 20 20 07 071
SQPCA 078 064 093 02 20 20 07 071
Slo-Plt
LU 100 054 02 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 054 02 20 20 07 ϯ 053
N-kg 054 054 05 30 30 10 054
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 018 08 20 20 10 ϯ 067
PCat 018 08 20 20 10 ϯ
G Epl JC --- --- --- 10 067
S Hm
ELB 090 031 031 05 30 30 10 057
ELB(45) 090 071 071 02 10 10 03
PO 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 087 01 10 10 10 ϯ 071
FC 087 01 10 10 10 ϯ 063
Invr IV --- --- --- 10 058
Ingr GI 100 00 10 10 10 ϯ
NI 100 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 072
NPV 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 064
ORO 100 100 100 097 098 00 10 10 10
IRR 100 100 100 097 097 00 10 10 10 064
BPQ 096 096 097 097 100 00 10 10 10 056
BPP 097 097 098 097 100 00 10 10 10 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) se encontroacute que en la dimensioacuten ambiental existen
correlaciones muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten
suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten suelo-planta ocurre lo mismo para
todos los indicadores a excepcioacuten de N-kg que no presenta una correlacioacuten significativa con los
demaacutes indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-6) Esto tiene sentido
156 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluados lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde la base para la obtencioacuten de los
indicadores son los ingresos y los egresos (Tabla 4-5)
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
SQPCA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 068
W-kg 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 06 032 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 064
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 5 09 045 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 077
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 0 0 03 005 2 0 1 0 06 012 10 010 077
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 5 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 5 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 03 003 000
PO 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 07 007 068
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 4 09 045 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 068
Ingr GI 2 1 1 1 0 3 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 10 010 082
NPV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 3 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 000
IRR 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 10 010 074
BPQ 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
BPP 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
157 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 4-7 el conjunto miacutenimo de indicadores
(CMI) de la dimensioacuten ambiental estaacute compuesto por los indicadores centrales SQSA (del atributo
calidad de suelo) S-Pr (del atributo relacioacuten suelo-planta) EP (del atributo relacioacuten suelo-agua) y
GWP (del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073 puntos respectivamente
El CMI de la dimensioacuten social lo componen los indicadores centrales Yd (del atributo seguridad
alimentaria) JC (del atributo generacioacuten de empleo) y HT (del atributo salud humana) con 091
077 y 068 puntos respectivamente En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el CMI se compone de
los indicadores centrales VC (del atributo egresos) INV (del atributo inversioacuten) NI (del atributo
ingresos) y BC (del atributo rentabilidad) con 081 077 091 y 091 puntos respectivamente
(Tabla 4-7)
4152 Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad (IS)
Ponderacioacuten
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente para las dimensiones ambiental y social
(Tabla 4-8) lo que indica que todos los atributos de estas dos dimensiones generaron el mismo
peso sobre la sostenibilidad del sistema En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el atributo egresos
ejerce un menor peso en la dimensioacuten y por ende en la sostenibilidad (Tabla 4-8)
PCA es un meacutetodo que asigna los ponderadores a los atributos de manera objetiva (Rossi et al
2009) lo cual es una ventaja a la escala de evaluacioacuten geograacutefica que maneja MSEAS (parcela o
unidad experimental) A esta escala las tres dimensiones de la sostenibilidad estaacuten regidas por las
actividades agriacutecolas maacutes que por las poliacuteticas gubernamentales Con otras teacutecnicas de asignacioacuten
de ponderadores tales como toma de decisioacuten multicriterio (MCDM) o proceso jeraacuterquico
analiacutetico (AJP) en donde los ponderadores son asignados a partir de la opinioacuten de expertos el
componente social cobra mayor relevancia al tiempo que se incrementa la subjetividad del anaacutelisis
(Goacutemez y Riesgo 2009)
158 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1643 0548 0003 1330 1051 0355 1455 0940 0002
Variabilidad () 0900 0100 0000 0590 0368 0042 0706 0294 0000
Var Acumulada () 0900 1000 1000 0590 0958 1000 0706 1000 1000
pcj () 100 62 38 100
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0479 -0597 0644 0229 023
Suelo-Planta 0453 0796 0401 0205 021
Suelo-Agua 0532 -0071 -0461 0283 028
Suelo-Atmosfera 0532 -0070 -0460 0283 028
Social
Seg Alimentaria -0698 0272 0662 0488 0074 0300 0028 033
Generacioacuten empleo 0054 0942 -0330 0003 0888 0002 0341 034
Salud humana 0714 0195 0673 0509 0038 0313 0015 034
Econoacutemica
Egresos 0254 -0956 0144 0065 006
Inversioacuten 0540 0017 -0841 0292 029
Ingresos 0568 0202 0367 0322 032
Rentabilidad 0567 0211 0369 0321 032
Comparacioacuten entre tratamientos
Como se aprecia en la Tabla 4-9 el tratamiento ChC presenta los mejores resultados para los
indicadores centrales de todas las dimensiones a excepcioacuten de los indicadores del atributo calidad
del suelo En el otro extremo a excepcioacuten de los indicadores de calidad de suelo y generacioacuten de
empleo (jornales por ciclo - JC) el tratamiento OrC presenta los valores maacutes bajos Esto se debe a
que OrC tiene los menores ingresos (NI) en concordancia con su menor rendimiento (Yd) que
ademaacutes influye directamente en el impacto ambiental LCA utiliza como unidad funcional un kg de
tomate fresco es decir cuanto maacutes insumo se utilice para producir un kg de tomate mayor
impacto ambiental se va a generar Esto mismo ocurre con la cantidad de agua necesaria para
producir un kg de tomate (W-kg) pues a pesar de que se aplicoacute la misma cantidad de agua a todas
las unidades experimentales OrC presenta el mayor consumo por kg debido a su menor
produccioacuten (Tabla 4-9) Para establecer la programacioacuten de riegos se tuvo en cuenta el
requerimiento hiacutedrico del cultivo Con base en las propiedades fiacutesicas del suelo y las caracteriacutesticas
fisioloacutegicas de la planta este fue el mismo para todas las unidades experimentales Por otro lado
OrC tambieacuten necesita mayor aacuterea (S-Pr) que ChC para producir la misma cantidad de tomate
159 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 086 a 089 a 088 a 087 a 089 a
SQSA 050 b 069 a 046 b 054 ab 058 ab
SQWP 081 b 087 a 082 b 083 ab 084 ab
SQPCA 058 b 067 a 061 ab 059 ab 064 ab
Rel suelo-planta
LU 0047 a 0053 b 0046 a 0048 a 0048 a
W-kg 3857 a 4350 b 3750 a 3936 a 3919 a
N-kg 174 c 108 a 150 b 138 b 117 a
Rel suelo-agua
FWT 32E-02 a 27E-01 e 80E-02 b 14E-01 c 19E-01 d
MWT 12E+01 a 10E+02 e 31E+01 b 53E+01 c 73E+01 d
EP 26E-04 a 22E-03 e 67E-04 b 11E-03 c 16E-03 d
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 17E-02 a 14E-01 e 42E-02 b 71E-02 c 98E-02 d
GWP 57E-02 a 47E-01 e 14E-01 b 24E-01 c 33E-01 d
OLD 42E-07 a 35E-06 e 11E-06 b 18E-06 c 25E-06 d
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 2116 a 1878 b 2178 a 2073 a 2083 a
PCat 0377 a 0386 a 0390 a 0383 a 0380 a
Generacioacuten Empleo JC 16103 a 16273 b 16442 e 16391 d 16357 c
Salud Humana
ELB 28438 a 28457 d 28462 a 28456 c 28444 b
ELB(45) 01880 e 01838 a 01846 b 01849 c 01859 d
PO 583E-06 a 487E-05 e 147E-05 b 250E-05 c 344E-05 d
HT 023 a 191 e 058 b 098 c 135 d
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 1394 a 1401 b 1411 c 1406 b 1398 b
FC 607 a 607 a 608 c 608 bc 607 ab
Inversioacuten IV 16809 a 16794 b 16824 a 16806 a 16815 a
Ingresos GI 25519 a 22856 b 26543 a 24855 ab 25231 ab
NI 5511 a 2774 b 6351 a 4719 ab 5176 ab
Rentabilidad
BC 118 a 105 b 122 a 114 ab 116 ab
NPV 10836 a 4665 b 12729 a 9050 ab 10081 ab
ORO 022 a 012 b 024 a 019 ab 020 a
IRR 087 a 049 b 099 a 076 ab 083 ab
BPQ 240745 a 276947 b 237501 a 248318 a 244828 a
BPP 64471 a 72796 b 63157 a 66227 a 65456 a
A pesar de mostrar los resultados de sostenibilidad mas bajos para el atributo calidad de suelo y de
ser el uacutenico tratamiento al que no le aplicaron abonos orgaacutenicos ChC sobresale en la dimensioacuten
ambiental En cuanto a esto se observa una tendencia a aumentar el impacto ambiental (EP y
GWP) a medida que se incrementa la cantidad de abono orgaacutenico aplicado (gallinaza) en este
orden OrC gt Mx3 gt Mx2 gt Mx1 gt ChC Estos resultados concuerdan con lo reportado por Bojacaacute
et al (2014) quienes hallaron que la fertilizacioacuten es la actividad agriacutecola que genera el mayor
impacto ambiental negativo (sin tener en cuenta la infraestructura) La gallinaza es el precursor de
este resultado para la mayoriacutea de las categoriacuteas de impacto evaluadas en su estudio sobre el
impacto ambiental del cultivo de tomate bajo invernadero en Colombia Esto se debe a que la
160 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
gallinaza por su alto contenido de N se asocia con altos niveles de lixiviacioacuten y emisiones de N
(Bergstroumlm y Kirchmann 2010 Hayakawa et al 2009)
Con respecto al rendimiento (Yd) OrC fue el uacutenico tratamiento que mostroacute diferencias
significativas pues obtuvo la menor produccioacuten Los demaacutes tratamientos no presentaron
diferencias significativas entre ellos (Tabla 4-9) En cuanto a la cantidad de jornales (JC) el
anaacutelisis se puede hacer desde dos puntos de vista el del productor (duentildeo del cultivo) y el de los
operarios Si se hace desde el productor es maacutes conveniente una menor cantidad de jornales
mientras que para los operarios hay un mayor beneficio mientras maacutes jornales requiere el cultivo
Para este estudio de caso el anaacutelisis se hizo desde el punto de vista del productor pues un mayor
nuacutemero de jornales implica un mayor costo de produccioacuten lo que puede afectar por si solo la
sostenibilidad del sistema Con base en esto se puede apreciar que el mejor tratamiento es ChC
debido a que requiere un menor nuacutemero de jornales Esto tiene que ver con la cantidad de
fertilizantes utilizados ya que al aplicar en presiembra uacutenicamente fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica no abonos orgaacutenicos se requiere un menor nuacutemero de jornales
Cuando se aplican abonos orgaacutenicos se requiere una mayor cantidad de este tipo de materiales para
lograr un resultado similar al obtenido con los fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Esto se relaciona
con el indicador de esfuerzo de labor (ELB) doacutende el mayor valor lo presentoacute OrC debido a que a
las unidades experimentales de este tratamiento se les aplicaron una gran cantidad de abonos
orgaacutenicos cuya labor incluye dos actividades fertilizacioacuten edaacutefica manual (GI = 3) y cargue y
descargue de bultos de abonos y fertilizantes (GI = 5) (Numeral 23) Por el contrario ChC fue el
tratamiento que menos abonos aplicoacute manualmente por lo que presenta el menor ELB El
tratamiento ChC genera la menor cantidad de toxicidad humana (HT) debido al menor uso de
gallinaza Mientras que el tratamiento OrC al ser el que utiliza la mayor cantidad de esta
enmienda genera la mayor HT (Tabla 4-9)
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Como se aprecia en la Figura 4-1 el tratamiento ChC presenta el mayor iacutendice de sostenibilidad
econoacutemica Esto se debe a la relacioacuten entre Yd VC y NI (Tabla 4-9) Lo contrario ocurre con el
tratamiento OrC el cual presenta el iacutendice maacutes bajo (Figura 4-1) al incurrir en mayores costos
con menores ingresos (Tabla 4-9) Una situacioacuten similar ocurre con las dimensiones ambiental y
161 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
social pues ChC es el tratamiento maacutes sostenible mientras que OrC es el menos sostenible
(Figura 4-1)
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
(ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Analizando en conjunto las tres dimensiones de la sostenibilidad se corrobora que el tratamiento
ChC muestra el mayor IS seguido de Mx1 pues para todos los iacutendices evaluados (IS-ambiental
IS-social e IS-econoacutemico) estos dos tratamientos se ubican en los lugares maacutes altos de
sostenibilidad (Figura 4-1) En este estudio de caso a medida que se incrementa el aporte de
gallinaza la sostenibilidad del sistema de produccioacuten disminuye en este sentido ChC gt Mx1 gt
Mx2 gt Mx3 gt OrC Esto puede deberse a que el umbral de medicioacuten es muy corto para apreciar las
ventajas de la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos en el suelo y el ecosistema en general Peltre et al
(2012) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto de la aplicacioacuten de
enmiendas orgaacutenicas son evidentes a largo plazo Otro factor puede ser el hecho de que la gallinaza
se utilizoacute para reemplazar porcentualmente la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica es decir
se utilizoacute como fertilizante no como enmienda Comparado con los fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuyos nutrientes estaacuten disponibles inmediatamente para la planta la gallinaza tiene una
menor accioacuten fertilizante
a
e
b
cd
a
e
b
cd
a
b
aab
aba
d
b
cc
00
02
04
06
08
10
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
162 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En este estudio de caso no se asociaron umbrales a los indicadores ambientales seleccionados por
lo que la definicioacuten del nivel de sostenibilidad se realizoacute a partir de la comparacioacuten entre los
tratamientos evaluados Esta simple comparacioacuten limita el anaacutelisis pues sobre todo para la
dimensioacuten ambiental podriacutea presentarse el caso hipoteacutetico de que en la realidad todos los
tratamientos tengan un impacto ambiental negativo pero la variacioacuten estadiacutesticamente significativa
obliga a la asignacioacuten de niveles (ponderadores) diferenciales de sostenibilidad entre tratamientos
cuando en realidad todos deberiacutean ser calificados como insostenibles ambientalmente Esta
situacioacuten se debe a que en el mundo la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo estaacuten
escasamente parametrizadas debido a la definicioacuten difusa de la calidad del suelo acentuada por la
dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad espacial (de Paul Obade y
Lal 2016)
Comprobacioacuten de ISs
A pesar de que ChC obtuvo el mayor puntaje con todos los iacutendices de sostenibilidad los resultados
variaron notablemente entre iacutendices ISS e ISλ100 (compensacioacuten total) presentaron valores
ideacutenticos y muy cercanos a ISP que se iban haciendo diferentes a ISλ075 ISλ050 ISλ025 a medida
que disminuiacutea el grado de compensacioacuten parcial hasta llegar a ISλ000 que siempre presentoacute los
valores maacutes bajos de sostenibilidad (compensacioacuten nula) (Tabla 4-10) Con base en estos
resultados y a los mostrados en el desarrollo de MSEAS (Numeral 3523) se considera que la
teacutecnica de producto de indicadores ponderados (Ecuacioacuten 27 Numeral 3433) es la que mejor
representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la que mejor se ajusta a
los requerimientos de la metodologiacutea propuesta debido a que en la misma ecuacioacuten se representa
la compensacioacuten parcial total y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa (asymp 1) o se disminuye (asymp 0)
lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) Esto implica
que indicadores (atributos) que tienen un gran peso es decir un ponderador (Wk) alto generan un
alto grado de compensacioacuten pero si algun indicador o atributo obtiene un Ik = 0 que indicariacutea que
estaacute por fuera del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute
insostenible
163 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados
IS ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
ISS 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
ISP 096 a 029 e 057 b 042 c 035 d
ISλ000 019 a 003 e 011 b 006 c 005 d
ISλ025 038 a 014 e 024 b 018 c 016 d
ISλ050 058 a 025 d 037 b 030 c 028 cd
ISλ075 077 a 036 d 050 b 042 c 039 cd
ISλ100 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
Dimensioacuten social
ISS 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
ISP 097 a 046 e 072 b 059 c 054 d
ISλ000 031 a 004 e 013 b 008 c 005 d
ISλ025 048 a 019 e 029 b 023 c 021 d
ISλ050 064 a 034 d 045 b 039 c 037 c
ISλ075 081 a 050 d 062 b 055 c 053 c
ISλ100 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
Dimensioacuten econoacutemica
ISS 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
ISP 091 a 069 b 096 a 086 ab 089 ab
ISλ000 006 a 006 a 006 a 006 a 006 a
ISλ025 028 a 024 b 029 a 027 ab 027 ab
ISλ050 049 a 041 b 051 a 047 ab 048 ab
ISλ075 070 a 058 b 074 a 067 ab 069 ab
ISλ100 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
Total
ISS 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
ISP 095 a 045 d 073 b 060 c 055 c
ISλ000 016 a 004 e 010 b 007 c 005 d
ISλ025 037 a 019 d 027 b 022 c 021 c
ISλ050 057 a 033 d 044 b 038 c 037 c
ISλ075 076 a 047 d 061 b 054 c 052 c
ISλ100 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
416 Conclusiones
En este estudio si se tuviera en cuenta solamente el rendimiento como indicador para designar el
mejor tratamiento se podriacutea afirmar que a excepcioacuten de aquel donde se aplicaron solamente
abonos orgaacutenicos y enmiendas como fertilizacioacuten en presiembra todos los demaacutes son
recomendables en campo pues el rendimiento que generaron no mostroacute diferencias significativas
164 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Sin embargo cuando se hace el anaacutelisis de la sostenibilidad para cada dimensioacuten e integralmente
se pueden apreciar diferencias entre todos los tratamientos siendo maacutes sostenible aquel en el que
no se mezclan fertilizantes de siacutentesis quiacutemica con abonos orgaacutenicos Asiacute mismo el tratamiento
cuya fertilizacioacuten solo utilizoacute abonos orgaacutenicos basados en gallinaza generoacute la menor
sostenibilidad del sistema productivo Esta respuesta se deriva no solo de sus menores indicadores
econoacutemicos sino de su mayor impacto ambiental generado por el uso de gallinaza
165 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la
sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de caso
en Mosquera Colombia
421 Resumen
La papa es el principal alimento no cereal en el mundo con una produccioacuten de maacutes de 487
millones de toneladas anuales Este cultivo se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y
por su alto uso de insumos lo que lo asocia con problemas de degradacioacuten y contaminacioacuten de
suelos Para contrarrestar este efecto nocivo la praacutectica de rotacioacuten de cultivos se muestra como
una de las maacutes promisorias Con base en esto se establecioacute un estudio en el que se evaluoacute la
sostenibilidad de tres esquemas de rotacioacuten (tratamientos) Papa ndash Arveja ndash Papa (PaArPa) Papa ndash
Avena ndash Arveja (PaAvAr) y Papa ndash Papa ndash Avena (PaPaAv) Para determinar la sostenibilidad de
los tres tratamientos se utilizoacute la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS) Se encontroacute que ambiental y
econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaAvAr lo es
socialmente Al equilibrar las tres dimensiones PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible con IS =
085 y en el otro extremo se encuentra PaArPa con IS = 064 El uso de MSEAS en este estudio
permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena genera un menor impacto ambiental
negativo una mayor equidad social y un mayor retorno econoacutemico para el productor
Palabras clave MSEAS papa rotacioacuten de cultivos sostenibilidad agriacutecola LCA
422 Abstract
Potato is the leading non-cereal food globally with an annual production of more than 487 million
tons This crop is characterized by its production in hillside areas and by its high consumption of
inputs which associates it with problems of soil degradation and contamination Crop-rotation is
shown to be one of the most promising strategies to counteract this harmful effect Based on this a
study was established in which the sustainability of three rotation schemes (treatments) was
evaluated Potato-Pea-Potato (PaArPa) Potato-Oat-Pea (PaAvAr) and Potato-Potato-Oat
(PaPaAv) The sustainability evaluation methodology oriented to agricultural experiments
166 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
associated with soil management (MSEAS) was used to determine the three treatments
sustainability It was found that environmentally and economically PaPaAv is the most
sustainable treatment while PaAvAr is socially sustainable Balancing the three dimensions
PaPaAv is the most sustainable treatment with IS = 085 and at the other extreme is PaArPa with
IS = 064 The use of MSEAS in this study made it possible to define that the Potato-Potato-Oat
rotation sequence generates a lower negative environmental impact higher social equity and a
higher economic return for the farmer
Key words potato crop rotation agricultural sustainability LCA
423 Introduccioacuten
La papa (Solanum tuberosum) se clasifica como el principal producto no cereal en el sistema
alimentario mundial (FAO 2009) con un aacuterea de produccioacuten superior a 25 millones de ha y una
produccioacuten por encima de los 487 millones de Mg en 2017 (FAOSTAT 2019) Al igual que en la
mayoriacutea de los paiacuteses del mundo en Colombia la papa es uno de los principales cultivos con
94130 ha (Agronet 2019) Este se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y por el alto
uso de insumos principalmente fertilizantes lo que lo hace ser reconocido por su contribucioacuten a
los problemas de erosioacuten y de contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas superficiales y subterraacuteneas
(Yang et al 2009 Rees et al 2011) Aunque el cultivo continuo de papa puede proporcionar
beneficios econoacutemicos a los productores debido a la mayor rentabilidad en relacioacuten con otros
cultivos la naturaleza intensiva de los sistemas actuales de produccioacuten de papa puede tener efectos
perjudiciales incluida la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes y plaguicidas (Zegada-Lizarazu y
Monti 2011) erosioacuten (Kachanoski y Carter 1999) y reduccioacuten de la calidad del suelo (Nelson et
al 2009)
Desde organizaciones privadas y estatales se han llevado a cabo durante las uacuteltimas deacutecadas una
considerable cantidad de investigaciones para contrarrestar el efecto nocivo que ocasiona el mal
manejo del cultivo de papa Dentro de esas iniciativas la rotacioacuten de cultivos se muestra como una
de las maacutes promisorias pues se ha ido adaptando y utilizando por los productores de papa en las
regiones productoras maacutes importantes de Colombia y en el mundo (Liu et al 2019 Liang et al
2019) Se ha evidenciado que la rotacioacuten de cultivos tiene muacuteltiples efectos en el medio ambiente
incluido la optimizacioacuten del uso de energiacutea el mantenimiento de la calidad del agua superficial al
reducir la escorrentiacutea y la erosioacuten del suelo el mantenimiento de la calidad del agua subterraacutenea al
167 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
reducir la lixiviacioacuten de nutrientes y el mantenimiento de la calidad del suelo al conservar la
dinaacutemica de las comunidades microbianas (Liang et al 2019 Larkin y Honeycutt 2006
Khakbazan et al 2019) Generalmente en los estudios de rotacioacuten ademaacutes de evaluar el efecto
que esta tiene en el rendimiento del cultivo tambieacuten se evaluacutea la dinaacutemica de las propiedades del
suelo a lo largo del tiempo (He et al 2012 Wszelaczynska et al 2014 Vakhnyi et al 2018
Shibabaw et al 2018)
Muchos agricultores se enfocan en un solo cultivo a lo largo de su actividad agriacutecola El caso de la
papa es uno de los maacutes representativos en Colombia En las uacuteltimas deacutecadas las praacutecticas de
rotacioacuten se han extendido entre estos agricultores a tal punto que se ha generalizado el concepto
de no repetir maacutes de dos ciclos de papa en un mismo lugar Para asegurar que la secuencia de
rotacioacuten genere oacuteptimos resultados es necesario definir la estrategia de rotacioacuten que se adapte
mejor tanto a las condiciones agroecoloacutegicas de la regioacuten como a las condiciones particulares de
los productores No todas las combinaciones de cultivos y manejos dentro de la secuencia de
rotacioacuten tienen los mismos resultados (Liu et al 2019) A pesar de las bondades ambientales que
genera la rotacioacuten de cultivos no son ampliamente adoptadas debido a que los productores pueden
obtener ingresos menores a los obtenidos con el monocultivo (Liu et al 2019) En ese sentido si
se quiere determinar cuaacutel es la estrategia de produccioacuten que genera el menor impacto ambiental
negativo promoviendo al mismo tiempo mayores retornos econoacutemicos y una mayor equidad
social es necesario evaluar las nuevas estrategias de produccioacuten desde el enfoque de la
sostenibilidad
Con base en lo anterior el objetivo del presente estudio fue utilizar Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS)
para conocer cuaacutel o cuaacuteles secuencias de rotacioacuten con papa generan la mayor sostenibilidad del
sistema de produccioacuten
424 Materiales y Meacutetodos
4241 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 213 ExPtRot
168 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
4242 Uso de MSEAS
La evaluacioacuten de la sostenibilidad de las tres secuencias de rotacioacuten se llevoacute a cabo con la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) De acuerdo con los paraacutemetros establecidos en MSEAS despueacutes del desarrollo
del experimento se hace el manejo de atributos e indicadores y se construye el iacutendice de
sostenibilidad (IS) (Numeral 3)
Acorde con lo expuesto en MSEAS (Numeral 3511) en la dimensioacuten ambiental se evaluaron
cuatro atributos cada uno con un nuacutemero variable de indicadores 1) Calidad del suelo con cuatro
indicadores marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador de
calidad del suelo aditivo simple (SQSA) indicador de calidad del suelo aditivo ponderado (SQW) e
indicador de calidad del suelo con PCA (SQPCA) (ver Numeral 22) 2) Relacioacuten suelo-planta con
tres indicadores relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) consumo de agua por kg producido (W-kg) y
consumo de nitroacutegeno por kg producido (N-kg) (Tabla 4-3) 3) Relacioacuten suelo-agua con tres
indicadores toxicidad de agua dulce (FWT) toxicidad de agua marina (MWT) y eutrofizacioacuten
(EP) (Tabla 4-3) y 4) Relacioacuten suelo-atmoacutesfera con tres indicadores acidificacioacuten potencial (AP)
potencial de calentamiento global (GWP) y agotamiento de la capa de ozono (OLD) (Tabla 4-3)
Los indicadores de la dimensioacuten ambiental se obtuvieron de las variables medidas en campo del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo
de Vida (Life Cycle Assessment ndash LCA Todos los consumos de recursos y las emisiones se
refirieron a una unidad funcional de masa de un kg de papa avena o arveja comercial en fresco El
liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de
la granja es decir un LCA de cuna a puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten En
este estudio la arveja no se tutoroacute por ende no se tuvo en cuenta la infraestructura como
subsistema Los procesos de fondo incluyeron la produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su
produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
169 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA Se dio eacutenfasis a tres aspectos sociales
(atributos) 1) Seguridad alimentaria con dos indicadores rendimiento (Yd) y porcentaje de
produccioacuten de primera categoriacutea (PCat) 2) Generacioacuten de empleo con dos indicadores jornales
por ciclo por hectaacuterea (JC) y jornales por antildeo por hectaacuterea (JA) y 3) Salud humana con cuatro
indicadores indicador de esfuerzo de labor (ELB) alto (G4) y maacuteximo (G5) esfuerzo de labor
(ELB(45)) oxidacioacuten fotoquiacutemica (PO) y toxicidad humana (HT)
Los indicadores rendimiento (Yd) y calidad (PCat) se calcularon asiacute Papa pesando y clasificando
todos los tubeacuterculos cosechados (20 ndash 24 semanas dds) de 10 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Arveja pesando todas las vainas de 20 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Se realizaron entre dos y tres cosechas al finalizar el llenado de vainas (14 ndash
17 semanas dds) Avena pesando todas las plantas cortadas de cuatro plantillas cuadradas de 05
m2 obtenidas del aacuterea central de cada unidad experimental al finalizar el periodo vegetativo (9 ndash
10 semanas dds) Los meacutetodos de medicioacuten de los demaacutes indicadores se pueden apreciar en la
Tabla 4-4
Los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica se obtuvieron del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores
culturales cosecha entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de
datos de entrada (Tabla 4-2) De igual manera todos los costos variables (material vegetal
fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios puacuteblicos salarios
administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e incluyeron en el anaacutelisis
para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten (Tabla 4-2)
Para la dimensioacuten econoacutemica se establecieron cuatro atributos cuyos meacutetodos de caacutelculo se
presentan en la Tabla 4-5 1) Egresos con dos indicadores costos variables (VC) y costos fijos
(FC) 2) Inversioacuten con un indicador (IV) 3) Ingresos con dos indicadores ingresos brutos (GI) e
ingresos netos (NI) y 4) Rentabilidad con seis indicadores relacioacuten beneficio costo (BC) valor
presente neto (VPN) tasa de intereacutes de oportunidad (OIR) tasa interna de retorno (TIR) punto de
equilibrio por cantidad (BPQ) y punto de equilibrio por precio (BPP)
170 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS Este meacutetodo divide
los indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemica) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
425 Resultados y discusioacuten
4251 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores
centrales seleccionados
Como se muestra en la Tabla 4-11 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) especiacuteficamente interpretables (EsIn) y son transparentes y estandarizados
(TrEs) Esto sugiere que el cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten
que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos y que estos se basan en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo
salud humana de la dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio
de redundancia (NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores esteacuten
directa y proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la
dimensioacuten econoacutemica (Tabla 4-11) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron
un puntaje de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y
SQPCA (Tabla 4-11)
171 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 091
SQPCA 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 000
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 081
W-kg 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 1 09 043 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 078
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 1 09 043 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 091
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 2 0 1 0 06 012 10 010 081
JA 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 2 1 05 011 2 0 1 0 06 012 10 010 083
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 1 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 000
PO 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 10 010 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 077
Ingr GI 2 1 1 1 0 1 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 04 004 085
NPV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 1 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 000
IRR 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 04 004 077
BPQ 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 079
BPP 2 1 1 1 1 0 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 064
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) en la dimensioacuten ambiental existen correlaciones
muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera Lo mismo se evidencia para todos los indicadores del atributo relacioacuten
suelo-planta a excepcioacuten de N-kg el cual no presenta una correlacioacuten significativa con los demaacutes
indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
172 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-12) Esto tiene sentido
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluadas lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde los ingresos y los egresos son la
base para la obtencioacuten de los indicadores (Tabla 4-12)
De acuerdo con los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 4-11 el CMI estaacute compuesto en la
dimensioacuten ambiental por los indicadores SQW (atributo calidad del suelo) S-Pr (relacioacuten suelo-
planta) EP (relacioacuten suelo-agua) y GWP (relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073
puntos respectivamente En la dimensioacuten social por los indicadores Yd (seguridad alimentaria) JA
(generacioacuten de empleo) y HT (salud humana) con 091 083 y 071 puntos respectivamente
(Tabla 4-11) En la dimensioacuten econoacutemica por los indicadores VC (Egresos) INV (Inversioacuten) NI
(Ingresos) y BC (Rentabilidad) con 081 077 081 y 085 puntos respectivamente
4252 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
Comparacioacuten entre tratamientos
No hay un tratamiento que sobresalga en las tres dimensiones de la sostenibilidad ni en todos los
atributos de cada dimensioacuten En cuanto a la dimensioacuten ambiental PaPaAv presenta los mejores
resultados para los atributos calidad de suelo (junto con PaAvAr) y relacioacuten suelo-planta
representados por los indicadores SQSA y S-Pr PaPaAv genera un mayor rendimiento (Yd
atributo seguridad alimentaria) lo que sugiere un mejor uso de la tierra (S-Pr) y del agua (W-kg)
(Tabla 4-13) PaAvAr requiere una menor cantidad de insumos debido a que la avena no se
fertiliza Los agricultores asumen que la cantidad de nutrientes que queda como reserva despueacutes de
las dos fertilizaciones al cultivo de papa es suficiente para producir un ciclo de avena
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad medio (053) seguacuten el
indicador SQSA En trabajos donde los suelos son de baja fertilidad los cambios en las
caracteriacutesticas del suelo por efecto de los esquemas de rotacioacuten son notables (p ej Shibabaw et
al 2018 Sparrow 2015 Sharifi et al 2014) Sin embargo He et al (2012) Muthoni y Kabira
(2010) y Nyiraneza et al (2015) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por
173 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
efecto de la rotacioacuten de cultivos son evidentes a largo plazo En este trabajo se evaluaron tres
ciclos de cultivo (aproximadamente dos antildeos de evaluacioacuten) lo cual sugiere que el indicador de
calidad de suelo seleccionado es susceptible a la perturbacioacuten del suelo en el mediano plazo
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 037 053 064 05 40 40 10
SQSA 037 063 066 04 40 40 10 071
SQW 053 063 069 04 40 40 10 081
SQPCA 064 066 069 03 40 40 10
Slo-Plt
LU 078 016 05 20 20 07 075
W-kg 078 049 04 20 20 07 067
N-kg 016 049 07 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 052
Dimensioacuten social
Yd PCat JC JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 034 07 20 20 10 ϯ 081
PCat 034 07 20 20 10 ϯ 059
G Epl JC 100 00 10 10 10 ϯ 071
JA 100 00 10 10 10 ϯ 073
S Hm
ELB 099 021 021 05 30 30 10 057
ELB(45) 099 007 007 06 30 30 10
PO 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 059
HT 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 051 05 20 20 10 ϯ 071
FC 051 05 20 20 10 ϯ 067
Invr IV --- --- --- 10 067
Ingr GI 098 00 10 10 10 ϯ
NI 098 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 098 100 097 005 071 03 20 20 04 081
NPV 098 098 092 013 057 03 30 30 06 073
ORO 100 098 096 004 071 03 20 20 04
IRR 097 092 096 027 084 02 20 20 04 073
BPQ 005 013 004 027 073 08 50 50 10 069
BPP 071 057 071 084 073 03 20 20 04 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
En cuanto a la dimensioacuten social PaPaAv obtuvo el mayor Yd mientras que PaAvAr obtuvo los
mejores resultados para generacioacuten de empleo y salud humana utilizando el menor nuacutemero de
174 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
jornales por antildeo (JA) y generando el menor esfuerzo de labor (ELB) (Tabla 4-13) La avena es el
cultivo que menos mano de obra requiere esto explica el hecho de que las rotaciones con avena
(PaAvAr y PaPaAr) requirieran el menor nuacutemero de jornales obteniendo asiacute los mejores resultados
para JA Vale la pena recordar que MSEAS asume que entre menor cantidad de jornales se
requiera mayor es la sostenibilidad social Asumiendo en este caso el punto de vista del
productor
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador PaArPa PaAvAr PaPaAv
Dimensioacuten ambiental
Calidad del Suelo
SQSMAF 087 a 086 a 089 a
SQSA 037 b 053 a 048 a
SQW 061 b 062 ab 064 a
SQPCA 046 a 048 a 048 a
Rel suelo-planta
LU 0653 b 0704 c 0273 a
W-kg 30648 c 20607 b 12214 a
N-kg 756 c 465 a 627 b
Rel suelo-agua
FWT 0033 c 0020 a 0028 b
MWT 12882 c 7919 a 10678 b
EP 34E-04 c 21E-04 a 29E-04 b
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 20E-03 c 12E-03 a 16E-03 b
GWP 70E-01 c 43E-01 a 58E-01 b
OLD 44E-08 c 27E-08 a 37E-08 b
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 69607 c 84288 b 119535 a
PCat 0746 b 0863 a 0726 b
Generacioacuten Empleo JC 79 c 51 a 63 b
JA 237 c 154 a 189 b
Salud Humana
ELB 34740 b 34267 a 37316 c
ELB(45) 05440 b 05407 a 08195 c
PO 592E-05 c 364E-
05 a 491E-05 b
HT 024 c 015 a 020 b
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 157 c 111 a 140 b
FC 201 c 193 b 188 a
Inversioacuten IV 1442 c 1224 b 953 a
Ingresos GI 5623 a 4182 c 5448 b
NI 2042 a 1140 b 2165 a
Rentabilidad
BC 153 b 131 c 163 a
NPV 3526 b 1883 c 3821 a
ORO 033 b 022 c 039 a
IRR 383 b 266 c 512 a
BPQ 40895 a 73290 b 84318 c
BPP 102186 b 98075 b 39364 a
175 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El tratamiento PaPaAv obtuvo los mejores resultados globales para la dimensioacuten econoacutemica al
requerir una menor inversioacuten (INV) obtener los mayores ingresos netos (NI - Ingresos) y la mayor
relacioacuten beneficio costo (BC - Rentabilidad) (Tabla 4-13) Estos resultados se relacionan con el
mayor rendimiento obtenido por este tratamiento El tratamiento PaArPa requirioacute la mayor
inversioacuten (INV) y los mayores costos fijos (FC) y variables (VC) a pesar de su menor rendimiento
lo que generoacute sus pobres resultados econoacutemicos sociales y ambientales (Tabla 4-13) En este
uacuteltimo aspecto el rendimiento obtenido no compensa el mayor uso de fertilizantes Se debe
recordar que el anaacutelisis de ciclo de vida se realiza a partir de la cantidad de insumos utilizados para
producir un kg del producto cosechado El objetivo es producir maacutes con un menor uso de recursos
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente a todos los atributos de cada dimensioacuten
(Tabla 4-14) lo que indica que todos los atributos tuvieron una influencia similar sobre la
sostenibilidad del sistema
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1732 23E-05 35E-07 1400 1020 0036 1525 1293 0026
Variabilidad () 1000 0000 0000 0653 0347 0000 0582 0418 0000
Acumulado () 1000 1000 1000 0653 1000 1000 0582 1000 1000
pcj () 100 65 35 58 42
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0552 -0254 0794 0304 0065 0222 0018 024
Suelo-Planta 0065 0963 0263 0004 0926 0003 0252 026
Suelo-Agua -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Suelo-Atmoacutesfera -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Social
Seg Alimentaria 0714 -0042 0699 0509 0002 0333 0001 033
Generacioacuten empleo -0234 0927 0294 0055 0859 0036 0298 033
Salud humana 0660 0373 -0651 0436 0139 0285 0048 033
Econoacutemica
Egresos -0453 0558 -0594 0206 0312 0120 0130 025
Inversioacuten -0542 0434 0680 0294 0188 0171 0079 025
Ingresos 0454 0558 -0222 0206 0312 0120 0130 025
Rtabilidad 0543 0434 0369 0294 0188 0171 0079 025
176 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Ambiental y econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible (Figura 4-2) lo cual
coincide con los resultados mostrados por sus atributos e indicadores (Tabla 4-13) Socialmente
PaAvAr es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaArPa muestra los resultados maacutes bajos de
sostenibilidad social y PaAvAr de sostenibilidad econoacutemica (Figura 4-2)
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt
005) n=15
Equilibrando las tres dimensiones PaPaAv se muestra como el tratamiento maacutes sostenible con IS
= 085 a pesar de no presentar el resultado maacutes alto para la dimensioacuten social Esto indica que la
secuencia de rotacioacuten Papa ndash Papa ndash Avena es la maacutes sostenible para las condiciones del estudio
Desde el punto de vista del productor esta rotacioacuten seriacutea favorable al ser econoacutemicamente maacutes
redituable Sin embargo se debe tener en cuenta que en este caso se evaluoacute avena forrajera
destinada a alimentacioacuten animal principalmente de bovinos Por lo que este cultivo es producido
principalmente por agricultores que alternan la actividad agriacutecola con la pecuaria
c
ba
c
ab
bc
a
c
ba
00
02
04
06
08
10
PaArPa PaAvAr PaPaAv
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
177 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
426 Conclusiones
El uso de MSEAS en este estudio permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena
generaba la mayor sostenibilidad del cultivo Esta secuencia de rotacioacuten generoacute el menor impacto
ambiental el mayor retorno econoacutemico para el productor y obtuvo el segundo lugar en equidad
social
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros
Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa
51 Resumen
Los esfuerzos encaminados a mantener o aumentar la sostenibilidad de un sistema productivo se
deben planear y medir a corto mediano y largo plazo Una gran cantidad de herramientas se han
desarrollado para evaluar el impacto de los sistemas de produccioacuten agriacutecola en el presente pero
pocas que permitan una proyeccioacuten futura Con base en esto la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad de Experimentos Orientados al Suelo (MSEAS) se adaptoacute para evaluar la posible
sostenibilidad en el futuro Esta adaptacioacuten estaacute basada en sistemas de soporte a la decisioacuten como
DSSAT y estaacute condicionada a la construccioacuten de escenarios de clima y suelo para establecer las
condiciones de cambio Como estudio de caso se estimoacute la sostenibilidad actual (IS-A) y futura
(IS-45 e IS-85) de cinco tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa Control =
Control comercial As = Fertilizacioacuten recomendada por Agrosavia AsSp = Fraccionamiento
mensual de As AsSp25 = AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 25 AsSp50 =
AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 50 AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
actual con IS-A = 090 y a pesar de que el rendimiento no presentoacute diferencias significativas a
largo plazo AsSp50 se mantuvo como el tratamiento maacutes sostenible en el futuro con IS-45 e IS-85
= 088
Palabras clave DSSAT LCA modelacioacuten de cultivos papa sostenibilidad actual sostenibilidad
futura
180 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
52 Abstract
Efforts to maintain or increase the sustainability of a productive system must be planned and
measured in the short medium and long term Many tools have been developed to assess the
impact of agricultural production systems in the present However when it is desired to know their
future behavior the options are reduced Based on this the Sustainability Assessment of Soil
Oriented Experiments Methodology (MSEAS) was adapted to assess possible sustainability in the
future This adaptation is based on crop modeling tools such as DSSAT It requires the
construction of climate and soil scenarios to establish the conditions of change included in these
tools As a case study the current (IS-A) and future (IS-45 and IS-85) sustainability of five
fertilization splitting treatments in potato was estimated Control = commercial control As =
Agrosavia recommended fertilization AsSp = AsSp monthly split AsSp25 = AsSp decreasing the
amount of fertilizer by 25 AsSp50 = AsSp decreasing the amount of fertilizer by 50 AsSp50
generated the highest current sustainability with IS-A = 090 Although the yield did not present
significant differences in the future AsSp50 remained the most sustainable treatment in the future
with IS-45 and IS-85 = 088
Key words crop modelling DSSAT LCA future sustainability potato present sustainability
53 Introduccioacuten
Al hacer un anaacutelisis de la definicioacuten maacutes aceptada de desarrollo sostenible ldquoAquel desarrollo que
satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones
para satisfacer sus propias necesidadesrdquo (WCED 1987) es evidente que ese desarrollo es tan
importante en condiciones actuales como en el futuro Dicha importancia tambieacuten estaacute presente en
diversas publicaciones en las que consideran la importancia de propender directa o indirectamente
por la sostenibilidad en el largo plazo (p ej Altieri y Farrell 2018 Baush et al 2014 Campbell
et al 2014 De luca et al 2015 De Olde et al 2016 Kanter et al 2016 Swart et al 2004) A
pesar de la equilibrada importancia que tiene el desarrollo sostenible actual y en el futuro las
herramientas que se han disentildeado para evaluar la sostenibilidad solo mencionan las condiciones
actuales pero muy poco se ha hecho para estimar modelar o simular cual seriacutea la sostenibilidad de
los sistemas de produccioacuten evaluados en el mediano o largo plazo
181 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para predecir el comportamiento de un determinado sistema o meacutetodo de cultivo en el futuro es
necesario llevar a cabo procesos de modelacioacuten a traveacutes de la construccioacuten de escenarios de clima
yo suelo La informacioacuten necesaria para construir estos escenarios se puede obtener de cinco
formas 1) a partir de la medicioacuten in-situ durante deacutecadas de las variables que se quieren modelar
2) a partir de informacioacuten obtenida mediante procesos de modelacioacuten 3) a partir de informacioacuten de
otros sitios de medicioacuten con condiciones agro-climaacuteticas similares 4) una combinacioacuten de las
opciones anteriores dependiendo de si solo se tiene informacioacuten de clima o suelo o 5) asumiendo
que las propiedades del suelo o las condiciones climaacuteticas permanecen constantes
Cuando los sistemas que se quieren comparar son parcelas o unidades experimentales a las cuales
se les aplican los tratamientos es posible utilizar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) (Numeral 3)
Mediante herramientas de modelacioacuten como DSSAT es posible estimar la respuesta de la planta
ante los tratamientos evaluados bajo diferentes escenarios de clima yo variabilidad climaacutetica Los
resultados que arrojen los modelos se podriacutean incluir en MSEAS y de esa forma se estimariacutea la
sostenibilidad futura
Los objetivos del presente estudio son i) utilizar MSEAS (Numeral 3) tanto para evaluar la
sostenibilidad actual como para evaluar la sostenibilidad futura ii) conocer cuaacutel o cuaacuteles
tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa (como estudio de caso) generariacutean la
mayor sostenibilidad en condiciones actuales y de cambio climaacutetico y iii) proyectar la estabilidad
de la sostenibilidad en el tiempo empleando las mismas praacutecticas de manejo
54 Materiales y Meacutetodos
En la Figura 5-1 se presenta un esquema que sintetiza a MSEAS con las actividades adaptadas
para la evaluacioacuten tanto del iacutendice de sostenibilidad actual (IS-A) como futura (IS-45 e IS-85)
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 212
182 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de sostenibilidad en
condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP Inventario del
sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de componentes
principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules corresponden a
macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El autor
542 Uso de MSEAS en condiciones actuales
La evaluacioacuten de los indicadores siguioacute el mismo procedimiento expuesto en el Numeral 4242
Ademaacutes de los indicadores enunciados en ese numeral (concernientes al cultivo de papa) se evaluoacute
la concentracioacuten de NO3- en la solucioacuten del suelo En cada unidad experimental se instaloacute un
lisiacutemetro de succioacuten a 90 cm de profundidad con el cual se recolectoacute el lixiviado descargado a esa
profundidad Al lixiviado se le midioacute su contenido de NO3- Se realizaron muestreos semanales a lo
largo del ciclo de produccioacuten y se reporta la concentracioacuten promedio
183 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura
5431 Construccioacuten de escenarios de cambio climaacutetico
La liacutenea base de las principales variables climaacuteticas se ajustoacute con los valores proyectados en el aacuterea
de estudio a traveacutes de los escenarios RCP45 y RCP85 (RCP = Representative Concentration
Pathways) Se consideraron los escenarios extremos planteados por IPCC (2013) para el periodo
2041-2070 y 2041-2100 del modelo CCSM4 del Centro Nacional de Investigacioacuten Atmosfeacuterica de
los Estados Unidos (National Center for Atmospheric Research - NCAR) con una resolucioacuten R lt
125deg Este modelo se destaca por su buena capacidad para modelar el clima presente de la regioacuten
de estudio (Mosquera Cundinamarca Colombia) tanto en las variables que describen la
circulacioacuten atmosfeacuterica viento y presioacuten como en la precipitacioacuten y temperaturas a escala anual y
estacional (Rodriguez 2012) Los datos climaacuteticos de referencia (1986 - 2018) se obtuvieron de la
base de datos del Instituto de Hidrologiacutea Meteorologiacutea y Estudios Ambientales de Colombia
(IDEAM) Los datos de referencia y proyectados de CO2 se obtuvieron de la base de datos del
Instituto para la Investgacioacuten del Cambio Climaacutetico Potsdam para los escenarios RCP 45 (Clarke
et al 2007 Smith y Wigley 2006 Wise et al 2009) y RCP 85 (Riahi et al 2007)
5432 Modelacioacuten en DSSAT
Se utilizoacute el modelo SUBSTOR-Potato que pertenece a una familia de modelos de cultivo en
DSSAT-CSM (Numeral 152) Se escogioacute porque ha sido utilizado y calibrado en las condiciones
agroecoloacutegicas donde se desarrolloacute el experimento (Sabana de Bogotaacute Mosquera Centro
Agropecuario Marengo de la Universidad Nacional de Colombia) para el cultivo de papa con la
184 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
variedad Diacol Capiro (Forero y Garzoacuten 2000) Tanto Forero y Garzoacuten (2000) como Rojas
(2011) encontraron correlaciones por encima del 70 entre los datos observados y los simulados
Para correr los modelos en DSSAT se utilizoacute la informacioacuten de los coeficientes geneacuteticos (Tabla
5-1) y el perfil de suelo (Tabla 5-2) reportados por Forero y Garzoacuten (2000) y Ordontildeez y Bolivar
(2014) respectivamente Los coeficientes geneacuteticos fueron reajustados para las condiciones del
experimento mediante el meacutetodo de Enfoque de Estimacioacuten de Incertidumbre de Probabilidad
Generalizada (GLUE) disponible en DSSAT (Jones et al 2011) (Tabla 5-1)
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y Garzoacuten
(2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio
Coeficiente Unidad Rojas Ajustado
P2 ---- 07 07
TC degC 25 25
PD ---- 07 01
G2 cm2 m-2 diacutea-1 1236 1236
G3 g m-2 diacutea-1 88 88
Doacutende P2 = Sensibilidad al fotoperiodo TC = Temperatura criacutetica PD = Grado de determinancia G2 =
Tasa de expansioacuten maacutexima del aacuterea foliar y G3 = Tasa de crecimiento potencial del tubeacuterculo
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de Ordontildeez y
Bolivar (2014)
Taxonomiacutea Typic Hapludands Textura Superficie F
SLB SLMH SLLL SDUL SSAT SRGF SSKS SBDM SLOC SLCL SLSI
30 AP 0325 0431 0807 1000 ND 0820 5300 39480 56270
48 AB 0367 0695 1291 0700 ND 0810 5400 32050 53610
77 BNL 0433 0819 1466 0500 ND 0660 5400 11610 69700
109 BN2 0438 0759 1387 0200 ND 0590 5200 9310 65850
150 2CN 0280 0403 0717 0000 ND 1220 4600 78840 20730
SLB SLCF SLNI SLHW SLHB SCEC
30 0000 0457 5300 -99000 25800
48 0000 0465 5400 -99000 29000
77 0000 0465 5400 -99000 29600
109 0000 0448 5200 -99000 25800
150 0000 0397 4600 -99000 25100
SLB Profundidad del horizonte SLMH Nombre del horizonte SLLL Porcentaje de humedad para el punto
de marchitez permanente (15 bar) SDUL Porcentaje de humedad a capacidad de campo (1 bar) SSAT
Porcentaje de humedad a saturacioacuten (03 bar) SRGF Factor de crecimiento de raiacuteces SSKS Saturacioacuten
hidraacuteulica ND No disponible SBDM Densidad aparente (g cm-3) SLOC Porcentaje de carbono orgaacutenico
SLCL Porcentaje de arcilla SLSI Porcentaje de limo SLCF Fraccioacuten gruesa (gt 2mm) SLNI Porcentaje
de nitroacutegeno total SLHW pH medido en agua SLHB pH en solucioacuten de KCl SCEC Capacidad de
intercambio catioacutenico (cmolc kg-1)
185 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El principal indicador para el proceso de modelacioacuten es el rendimiento (Yd) debido a que estaacute
asociado con las tres dimensiones de la sostenibilidad por lo que su variacioacuten afecta a un gran
nuacutemero de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos Para el proceso de modelacioacuten en
DSSAT el rendimiento estaacute en funcioacuten del cambio climaacutetico (variaciones en temperatura
precipitacioacuten radiacioacuten y CO2) y de la dinaacutemica del carbono y el nitroacutegeno a traveacutes de la
modelacioacuten de la materia orgaacutenica del suelo con el modelo CENTURY (Parton et al 1994)
incluido en DSSAT
Para determinar el ajuste entre los datos observados de rendimiento con los simulados por DSSAT
se utilizaron los estimadores coeficiente de correlacioacuten (r) y cuadrado medio del error (RMSE)
(Smith et al 1997)
5433 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad futura (IS-45 e IS-85)
Con los resultados del proceso de simulacioacuten del rendimiento del cultivo en escenarios futuros se
recalcularon todos los indicadores centrales asociados al rendimiento Posteriormente con los
resultados asociados a las condiciones futuras se corrioacute MSEAS De esta forma se estimoacute la
sostenibilidad futura de todos los tratamientos evaluados y se obtuvieron sus iacutendices de
sostenibilidad agriacutecola en condiciones actuales (IS-A) y futuras (IS-45 e IS-85)
55 Resultados y discusioacuten
551 Escenario de cambio climaacutetico
Los escenarios de cambio climaacutetico muestran que en el periodo 2019 - 2100 con respecto al
periodo de referencia (1986 - 2018) la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio se incrementaraacute en
promedio 13 y 19 para los escenarios RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2) En
cuanto a la temperatura maacutexima esta aumentaraacute 04 y 09 degC para RCP45 y RCP85
respectivamente La temperatura miacutenima no presentaraacute variaciones significativas mientras que la
radiacioacuten aumentaraacute 13 y 21 Mj m2 diacutea-1 para RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2)
186 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
552 Modelacioacuten en DSSAT
Como se aprecia en la Figura 5-3 se presentoacute un ajuste altamente significativo entre los datos
observados (barras) y los simulados por DSSAT (puntos) con r = 096 RMSE = 297 lo que
concuerda con lo encontrado por Forero y Garzoacuten (2000) y Rojas (2011)
Una vez calibrado el modelo (Figura 5-3) se procedioacute a realizar las simulaciones con los
escenarios de cambio climaacutetico RCP45 y RCP85 Con el fin de conocer la variacioacuten del
rendimiento (Yd) a lo largo del tiempo y de determinar cuaacuteles variables de suelo y clima influyen
maacutes significativamente en esa variacioacuten se estudiaron las variables de suelo y clima que modela
DSSAT En la Figura 5-4 se muestran las tendencias para el tratamiento ldquoControlrdquo escenario
RCP85 (las tendencias son similares para todos los tratamientos y escenarios evaluados) y en la
Tabla 5-3 se muestran los resultados para todos los tratamientos y escenarios El contenido de
carbono orgaacutenico (CO) permaneceraacute estable a lo largo del tiempo y el de nitroacutegeno mineral (NO3-
+ NH4+) (N min) disminuiraacute levemente como respuesta al aumento en la absorcioacuten de nitroacutegeno
por parte de la planta (N abs) estimulada por el incremento de Yd (Tabla 5-3) Zhang et al (2016)
y Yang et al (2013) encontraron que los porcentajes de C y N permaneceraacuten constantes o incluso
aumentaraacuten en el futuro (2100) si se realizan aplicaciones continuas de materia orgaacutenica externa
En este experimento se aplicoacute compost en presiembra por lo que se asume que en el futuro esta
actividad se seguiraacute realizando
Yd aumentaraacute aunque el contenido de CO permaneceraacute constante en el tiempo (Figura 5-4) En
ese sentido Bedrnard et al (2012) y Chen et al (2017) encontraron que el efecto de la aplicacioacuten
de materiales orgaacutenicos y fertilizantes es apreciable principalmente en suelos con bajo nivel de
fertilidad El suelo del presente estudio seguacuten el indicador de calidad de suelo SQPCA tiene un
nivel de fertilidad alto el cual se mantiene a lo largo del tiempo (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla
5-7)
187 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos los puntos
de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia)
0
20
40
60
80
100
120
Precip
ita
cioacute
n (
mm
)
17
18
19
20
21
22
Tem
pera
tura
maacute
xim
a (
degC)
4
5
6
7
8
9
Tem
pera
tura
miacuten
ima
(degC
)
10
12
14
16
18
20
22
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ra
dia
cioacute
n (
Mj
m-2
diacutea
-1)
Mes
Actual RCP 45 RCP 85
188 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador rendimiento
(Yd) en el escenario actual
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ - Nmin) y nitroacutegeno
absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040 2041-2070 y
2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto al periodo
2016-2040
Trat
2016 - 2040 2041 - 2070 2071 - 2100
Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs
Mg ha-1
RC
P 4
5 Control 349 2750 035 049 398 14 2750 00 034 -35 051 34 424 21 2749 00 034 -44 052 60
As 329 2750 021 040 380 15 2750 00 020 -49 041 17 409 24 2749 00 020 -63 042 47
AsSp 360 2751 017 041 411 14 2750 00 017 -26 041 19 439 22 2749 -01 017 -37 043 49
AsSp25 324 2750 016 038 376 16 2750 00 015 -21 039 18 404 25 2749 00 015 -34 040 47
AsSp50 315 2751 015 036 370 17 2750 00 014 -17 036 24 400 27 2749 00 014 -32 038 54
RC
P 8
5
Control 353 2751 035 049 411 16 2748 -01 034 -39 052 63 447 27 2746 -02 033 -71 054 96
As 330 2751 021 040 392 19 2749 -01 020 -50 043 60 429 30 2746 -02 019 -87 044 99
AsSp 362 2752 017 040 424 17 2749 -01 017 -23 043 63 460 27 2747 -02 016 -36 044 98
AsSp25 325 2752 016 038 389 20 2749 -01 015 -19 040 62 426 31 2747 -02 015 -33 042 105
AsSp50 317 2752 015 035 381 20 2749 -01 014 -16 038 64 423 34 2747 -02 014 -26 039 110
Como se aprecia en la Figura 5-5 se preveacute un incremento considerable en la concentracioacuten de
CO2 atmosfeacuterico sobre todo para el RCP85 Este incremento tiene una relacioacuten altamente
significativa con el aumento en Yd (Figura 5-4) Como lo exponen Fleischer et al (2008 y 2013)
el aumento de la concentracioacuten de CO2 atmosfeacuterico generan una mayor produccioacuten de tubeacuterculos
Las diferencias en Yd entre los RCP45 y RCP85 no son tan significativas (Tabla 5-3) si se
comparan con las diferencias en la concentracioacuten de CO2 (Figura 5-5) con un incremento
promedio del 36 y 74 respectivamente con respecto al periodo de referencia (Actual Figura
5-5) Al respecto Raymundo et al (2017) manifiestan que el modelo SUBSTOR-Potato subestima
el efecto del CO2 sobre Yd estimando rendimientos inferiores a los observados
0
10
20
30
40
TC As AsSplit AsSp25 AsSp50
Yd
( M
g h
a-1
)
Tratamiento
189 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3
- + NH4+ - N
Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs) temperatura
maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85 Los
datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten
Los aumentos en la temperatura y radiacioacuten (Figura 5-2) pueden promover una mayor produccioacuten
de biomasa siempre y cuando los requerimientos hiacutedricos de las plantas sean satisfechos y no se
superen los liacutemites fisioloacutegicos establecidos sobre todo de temperatura (Kleinwechter et al 2016
Lizana et al 2016) En este estudio de caso la variedad de papa Diacol Capiro se adapta a
ambientes entre los 2000 y 3500 msnm con temperaturas promedio entre los 18 y 24 degC (Porras y
Herrera 2015) Seguacuten las simulaciones en el futuro la temperatura en el aacuterea de estudio
permaneceraacute dentro del rango adecuado para el desarrollo del cultivo y se preveacuten incrementos en la
precipitacioacuten (Figura 5-2) Estos resultados son consistentes con lo expuesto por Raymundo et al
(2018) quienes manifiestan que en las zonas montantildeosas de las regiones tropicales (como en la
regioacuten donde se llevoacute a cabo el estudio) se preveacuten incrementos en el rendimiento en las proacuteximas
deacutecadas aunque contrastan con los resultados encontrados por diversos autores quienes afirman
que en sus regiones se preveacuten disminuciones en los rendimientos por cuenta del cambio climaacutetico
(Adavi et al 2018 Kumar et al 2015 Sparks et al 2014 Daccache et al 2012) Estas
predicciones pesimistas obedecen a que se espera una menor eficiencia hiacutedrica al reducirse las
precipitaciones a que se incrementa la temperatura por encima del umbral oacuteptimo o a que se
utilizan modelos que no incluyen el efecto del CO2 atmosfeacuterico
06
07
08
09
10
Antildeo
Yd OC N Min N mnrlz N abs CO2
2016 2100
190 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP 45 y 85
(2020 - 2100)
553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Indicadores centrales seleccionados
Los resultados son muy similares para todos los escenarios evaluados (Actual RCP45 y RCP85)
En la dimensioacuten ambiental existen correlaciones muy altamente significativas entre todos los
indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten
suelo-planta se aprecia una correlacioacuten muy altamente significativa entre los indicadores S-Pr y W-
kg pues tanto el uso de la tierra como el consumo de agua estaacuten relacionados con la produccioacuten es
decir cuanta aacuterea de terreno y cuaacutenta agua se requieren para producir un kg de papa En este
experimento todas las unidades experimentales independiente del tratamiento aplicado tuvieron
la misma aacuterea y se les aplicoacute la misma cantidad de agua El indicador N-kg no presentoacute correlacioacuten
con los demaacutes indicadores de este atributo (Anexos Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) ya que a
diferencia de S-Pr y W-kg entre tratamientos se aplicaron cantidades diferentes de N lo que
sugiere que en este estudio el aumento en la produccioacuten no tuvo relacioacuten con la cantidad de N
aplicado
Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente significativas se presentan entre JC y JA
para el atributo generacioacuten de empleo y entre ELB y ELB(45) para salud humana (Anexos Tabla
0
250
500
750
1000
CO
2(p
pm
)
Antildeo
Actual RCP 45 RCP 85
1971 2019
2050 2100
Actual
RCP
191 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) No existe correlacioacuten entre Yd y PCat lo cual sugiere que en este
experimento el aumento de la produccioacuten no siempre genera un incremento en la calidad
Los anaacutelisis de varianza y comparacioacuten de los indicadores presentaron muchas similitudes entre los
tres escenarios al igual que con la correlacioacuten En el escenario actual el indicador de calidad del
suelo SQW fue el uacutenico indicador que no presentoacute diferencias significativas (Tabla 5-5) Lo mismo
ocurrioacute para los indicadores W-kg Yd y JC en los escenarios RCP45 y RCP85 (Tabla 5-6 y
Tabla 5-7 respectivamente)
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad alto que implica que la
planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas pues se obtienen
buenos rendimientos con pocos aportes Sumado a esto los incrementos en CO2 atmosfeacuterico
radiacioacuten precipitacioacuten temperatura y el adecuado manejo del agua que se le da al cultivo se
traduce en un alto nivel de sostenibilidad del sistema al incrementarse el rendimiento del cultivo y
mantener las emisiones de nitroacutegeno al aire y al agua en niveles bajos a lo largo del tiempo
De acuerdo con el puntaje obtenido a partir de los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 5-4
para la dimensioacuten ambiental se definieron como indicadores centrales SQPCA (atributo calidad del
suelo) N-kg (atributo relacioacuten auelo-planta) NO3- (atributo relacioacuten suelo-agua) y GWP (atributo
relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 078 079 y 073 puntos respectivamente Para los escenarios
RCP45 y RCP85 se escogioacute el indicador eutrofizacioacuten (EP)
En la dimensioacuten social se escogieron como indicadores centrales PCat (atributo seguridad
alimentaria) JC (atributo generacioacuten de empleo) y ELB (atributo salud humana) con 079 068 y
067 puntos respectivamente En los escenarios RCP 45 y 85 el atributo generacioacuten de empleo no
tuvo representante debido a que su uacutenico indicador JC no presentoacute diferencias significativas En
estos escenarios se escogioacute HT en representacioacuten del atributo salud humana por alcanzar el mayor
puntaje (071) (Tabla 5-4)
En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica se escogieron como indicadores centrales VC (atributo
egresos) IV (atributo inversioacuten) NI (atributo ingresos) y BC (atributo rentabilidad) con 077
064 081 y 077 puntos respectivamente En el escenario RCP85 se escogioacute a GI en
representacioacuten del atributo ingresos debido a que NI no presentoacute diferencias significativas (Tabla
5-4)
192 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85 (periodo 2041
- 2070)
Atributo Ind Base RCP45 RCP85
Tt Wk Tt Wk Tt Wk
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 081
022
081
018
081
018 SQSA 079 079 079
SQW 000 079 079
SQPCA 091 091 091
Rel suelo-planta
LU 068
026
072
027
072
027 W-kg 000 000 000
N-kg 078 078 078
Rel suelo-agua
FWT 000
027
000
027
000
027 MWT 000 000 000
EP 071 075 075
NO3 079 --- ---
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 000
026
000
027
000
027 GWP 073 073 073
OLD 000 000 000
Dimensioacuten social
Seguridad alimentaria Yd 077
033 000
050 000
050 PCat 079 079 079
Generacioacuten empleo JC 068 035 000 --- 000 ---
Salud humana
ELB 067
032
054
050
054
050 ELB(45) 000 067 067
PO 000 000 000
HT 067 071 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 077
025 077
025 077
025 FC 064 064 064
Inversioacuten IV 064 021 064 021 064 021
Ingresos GI 000
027 000
027 067
027 NI 081 081 000
Rentabilidad
BC 077
027
077
027
077
027
NPV 000 000 000
ORO 000 000 000
IRR 069 069 069
BPQ 075 075 075
BPP 065 061 065
Doacutende Wk = Ponderador Ind = Indicador Tt = Puntuacioacuten total y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa
554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS)
5541 Comparacioacuten entre tratamientos
El objetivo de realizar la aplicacioacuten fraccionada de fertilizantes es aportar los nutrientes en el
momento y cantidad apropiados evitando al maacuteximo su peacuterdida Tradicionalmente en el cultivo
193 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de papa en Colombia el aporte de fertilizantes se hace durante dos momentos del ciclo en pre
siembra y al aporque o deshierba (Guerrero 1998) En cada aplicacioacuten se suministra una gran
cantidad de fertilizante cuyos nutrientes pueden llegar a perderse por volatilizacioacuten fijacioacuten o
lixiviacioacuten De acuerdo con Guerrero (1998) el efecto de las eacutepocas de aplicacioacuten y del
fraccionamiento del fertilizante depende de factores como la variedad el ciclo de cultivo la
distribucioacuten de los estolones y las raiacuteces y el reacutegimen de precipitacioacuten
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 a 068 a 070 a 071 a 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0310 ab 0320 ab 0294 a 0326 ab 0343 b
W-kg 10932 ab 11251 ab 10349 a 11476 ab 12072 b
N-kg 906 d 478 c 440 bc 366 b 256 a
Rel suelo-agua
FWT 0040 d 0020 c 0018 c 0015 b 0011 a
MWT 15438 d 7697 c 7082 c 5889 b 4130 a
EP 41E-04 d 19E-04 c 17E-04 bc 15E-04 b 10E-04 a
NO3 1722 e 1437 d 1101 c 819 b 643 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 24E-03 d 11E-03 c 10E-03 bc 85E-04 b 60E-04 a
GWP 84E-01 d 39E-01 c 36E-01 bc 30E-01 b 21E-01 a
OLD 53E-08 d 26E-08 c 24E-08 bc 20E-08 b 14E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 325 ab 315 ab 341 a 309 ab 296 b
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 98 ab 97 a 105 b 99 ab 96 a
Salud Humana
ELB 301 a 301 b 302 e 302 d 302 c
ELB(45) 013 a 013 b 014 e 014 d 014 c
PO 710E-05 d 371E-05 c 341E-05 bc 284E-05 b 199E-05 a
HT 029 d 014 c 013 bc 011 b 008 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 195 d 163 c 171 c 150 b 132 a
FC 199 b 192 a 193 a 191 a 190 a
Inversioacuten IV 1282 b 1031 a 1032 a 1028 a 1024 a
Ingresos GI 6992 ab 6934 ab 7818 a 7116 ab 6601 b
NI 3051 b 3387 ab 4184 a 3706 ab 3377 ab
Rentabilidad
BC 176 b 194 ab 213 a 207 a 203 a
NPV 5402 b 6109 ab 7607 a 6709 ab 6091 ab
ORO 043 b 048 ab 053 a 052 a 051 a
IRR 539 b 756 ab 933 a 836 a 762 ab
BPQ 55741 c 48406 b 47597 ab 46806 ab 45061 a
BPP 54343 b 49979 ab 46777 ab 49113 ab 48917 a
Con respecto a la dimensioacuten ambiental el tratamiento AsSp50 generoacute la mayor calidad de suelo en
condiciones actuales y la generariacutea en escenarios de cambio climaacutetico AsSp generariacutea una mejor
194 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y un mejor uso del agua (W-kg) en los tres escenarios gracias a
su mayor produccioacuten por unidad de aacuterea (Yd) aunque ocupoacute el tercer lugar en cuanto a cantidad de
nitroacutegeno consumido por kilogramo producido (N-kg) Aunque AsSp aportoacute los fertilizantes de
manera fraccionada aplicoacute una mayor cantidad de N con respecto a AsSp50 que fue el tratamiento
que mejor utilizoacute el N con respecto a la cantidad de papa cosechada Este tratamiento (AsSp50)
mostroacute los mejores resultados para los demaacutes indicadores evaluados en la dimensioacuten ambiental
siendo el que menor impacto ambiental negativo generariacutea al agua y a la atmoacutesfera (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
En cuanto a la dimensioacuten social en el escenario actual el tratamiento con el mayor rendimiento
(Yd) fue AsSp seguido muy de cerca por Control As y AsSp25 que no presentaron diferencias
significativas entre ellos AsSp50 generoacute el menor Yd No obstante a pesar del rendimiento la
cantidad de papa de primera categoriacutea (PCat) no mostroacute la misma tendencia siendo AsSp25 el que
obtuvo el mayor porcentaje para los tres escenarios Esto concuerda con lo mostrado por la matriz
de correlacioacuten donde se evidencia que Yd y PCat tuvieron una baja correlacioacuten (-027) (Anexos
Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) Esto sugiere que una mayor produccioacuten no estaacute relacionada
con una mayor calidad Vale la pena recordar que en este experimento la calidad del tubeacuterculo solo
se midioacute en teacuterminos de su tamantildeo
En el escenario actual ldquoControlrdquo mostroacute los mejores resultados para generacioacuten de empleo lo que
en el contexto de este trabajo significa que requirioacute el menor nuacutemero de jornales (Tabla 5-5) Esto
es paradoacutejico si se tiene en cuenta que los trabajadores van a preferir una mayor generacioacuten de
empleo Sin embargo si la mano de obra se incrementa lo mismo ocurre con los costos de
produccioacuten Esto volveriacutea insostenible el sistema productivo pues los ingresos no cubririacutean los
costos o se tendriacutea que incrementar el precio de venta lo que impactariacutea directamente a los
consumidores muchos de ellos con escasos recursos econoacutemicos Control tambieacuten mostroacute los
mejores resultados en cuanto a esfuerzo laboral (ELB y ELB(45)) para los tres escenarios (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7) Al aplicar una menor cantidad de fertilizantes (menor cantidad de
mezclas) en una menor frecuencia (menor cantidad de aplicaciones manuales) comparado con los
demaacutes tratamientos ldquoControlrdquo generoacute una menor cantidad de actividades dentro de este grupo de
indicadores No obstante al aplicar una mayor cantidad de nutrientes con un menor
fraccionamiento generoacute el mayor impacto en la salud humana representada por los indicadores
(PO y HT) siendo AsSp50 el que menor impacto generoacute (Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
Debido a fenoacutemenos de fijacioacuten lixiviacioacuten y volatilizacioacuten la fertilizacioacuten en papa generalmente
195 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tiene una eficiencia baja 10 a 20 para foacutesforo (P) y 30 a 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998)
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0250 ab 0258 ab 0240 a 0261 ab 0275 b
W-kg 8791 a 9088 a 8454 a 9180 a 9687 a
N-kg 728 d 386 c 359 bc 293 b 206 a
Rel suelo-agua
FWT 0032 d 0016 c 0015 c 0012 b 0009 a
MWT 12413 d 6218 c 5785 b 4711 b 3314 a
EP 33E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 12E-04 b 82E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 19E-03 d 90E-04 c 84E-04 bc 68E-04 b 48E-04 a
GWP 68E-01 d 32E-01 c 29E-01 bc 24E-01 b 17E-01 a
OLD 43E-08 d 21E-08 c 19E-08 bc 16E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 404 a 390 a 418 a 387 a 368 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 112 a 110 a 118 a 112 a 109 a
Salud Humana
ELB 30314 a 30349 a 30455 b 30461 b 30458 b
ELB(45) 01082 a 01131 b 01180 e 01225 d 01248 c
PO 571E-05 d 300E-05 c 279E-05 bc 227E-05 b 160E-05 a
HT 023 d 011 c 011 bc 009 b 006 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 210 d 177 c 185 c 164 b 146 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1035 a 1031 a 1027 a
Ingresos GI 8710 ab 8593 ab 9525 a 8897 ab 8233 b
NI 4612 b 4897 ab 5739 a 5333 ab 4865 ab
Rentabilidad
BC 211 b 230 ab 250 a 247 a 242 a
NPV 8337 b 8948 ab 10531 a 9768 ab 8890 ab
ORO 053 b 057 ab 060 a 060 a 059 a
IRR 809 b 1085 ab 1274 a 1193 a 1090 ab
BPQ 51536 c 45796 b 45468 b 44530 ab 43225 a
BPP 45234 a 41910 ab 39936 a 40933 ab 40875 ab
Se estima que en producciones de papa de bajo rendimiento la liberacioacuten anual de N-N2O es de 8
Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es maacutes alta que para
muchos otros cultivos (Ruser et al 1998) Al aplicar una menor cantidad de fertilizante y de forma
fraccionada se disminuye la emisioacuten de N al ambiente Burton et al (2008) encontraron que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa disminuiacutea substancialmente las emisiones de N2O al
ambiente sobre todo en tiempo de alta precipitacioacuten Aunque Peacuterez et al (2008) encontraron un
menor rendimiento y calidad de tubeacuterculos de papa criolla (Solanum phureja) cuando se
196 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fraccionaba la fertilizacioacuten (N-P-K-Mg) en dos aplicaciones (como se hace tradicionalmente en
Colombia) comparado con una sola aplicacioacuten del fertilizante requerido en presiembra Asiacute
mismo Kuisma (2002) encontroacute que hubo un mayor rendimiento cuando se aplicoacute el 100 del N
al momento de la siembra comparado con el aporte fraccionado A pesar de esto Antildeez y Espinosa
(2006) encontraron que los rendimientos de tubeacuterculos de papa fueron superiores con los
tratamientos de aplicacioacuten de N y K de forma fraccionada Papadopoulos (1988) encontroacute que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten mediante el uso de la fertirrigacioacuten en el cultivo de papa permite
mantener el N en niveles adecuados para la planta aumentando asiacute el rendimiento y disminuyendo
las peacuterdidas por lixiviacioacuten Del mismo modo Battilani et al (2008) concluyeron que el aporte
fraccionado del N mediante el uso de fertirriego permite aumentar la eficiencia de uso de N en el
cultivo de papa Todo lo anterior indica que auacuten no hay consenso sobre la cantidad adecuada de
aplicaciones de fertilizantes en el cultivo de papa
Con respecto a la dimensioacuten econoacutemica AsSp50 requirioacute un menor gasto de dinero tanto en
inversioacuten (IV) como en costos fijos (FC) y variables (VC) En contraste en el tratamiento
ldquoControlrdquo se invirtioacute la mayor cantidad de dinero en estos rubros Se debe tener en cuenta que el
22 de los costos totales del tratamiento Control fue destinado a fertilizantes mientras que para
AsSp50 se destinoacute el 86 (datos no mostrados) lo cual explica estas diferencias AsSp obtuvo los
mayores ingresos brutos (GI) y netos (NI) cuya magnitud fue suficiente para que contrarrestaraacute los
costos de produccioacuten y generaraacute los mejores indicadores de rentabilidad en los tres escenarios
(Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7) En ese sentido seguacuten Fedepapa y el Ministerio de Ambiente
y Desarrollo Territorial (2004) el rubro maacutes importante en la lista de costos de produccioacuten de papa
en Colombia es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167)
5542 Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en los resultados del anaacutelisis de componentes principales (PCA) se puede apreciar que
en la dimensioacuten ambiental para los tres escenarios el atributo calidad del suelo tiene el menor
peso (Wk) (Tabla 5-4) Esto se debe a que un solo indicador (SQPCA) evaluado en este atributo
mostroacute diferencias altamente significativas entre todos los tratamientos (Tabla 5-5 Tabla 5-6
Tabla 5-7) Algo similar ocurrioacute en la dimensioacuten social para el escenario actual en donde el
atributo salud humana tiene el menor Wk En esta misma dimensioacuten para los escenarios RCP45 y
RCP85 el atributo generacioacuten de empleo no se le asignoacute Wk debido a que ninguacuteno de sus
197 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
indicadores mostroacute diferencias significativas (Tabla 5-6 Tabla 5-7) En la dimensioacuten econoacutemica
se asignoacute el valor mas bajo de Wk al atributo inversioacuten (INV) (Tabla 5-4) por presentar
diferencias significativas en un solo tratamiento (Control) (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla 5-7)
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0242 ab 0250 ab 0233 a 0252 ab 0267 b
W-kg 8518 a 8809 a 8211 a 8878 a 9403 a
N-kg 706 d 374 c 349 bc 283 b 200 a
Rel suelo-agua
FWT 0031 d 0015 c 0014 c 0012 b 0008 a
MWT 12026 d 6025 c 5612 c 4554 b 3218 a
EP 32E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 11E-04 b 80E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 18E-03 d 87E-04 c 81E-04 bc 66E-04 b 47E-04 a
GWP 66E-01 d 31E-01 c 28E-01 bc 23E-01 b 16E-01 a
OLD 42E-08 d 20E-08 c 19E-08 bc 15E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 417 a 403 a 430 a 400 a 380 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 114 a 112 a 120 a 115 a 111 a
Salud Humana
ELB 30307 a 30342 a 30446 b 30452 b 30450 b
ELB(45) 01060 a 01109 b 01158 e 01200 d 01225 c
PO 225E-01 d 111E-01 c 104E-01 bc 842E-02 b 595E-02 a
HT 000 d 000 c 000 bc 000 b 000 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 212 d 179 c 188 c 167 b 148 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1036 a 1032 a 1028 a
Ingresos GI 8989 ab 8866 ab 9807 a 9199 ab 8483 b
NI 4865 a 5145 a 5997 a 5609 a 5092 a
Rentabilidad
BC 216 b 236 ab 255 a 254 a 248 a
NPV 8813 b 9414 ab 11016 a 10288 ab 9316 ab
ORO 054 b 058 ab 061 a 061 a 060 a
IRR 853 b 1138 ab 1331 a 1254 a 1139 ab
BPQ 51064 a 45491 b 45202 b 44256 bc 43023 c
BPP 44089 a 40878 ab 39026 b 39860 ab 39918 ab
Como se aprecia en la Figura 5-6 para los tres escenarios AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
ambiental y econoacutemica mientras que ldquoControlrdquo generoacute la mayor sostenibilidad social Al
equilibrar las tres dimensiones AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad con IS-A = 090 IS-45 =
088 e IS-85 = 088 esto a pesar de que este tratamiento generoacute el menor rendimiento (Yd) En ese
sentido es necesario recordar dos hechos 1) el impacto ambiental estimado mediante LCA basa
sus caacutelculos a partir de la produccioacuten de un kg de papa fresca y 2) los ingresos brutos (GI)
198 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
provienen de la venta del producto cosechado por ende entre maacutes produccioacuten por unidad de aacuterea
(Yd) maacutes ingresos Esto explica porque Yd interactuacutea con muchos indicadores ambientales
sociales y econoacutemicos No obstante como se pudo evidenciar generar el mayor rendimiento no
asegura la mayor sostenibilidad del sistema
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Los anaacutelisis de sostenibilidad evaluacutean la interaccioacuten de las dimensiones social ambiental y
econoacutemica como un todo daacutendole la misma importancia a cada dimensioacuten Cada una de esas
dimensiones evaluacutea indicadores que no se asocian directamente con el rendimiento Por ejemplo
aunque Control mostroacute un buen rendimiento presentoacute el maacutes bajo porcentaje de papa de primera
categoriacutea y los maacutes altos costos de produccioacuten por lo que se ubicoacute en el uacuteltimo lugar en cuanto a
sostenibilidad econoacutemica Tambieacuten al utilizar una mayor cantidad de fertilizante generoacute un mayor
impacto ambiental mientras que AsSp50 que fue el tratamiento con menor rendimiento tuvo los
menores costos de produccioacuten al utilizar una menor cantidad de fertilizantes lo que le sirvioacute para
convertirse en el mejor tratamiento de la dimensioacuten ambiental Estos resultados son prometedores
e
dc
b
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
00
02
04
06
08
10
IS
Ambientala a a
a a
d
c c
b
a
d
cc
b
a
Social
b
aab a a
b
a a a a
b
a aa a
00
02
04
06
08
10
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
IS
Econoacutemico
Actual RCP 45 RCP 85
e
d cb
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Total
199 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
si se tiene en cuenta que la papa es uno de los cultivos con mayor consumo de fertilizantes por
unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y Boyacaacute en Colombia En condiciones
comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de fertilizantes compuestos
(Barrera 1998)
56 Conclusiones
En el estudio de caso que se abordoacute en este trabajo en el cual se modeloacute el comportamiento del
rendimiento del cultivo de papa bajo diferentes tratamientos de fertilizacioacuten y escenarios de
cambio climaacutetico se aprecia que las diferencias en rendimiento entre tratamientos se hacen menos
significativas en el futuro pese a que todos los tratamientos tienden a generar una mayor
produccioacuten A pesar de este nuevo panorama el resultado del anaacutelisis de sostenibilidad arroja los
mismos resultados en el presente y en el futuro siendo el tratamiento con la menor aplicacioacuten de
fertilizante de forma fraccionada el mas sostenible a lo largo del tiempo Estos resultados sugieren
que las praacutecticas de manejo integrado de la fertilizacioacuten como construir y aplicar la foacutermula de
fertilizacioacuten de acuerdo con las propiedades del suelo y los requerimientos nutricionales y
fenologiacutea de la planta generan una mayor sostenibilidad del sistema de produccioacuten de papa
200 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ANEXOS Capiacutetulo 5
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario actual
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP NO3 AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ 053
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 061
NO3 072 072 072 03 10 10 10 069
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 028 07 20 20 10 ϯ 067
PCat 028 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10 058
S Hm
ELB 100 075 075 02 10 10 10 ϯ 057
ELB(45) 100 075 076 02 10 10 10 ϯ
PO 075 075 100 02 10 10 10 ϯ 055
HT 075 076 100 02 10 10 10 ϯ 057
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 062 04 20 20 10 ϯ 067
FC 062 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 094 01 10 10 10 ϯ
NI 094 01 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 095 099 094 081 095 01 10 10 05 072
NPV 095 094 092 062 094 01 20 20 10 064
ORO 099 094 091 083 094 01 10 10 05
IRR 094 092 091 079 092 01 10 10 05 064
BPQ 081 062 083 079 077 02 20 20 10 065
BPP 095 094 094 092 077 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
201 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 45
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10 ϯ
PCat 029 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ
NI 096 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 092 100 092 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 055 092 02 20 20 10 064
ORO 100 091 090 082 094 01 10 10 05
IRR 092 088 090 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 055 082 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 094 091 075 01 10 10 05 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
202 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 85
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 008 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 008 05 20 20 07 ϯ
N-kg 008 008 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10
PCat 029 07 20 20 10 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ 057
NI 096 00 10 10 10 ϯ
Rtbl
BC 092 100 091 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 054 092 02 20 20 10 069
ORO 100 091 089 081 093 01 10 10 05
IRR 091 088 089 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 054 081 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 093 091 075 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Conclusiones generales
Existe un considerable nuacutemero de herramientas que permiten evaluar la sostenibilidad de
diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola MSEAS es comuacuten a estas en cuanto al uso de
indicadores y el proceso de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten No obstante MSEAS posee
cinco caracteriacutesticas que la hace diferente 1) Estaacute orientada a escala de parcela o unidad
experimental mientras que las demaacutes se utilizan a partir de escala de finca especiacuteficamente
MSEAS se utiliza para evaluar tratamientos dentro de un experimento aplicado 2) Evalua la
sostenibilidad de las actividades orientadas al manejo del suelo o con injerencia en este recurso
natural En ese sentido la dimensioacuten ambiental de MSEAS esta dividida en atributos que
relacionan al suelo con la planta el agua y la atmoacutesfera 3) MSEAS parte de un marco de seleccioacuten
de indicadores que da eacutenfasis a procesos cuantitativos mientras que las demaacutes herramientas
seleccionan los indicadores a partir de paraacutemetros principalmente subjetivos 4) MSEAS se adapta
para evaluar la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten en condiciones actuales o ante posibles
condiciones futuras y 5) A partir de la construccioacuten de un inventario del sistema productivo para
cada unidad experimental MSEAS incluye un importante nuacutemero de indicadores Algunos de
estos pueden estimarse mediante herramientas de modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle
Assessment) y DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer)
Con el uso de MSEAS se evidencioacute que las evaluaciones de sostenibilidad como una integracioacuten
multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son un mecanismo eficaz para
evaluar diferentes alternativas o actividades agriacutecolas relacionadas con el manejo del suelo y
definir cuaacutel es mas viable ambiental econoacutemica y socialmente El uso de MSEAS mostroacute que en
investigacioacuten aplicada para designar un tratamiento como ldquoel mejorrdquo se debe hacer sobre la base
de su sostenibilidad pues cuando solo se tienen en cuenta unas pocas variables y la recomendacioacuten
se hace basada simplemente en los resultados teacutecnicos se pueden generar sesgos al no tener en
cuenta coacutemo el tratamiento recomendado afectariacutea el entorno ambiental social y econoacutemico de los
productores Los resultados de los anaacutelisis de sostenibilidad de los diferentes experimentos
mostraron falencias que probablemente no se visibilizan sin la ayuda de este tipo de anaacutelisis Se
204 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
identificoacute por ejemplo que el uso de abonos orgaacutenicos no asegura un incremento en la
sostenibilidad ambiental
Al hacer la evaluacioacuten de sostenibilidad con MSEAS los resultados pueden contradecir las
presunciones que se hacen en campo En el experimento de evaluacioacuten de foacutermulas de fertilizacioacuten
orgaacutenico-mineral en tomate el tratamiento donde se utilizoacute uacutenicamente fuentes de siacutentesis quiacutemica
alcanzoacute el mayor nivel de sostenibilidad En el experimento de fraccionamiento de la fertilizacioacuten
en papa el tratamiento que obtuvo el menor rendimiento generoacute la mayor sostenibilidad del
sistema productivo En el experimento de rotacioacuten la secuencia papa-papa-avena generoacute la mayor
sostenibilidad mientras que papa-arveja-papa obtuvo el menor nivel de sostenibilidad a pesar de
generar los mayores ingresos econoacutemicos Esto sugiere que si se tuviera en cuenta solamente el
rendimiento como indicador para designar el mejor tratamiento los resultados seriacutean distintos a los
mostrados por los anaacutelisis de sostenibilidad llevados a cabo
Con el marco de referencia que se construyoacute para seleccionar indicadores adaptado e incluido en
MSEAS se observoacute que es posible elegir indicadores reduciendo el nivel de subjetividad
tradicionalmente ligado a este proceso Esto se logra si se siguen una serie de criterios de seleccioacuten
cuantitativos rigurosos y preestablecidos
Los anaacutelisis de sostenibilidad al enmarcar el ambiente la sociedad y la economiacutea permiten
evaluar los sistemas de produccioacuten agriacutecola de forma global Estimar cuan sostenible seriacutean los
sistemas (tratamientos) evaluados a lo largo del tiempo antildeade mayor objetividad al anaacutelisis Con
este trabajo se mostroacute que es posible estimar el nivel de sostenibilidad a lo largo del tiempo
Gracias a herramientas como DSSAT se pueden establecer muacuteltiples escenarios de evaluacioacuten En
este trabajo se evaluaron dos asociados al cambio climaacutetico
205
Recomendaciones
Con el fin de estudiar las interacciones del suelo con el ambiente se recomienda que en los anaacutelisis
de sostenibilidad cada atributo (calidad del suelo relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera y
relacioacuten suelo-planta) esteacute representado por un indicador De esta forma se podriacutea mostrar un
panorama maacutes amplio del impacto del manejo del suelo sobre el ecosistema en el cual se desarrolla
el cultivo Tambieacuten es recomendable que cada atributo de las dimensiones social y econoacutemica
esteacuten representados por un indicador en el anaacutelisis de sostenibilidad
En este proyecto se utilizoacute DSSAT para hacer las modelaciones no obstante es decisioacuten de los
investigadores utilizar este software o cualquier otro que le permita llegar a los resultados deseados
con MSEAS
Se debe tener en cuenta que el alcance de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental en
donde se trata de simular las condiciones comerciales es decir la uacutenica modificacioacuten en cuanto al
manejo del sistema de produccioacuten agriacutecola es respecto a los tratamientos Experimentos en
condiciones totalmente controladas (pej en laboratorio o fitotroacuten) podriacutean tener limitaciones para
usar MSEAS pues el inventario del sistema productivo podriacutea no estar relacionado con las
condiciones reales de cultivo
El nuacutemero arrojado por el iacutendice de sostenibilidad (0 a 1) no indica que si un tratamiento obtiene
un valor de uno genera una sostenibilidad total del sistema productivo Este iacutendice se utiliza para
comparar el nivel de sostenibilidad entre diferentes tratamientos Valores cercanos a uno sugieren
el mayor nivel de sostenibilidad entre los tratamientos evaluados pero esto no quiere decir en
teacuterminos absolutos que ese sistema realmente es sostenible Puede que todos los tratamientos en
la realidad generen un muy bajo nivel de sostenibilidad pero al hacer la comparacioacuten entre ellos
uno sobresalga y obtenga un IS alto cercano a uno Esto podriacutea contrarrestarse a medida que los
indicadores utilizados esteacuten mejor parametrizados es decir que cuenten con rangos oacuteptimos
aceptados en la comunidad cientiacutefica De este modo las evaluaciones entre los tratamientos se
realizariacutean a partir de estos rangos y no de las comparaciones ldquomayor o menor es mejorrdquo
206 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Se debe tener en cuenta que con MSEAS no se pretenden hacer predicciones Esta metodologiacutea
sirve para evaluar posibles escenarios pero de ninguacuten modo se deben tomar como predicciones del
futuro Esto busca que a partir de la evaluacioacuten de multiples escenarios se evidencie si existe
consistencia con los resultados mostrados en condiciones actuales
Los suelos donde se llevaron a cabo los experimentos tienen un nivel de fertilidad alto que implica
que la planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas En
futuros trabajos se podriacutea simular el comportamiento del cultivo en un ambiente con mayores
limitaciones edafoclimaacuteticas
207
Alcance proyecciones y limitaciones
MSEAS posee el siguiente alcance
bull Escala El alcance geograacutefico de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental
bull Liacutenea de investigacioacuten Manejo de suelos en actividades agriacutecolas con impacto directo en
el suelo labranza fertilizacioacuten riego y rotacioacuten
bull Tipo de investigacioacuten Investigacioacuten aplicada cuyos resultados obtenidos sean
susceptibles de aplicacioacuten directa en condiciones de produccioacuten real comercial
bull Condiciones experimentales Experimentos que emulan las condiciones de produccioacuten
comercial donde los tratamientos son las uacutenicas fuentes de variacioacuten
bull Datos de entrada obligatorios Inventario del sistema productivo e indicadores para cada
atributo de cada dimensioacuten
Proyeccioacuten El siguiente paso para MSEAS es construir una aplicacioacuten que automaacuteticamente
seleccione los indicadores y calcule el iacutendice de sostenibilidad Esto a partir del ingreso de los
resultados de todos los indicadores crudos medidos en el experimento La aplicacioacuten podriacutea tener
ademaacutes una conexioacuten a la base de datos de LCA (Ecoinvent) y todas las funciones financieras De
esta forma a partir de los datos del inventario del sistema productivo la aplicacioacuten arrojariacutea
automaacuteticamente resultados de algunos indicadores ambientales y sociales y todos los indicadores
econoacutemicos
Limitaciones
No es sencillo estimar las variaciones del suelo en el futuro a traveacutes de indicadores de calidad del
suelo debido a que no existen los modelos que permitan simular todas las propiedades incluidas en
dichos indicadores Los avances maacutes importantes se han dado con carbono orgaacutenico y nitroacutegeno
pero la mayoriacutea de los indicadores de calidad del suelo incluyen propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas llevando a la necesidad de asumir que estas propiedades permaneceraacuten constantes y
solo se modificaraacuten las variables que se pueden modelar
208 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Otra de las limitaciones de las evaluaciones de sostenibilidad en el futuro es que el proceso de
modelacioacuten requiere que los cultivares ya esteacuten calibrados con los diferentes modelos En este
caso la variedad de papa Diacol Capiro se calibroacute en estudios anteriores por lo que fue posible
realizar el anaacutelisis Sin embargo tomate al ser producido bajo cubierta no se puede modelar con
DSSAT Del mismo modo en el estudio de rotacioacuten los cultivos de avena forrajera y arveja no
han sido modelados ni en DSSAT ni en otros softwares Esto se puede contrarrestar utilizando
softwares o modelos que si tengan establecidos los cultivares que se pretenden analizar
209
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Agradecimientos
Agradezco a Dios a mi familia y a todas las personas que me brindaron su apoyo para la
realizacioacuten de este trabajo
A la profesora Martha Henao por su guiacutea apoyo y sobre todo por su comprensioacuten e inmensa
humanidad quien no solo se limitoacute a guiar y corregir mi trabajo sino que ademaacutes fue un apoyo
constante
A los miembros de mi comiteacute doctoral profesores Andreacutes Pentildea Angela Castantildeo Aquiles
Darghan Helena Goacutemez y Jesus Ospina
A los profesores e investigadores Andrea Rodriacuteguez Carlos Bojacaacute Gerrit Hoogenboom Johan
Sebastian Gutierrez Oscar Castillo Yolanda Rubiano por su guiacutea cientiacutefica y valiosas ensentildeanzas
A la Universidad Nacional de Colombia
A la Corporacioacuten Colombiana de Investigacioacuten Agropecuaria (Agrosavia)
Al Centro de Biosistemas de la Universidad Jorge Tadeo Lozano
A la Universidad de Florida
Y a todos los que directa o indirectamente aportaron su granito de arena para que pudiera alcanzar
el objetivo
Resumen y Abstract IX
Resumen
A escala finca regioacuten paiacutes o planeta existe un considerable nuacutemero de instrumentos que evaluacutean
cualitativa o cuantitativamente el nivel de sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola
Las opciones se reducen si la evaluacioacuten se quiere realizar a nivel ultra detallado donde el sistema
productivo estaacute a escala de parcela o unidad experimental es decir en investigacioacuten agriacutecola
aplicada En este contexto es comuacuten que los mejores tratamientos sean identificados a traveacutes de
las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis estadiacutestico de variables como rendimiento
pero no se definen desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola conectando al
ambiente la sociedad y la economiacutea como un todo Por otra parte muchos de los estudios de
sostenibilidad agriacutecola se realizan sin tener en cuenta las caracteriacutesticas del suelo Esto contrasta
con el efecto directo y determinante que este recurso tiene sobre la agricultura Ademaacutes de la
restriccioacuten de detalle geograacutefico y la escasa importancia que se le da al suelo las actuales
herramientas no abordan cuantitativamente la sostenibilidad a largo plazo Teniendo en cuenta
estas tres limitaciones se disentildeoacute construyoacute y evaluoacute MSEAS (Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo) una herramienta de
anaacutelisis de la sostenibilidad agriacutecola basada en indicadores que reuacutene las tres dimensiones de la
sostenibilidad ambiental social y econoacutemica y a traveacutes de un iacutendice cuantitativo mide el nivel
actual o futuro de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados en experimentos sobre manejo
del suelo MSEAS se construyoacute con cuatro caracteriacutesticas importantes
1) adaptable a experimentos asociados a actividades de manejo del suelo con diversas
caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten
2) modulable dependiendo de la cantidad y calidad de los datos se tiene la opcioacuten de evaluar solo
la sostenibilidad actual o la sostenibilidad actual y futura
3) cuantificable el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un iacutendice
cuantitativo
4) inferencial es posible estimar un importante nuacutemero de indicadores mediante herramientas de
modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle Assessment) y DSSAT (Decision Support System
for Agrotechnology Transfer)
X Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Antes de construir MSEAS se plantearon cuatro documentos de liacutenea base
1) Revisioacuten sobre indicadores de sostenibilidad agriacutecola asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo
2) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental
3) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agriacutecolas
4) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
Estos trabajos sirvieron de liacutenea base y sustento teacutecnico para la puesta a punto de MSEAS la cual
se desarrolloacute a traveacutes de tres procesos disentildeo construccioacuten y evaluacioacuten con datos simulados uso
en condiciones actuales y uso en escenarios futuros Se utilizaron datos de experimentos reales
(estudios de caso) para evaluar la metodologiacutea La principal conclusioacuten que se desprende de esta
evaluacioacuten es que es viable el uso de MSEAS con experimentos agriacutecolas orientados al suelo ya
que se evidencioacute su capacidad para identificar los tratamientos ambiental social y
econoacutemicamente maacutes sostenibles en los experimentos evaluados
Palabras clave MSEAS indicador de sostenibilidad calidad del suelo relacioacuten suelo-planta
relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera DSSAT LCA
Contenido XI
Abstract
At the farm region country or global scale there are many instruments that qualitatively or
quantitatively assess the level agricultural production systems sustainability The options are
reduced if the evaluation is to be carried out at the ultra-detailed level where the production
system is at the plot or experimental unit scale ie in applied agricultural research In this context
it is common for the best treatments to be identified through the significant differences resulting
from the statistical analysis of variables such as yield However they are not defined from the
sustainability of the agricultural production system connecting the environment society and the
economy On the other hand many agricultural sustainability studies are conducted without
considering soil characteristics This contrasts with the direct and determining effect that this
resource has on agriculture In addition to the restriction of geographic detail and the low
importance given to soil current tools do not quantitatively address long-term sustainability With
these three limitations in mind MSEAS (Methodology for Sustainability Evaluation oriented to
Soil Associated Agricultural Experiments) an indicator-based agricultural sustainability analysis
tool was designed constructed and evaluated It brings together the three dimensions of
sustainability environmental social and economical and through a quantitative index measures
the current or future level of sustainability of the treatments evaluated in soil management
experiments MSEAS was constructed with four essential characteristics
1) Adaptable to experiments associated with soil management activities with diverse spatial
temporal and measurement characteristics
2) Modular since depending on the quantity and quality of the data there is the option of
evaluating only current sustainability or current and future sustainability
3) Quantifiable the level of sustainability of treatments is determined through a quantitative index
4) Inferential since it is possible to estimate many indicators using modeling and simulation tools
such as LCA (Life Cycle Assessment) and DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology
Transfer)
Before building MSEAS four baseline documents were proposed
1) Review of agricultural sustainability indicators associated with soil properties processes and
management
2) Evaluation of soil quality indicators with the possibility of use at plot or experimental unit scale
XII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3) Labour effort Indicator to estimate the magnitude of physical effort in agricultural work
4) Framework for the selection of the minimum set of indicators for agricultural sustainability
evaluations at the plot scale
These works served as a baseline and technical support for the development of MSEAS which
was developed through three processes design construction and evaluation with simulated data
use in current conditions and future scenarios Data from real experiments (case studies) were
used to evaluate the methodology The main conclusion drawn from this evaluation is that the use
of MSEAS with soil-oriented agricultural experiments is feasible Its ability to identify the most
environmentally socially and economically sustainable treatments in the evaluated experiments
was evidenced
Keywords SMAES sustainability indicator soil quality soil-plant relationship soil-water
relationship soil-atmosphere relationship DSSAT and LCA
Contenido XIII
Contenido
Resumen IX
Abstract XI
Contenido XIII
Lista de figuras XVI
Lista de tablas XVIII
Lista de abreviaturas XXII
Introduccioacuten general 23
1 Marco teoacuterico 28 11 Sostenibilidad agriacutecola 28 12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola basadas en indicadores 29 13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia 31 14 Suelo y variabilidad climaacutetica 31 15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en agricultura 33 16 Indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten 37 161 Resumen 37 162 Abstract 37 163 Introduccioacuten 38 164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten 39 165 Metodologiacutea 39 166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola 40 167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con su entorno
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 50 168 Conclusiones 55
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS 56 21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados para la construccioacuten y evaluacioacuten
de MSEAS 57 211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate bajo invernadero
(ExTom) 57 212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como estrategia para
reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el cultivo de papa (ExPtSp) 57 213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) 58
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela
o unidad experimental 59 221 Resumen 59 222 Abstract 60
XIV Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
223 Introduccioacuten 60 224 Metodologiacutea 64 225 Resultados 72 226 Discusioacuten 81 227 Conclusiones 87
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores
agricolas 88 231 Resumen 88 232 Abstract 88 233 Introduccioacuten 89 234 Metodologiacutea 90 235 Resultados y discusioacuten91 236 Conclusiones 98
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela 99 241 Resumen 99 242 Abstract 100 243 Introduccioacuten 100 244 Metodologiacutea 103 245 Resultados 111 246 Discusioacuten 115 247 Conclusiones 117
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) 118 31 Resumen 118 32 Abstract 119 33 Introduccioacuten 119 34 Materiales y Meacutetodos 121
341 Revisioacuten y tipos de indicadores 121 342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores 121 343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 122
35 Resultados y discusioacuten 126 351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial en MSEAS 126 352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten seleccionados para definir un
uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS) 133 36 Conclusiones 139
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales 141 41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de un cultivo de tomate frente a la
aplicacioacuten de cinco mezclas de fertilizantes 141 411 Resumen 141 412 Abstract 142 413 Introduccioacuten 142 414 Materiales y Meacutetodos 144 415 Resultados y discusioacuten 154 416 Conclusiones 163
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de
caso en Mosquera Colombia 165 421 Resumen 165 422 Abstract 165
Contenido XV
423 Introduccioacuten 166 424 Materiales y Meacutetodos 167 425 Resultados y discusioacuten 170 426 Conclusiones 177
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa 179 51 Resumen 179 52 Abstract 180 53 Introduccioacuten 180 54 Materiales y Meacutetodos 181
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema productivo 181 542 Uso de MSEAS en condiciones actuales 182 543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura 183
55 Resultados y discusioacuten 185 551 Escenario de cambio climaacutetico 185 552 Modelacioacuten en DSSAT 186 553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores centrales
seleccionados 190 554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS) 192
56 Conclusiones 199 ANEXOS Capiacutetulo 5 200
Conclusiones generales 203
Recomendaciones 205
Alcance y proyecciones 207
Bibliografiacutea 209
XVI Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de figuras
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor 27
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al
2017 35
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten
agriacutecola con indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor55
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los
tratamientos de los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo
(abajo) SMAF SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P)
SQPCA(P) PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto 78
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto
miacutenimo de indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten 115
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten
estaacutendar desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94 134
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los
iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 136
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 137
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 138
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para
los iacutendices de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto
de indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1 139
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 161
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan
los IS por cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la
sostenibilidad Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tukey Plt 005) n=15 176
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a
experimentos agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de
sostenibilidad en condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP
Inventario del sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de
Contenido XVII
componentes principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules
corresponden a macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El
autor 182
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos
los puntos de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia) 187
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador
rendimiento (Yd) en el escenario actual 188
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3- +
NH4+ - N Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs)
temperatura maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85
Los datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten 189
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP
45 y 85 (2020 - 2100) 190
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay
diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15 198
Contenido XVIII
Lista de tablas
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad
agriacutecola 30
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 32
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado
de Hoogenboom et al 2017 36
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades
agriacutecolas Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 46
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados
en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola 51
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 52
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 53
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola 54
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo 61
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
62
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
63
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos
(Exp) en evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias
significativas (Plt005) 65
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades
(Props) pH (agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD)
densidad aparente (Db) conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del
indicador de calidad de suelo SQSMAF Fuente adaptado de Andrews et al (2004) 67
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado 68
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de
calidad de suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados 73
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA
para los tres experimentos evaluados 74
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados 75
Contenido XIX
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para
los tres experimentos evaluados 76
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los
tres experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) 76
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de
calidad de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados 77
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los
tres experimentos evaluados 79
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los
tres experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes
aplicados al suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005
= P lt 001 = P lt 0001 80
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados 91
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) 92
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten
terreno ST = Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP =
Cosecha y postcosecha Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado 92
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado
seguacuten su grado de esfuerzo (GE) 95
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende
GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 96
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las
labores de cultivo entre los sistemas evaluados 97
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y
MuiNo Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo
MaxGET = Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo 98
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola
(Fuente de Olde et al 2016b) 102
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de
caso 110
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten
obligatorios (ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt
Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No
redundante y SgDf Significativamente diferente 111
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no
obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ
Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de
presente y futuro AgVr Agregado113
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc)
NoCv = No covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de
XX Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
correlacioacuten obtenido en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis
de covarianza en el componente principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador
correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de covarianza del PCA 114
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten 126
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 128
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 129
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 130
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 131
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 132
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental 133
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del
inventario del sistema productivo 145
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema
productivo La informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento
individualmente 145
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental 149
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social 151
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica 152
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 155
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores 156
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 158
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 159
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados 163
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores 171
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) 173
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada
tratamiento Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey
Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 174
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de
componentes principales (PCA) 175
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y
Garzoacuten (2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio 184
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de
Ordontildeez y Bolivar (2014) 184
Contenido XXI
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ -
Nmin) y nitroacutegeno absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040
2041-2070 y 2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto
al periodo 2016-2040 188
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85
(periodo 2041 - 2070) 192
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada
tratamiento para el escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores
centrales 193
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 195
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario RCP 85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales 197
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario actual 200
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 45 201
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el
escenario RCP 85 202
XXII Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Lista de abreviaturas
Ab Teacutermino Ab Teacutermino Ab Teacutermino
AcTn Aceptacioacuten Inc Terreno inclinado OrC Testigo (control) orgaacutenico
AGG Estabilidad de agregados IRR Tasa interna de retorno ORO Tasa de oportunidad obtenida
AgVr Agregado IS Iacutendice de sostenibilidad PaArPa Rotacioacuten papa-arveja-papa
AP Acidificacioacuten potencial IS-45 Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
45 PaAvAr Rotacioacuten papa-avena-arveja
As Tratamiento Foacutermula de fertilizacioacuten de
Agrosavia IS-85
Iacutendice de sostenibilidad futura para el RCP
85 PaPaAv Rotacioacuten papa-papa-avena
AsSp Tratamiento Fraccionamiento mensual de
As IS-A Iacutendice de sostenibilidad actual PCA Anaacutelisis de componentes principales
AsSp25 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 25 ISP IS por producto de indicadores ponderados PCat
Porcentaje de producto de primera
categoriacutea
AsSp50 Tratamiento AsSp disminuyendo el
fertilizante en un 50 ISS IS por suma ponderada de indicadores PCG Potencial de calentamiento global
BC Relacioacuten beneficio costo ISλ IS por funcioacuten multicriterio Pln Terreno plano
BPP Punto de equilibrio por precio IV Inversioacuten PlnAl Altamente tecnificado en terreno plano
BPQ Punto de equilibrio por cantidad JA Jornales por antildeo por hectaacuterea PlnEs Escasamente tecnificado en terreno plano
CAA Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Almacenamiento de Agua JC Jornales por ciclo por hectaacuterea PlnMd
Medianamente tecnificado en terreno
plano
CDR Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces LC Labores culturales PlnNo No tecnificado en terreno plano
ChC Testigo (control) quiacutemico LCA Anaacutelisis de ciclo de vida PLSR Regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales
CMI Conjunto miacutenimno de indicadores MdAs Medicioacuten asequible PO Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos
CRH Capacidad de retencioacuten de humedad MdEd Medido o estimado PrFu Balance de presente y futuro
CrLc Criterio de correlacioacuten de seleccioacuten de
indicadores Min Terreno muy inclinado PrTz Parametrizado
CS Cobertura del suelo MNM El menor es el mejor RCP Viacutea de concentracioacuten representativa
CSN Propiedad funcional del suelo Capacidad
de Suministro de Nutrientes MuiAl
Altamente tecnificado en terreno muy
inclinado RWU Absorcioacuten de agua por la raiacutez
CuAt Cuantificable MuiEs Escasamente tecnificado en terreno muy
inclinado SgDf Significativamente diferente
DsPt Desarrollo participativo MuiMd Medianamente tecnificado en terreno muy
inclinado MSEAS
Metodologiacutea de evaluacioacuten de la
sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo
DSSAT Sistema de soporte a la decisioacuten para
transferencia de agrotecnologiacutea MuiNo No tecnificado en terreno muy inclinado SockN Stock de N
ELB Indicador de esfuerzo de labor MWT Toxicidad marina S-Pr Relacioacuten suelo-produccioacuten (Uso de la
tierra)
ELB(45) Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de
labor Mx1 Mezcla organo-mineral uno SQ Calidad del suelo
Elto-kg Relacioacuten consumo de elemento por
kilogramo Mx2 Mezcla organo-mineral dos SQI Indicador de calidad del suelo
EP Eutrofizacioacuten Mx3 Mezcla organo-mineral tres SQPCA SQI con PCA
EpIn Especiacuteficamente interpretable MYM El mayor es el mejor SQPLSR SQI con PLSR
EtA Ecotoxicidad acuaacutetica NbAt Criterios no obligatorios alternos de
seleccioacuten de indicadores SQSA SQI aditivo simple
EtT Ecotoxicidad terrestre NbPr Criterios no obligatorios principales de
seleccioacuten de indicadores SQSMAF
SQI Marco de referencia de evaluacioacuten del
manejo del suelo
ExPtRo Experimento papa rotacioacuten NI Ingresos netos SQWP SQI aditivo ponderado
ExPtSp Experimento papa fraccionamiento N-kg Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo
producido StockC Stock de carbono
ExTom Experimento fertilizacioacuten tomate NoRd No redundante TrEs Trasnsparente y estandarizado
FAg Funcioacuten de agregacioacuten NPV Valor presente neto UE Unidad experimental
FC Costos fijos ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VC Costos variables
FWT Toxicidad de agua dulce ObGt Criterios obligatorios de seleccioacuten
indicadores VrRt Variable entre repeticiones
GE Grados de esfuerzo de labor ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad W Ponderador
GI Ingresos brutos ODS Objetivo de Desarrollo sostenible W-kg Cantidad de agua por kilogramo producido
GWP Calentamiento global OIR Tasa de intereacutes de oportunidad Yd Rendimiento
HT Toxicidad humana OLD Agotamiento de la capa de ozono
Introduccioacuten general
Se han desarrollado una serie de propuestas para disminuir el impacto que sobre el ambiente la
sociedad y la economiacutea produce el manejo inadecuado de los cultivos Estas son evaluadas desde
diferentes enfoques pero sin duda el que ha ganado maacutes importancia y se ha ido adoptando en el
mundo es el de la sostenibilidad al incorporar e integrar la perspectiva de las tres dimensiones o
enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1997) que incluye la viabilidad
econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017) Pero la sostenibilidad
agriacutecola no es faacutecilmente medida (Pollesch y Dale 2015) pues ademaacutes de ser multidimensional
se puede realizar a diferentes enfoques geograacuteficos de medicioacuten global (Bernard et al 2014
Kanter et al 2016 Pretty y Bharucha 2014 Repar et al 2016 Rockstroumlm et al 2017 Soussana
2014 Tittonell 2014 Yli-Viikari et al 2012) nacional (de Olde et al 2016 Ghisellini et al
2014 Kucukvar et al 2014 Rinne et al 2013 Roy y Chan 2012) regional (Dantsis et al 2010
Gaudino et al 2014 Gerdessen y Pascucci 2013 Mascarenhas et al 2010 Milder et al 2014
Triste et al 2014 Walraevens et al 2015) y de finca o sistema productivo (Beacutelanger et al 2012
Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 Marchand et al 2014 Peano et al 2014 Ryan et
al 2016 Schader et al 2016 Van Passel y Meul 2012)
Como punto de referencia el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo de tesis es una
combinacioacuten del enfoque de tres pilares de Elkington (1997) y el de desarrollo sostenible de la
WCDE (1987) Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la
economiacutea de un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la
capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades
Para facilitar las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola se han desarrollado una serie de
herramientas como aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos de
evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones cuantitativas
entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola (De Olde et
al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et
al 2014) Estas herramientas estaacuten orientadas a evaluar la sostenibilidad de los sistemas de
produccioacuten tradicionales que ya estaacuten establecidos y en curso comparando por ejemplo sistemas
24 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de produccioacuten orgaacutenica contra convencional (Van Asselt et al 2014) o con riego contra sin riego
(Goacutemez-Limon y Riesgo 2009) No obstante el problema que se identifica y del cuaacutel parte este
trabajo de tesis es que la literatura no reporta instrumentos orientados a definir cuaacutel de las
alternativas meacutetodos o teacutecnicas de produccioacuten agriacutecola evaluadas mediante experimentacioacuten
cientiacutefica es la maacutes sostenible en el corto mediano yo largo plazo Dentro de este aspecto se
considera ademaacutes que las praacutecticas agriacutecolas de manejo del suelo (fertilizacioacuten labranza y riego)
generan impacto directo sobre los recursos suelo agua y atmoacutesfera por lo que variaciones en el
meacutetodo de produccioacuten modificaraacuten el estado del ecosistema A partir de este hecho surgen dos
preguntas 1) iquestCoacutemo evaluar el impacto de estas variaciones sobre el sistema de produccioacuten y 2)
iquestQueacute hacer si el impacto es negativo Para resolver la segunda pregunta es necesario resolver la
primera En ese sentido las evaluaciones de sostenibilidad basadas en indicadores como una
integracioacuten multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son el mecanismo maacutes
eficaz para determinar si un meacutetodo alternativa o tendencia de manejo del suelo es viable
ambiental econoacutemica y socialmente Algunos de los indicadores que se utilizan estaacuten asociados
con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Por su complejidad no es sencillo
definir cuales indicadores son los que mejor representan el sistema de produccioacuten agriacutecola Debido
a esto pueden evaluarse propiedades fiacutesicas quiacutemicas o bioloacutegicas del suelo asumiendo
generalmente que estas serviraacuten de indicadores aun cuando no variacuteen con el uso o evaluar
indicadores que se ajustan maacutes a otro tipo de servicios ecosisteacutemicos Esto sugiere que es
necesario construir un instrumento basado en indicadores que permita evaluar la sostenibilidad
agriacutecola en la fase de investigacioacuten aplicada al manejo del suelo
En concordancia con lo anterior Deytieux et al (2016) sugieren que las evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola deberiacutean realizarse no solo para sistemas tradicionales de produccioacuten sino
para nuevas alternativas de cultivo desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
identificando de esta forma las praacutecticas de cultivo maacutes sostenibles para ser compartidas con los
agricultores y tomadores de decisioacuten en el territorio
Cabe aclarar que la investigacioacuten aplicada hace referencia a aquellos estudios cientiacuteficos
orientados a resolver problemas de la vida cotidiana o a controlar situaciones praacutecticas (Vargas
2009) y cuyos resultados se podriacutean utilizar directamente en un contexto comercial Una de las
subdivisiones de la investigacioacuten aplicada es la experimental (Vargas 2009) la cuaacutel requiere que
las parcelas o unidades experimentales (UE) sean lo maacutes homogeacuteneas posible con el fin de reducir
25 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
el error De esta forma se asegura que la principal fuente de variacioacuten son los tratamientos
evaluados (Goacutemez 1997 Wayne 2002 y Martiacutenez et al 2011)
El principal objetivo de la investigacioacuten aplicada al manejo del suelo en agricultura es encontrar el
tratamiento que genere el mayor rendimiento del producto cosechado Ese tratamiento es aquel que
estadiacutesticamente presenta diferencias significativas y cuya media es mayor a los demaacutes
tratamientos evaluados Recomendar un tratamiento especiacutefico basado uacutenicamente en la evaluacioacuten
estadiacutestica podriacutea conducir a errores en su implementacioacuten comercial pues muchas veces el
oacuteptimo teacutecnico no corresponde con el oacuteptimo econoacutemico (Lanfranco y Helguera 2006) y estos a
su vez no estaacuten en equilibrio con el oacuteptimo ambiental y social Dado que el objetivo de la
investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten en campo calificar un tratamiento de manejo
del suelo como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de un estudio de sostenibilidad agriacutecola en
concordancia con lo expuesto por Deytieux et al (2016)
A pesar de que en la literatura se encuentran trabajos cientiacuteficos cuyo objetivo es sugerir el
correcto manejo del suelo y recomendar el o los mejores tratamientos para su aplicacioacuten en campo
estas recomendaciones se basan en los resultados teacutecnicos de los experimentos no se hacen sobre
la base de la sostenibilidad de los tratamientos evaluados y aunque en muchos de estos trabajos se
realizan evaluaciones de variables de rendimiento de impacto ambiental o de rentabilidad no
consideran la interaccioacuten entre las dimensiones ambiental social y econoacutemica como un todo (p ej
Gu et al 2018 Hosiny et al 2017 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018
Wang et al 2018) Esto puede deberse a varias razones 1) la sostenibilidad no es una
caracteriacutestica uacutenica que pueda ser faacutecilmente medida ya que es multidimensional puede evaluarse a
diferentes enfoques geograacuteficos (Pollesch y Dale 2015) 2) no existe una herramienta de
evaluacioacuten de la sostenibilidad a escala experimental que se pueda utilizar especiacuteficamente en
estudios de investigacioacuten aplicada donde los sistemas son las unidades experimentales (a las
cuales se les aplican los tratamientos) y 3) la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los sistemas
(tratamientos) presumiriacutea la realizacioacuten de encuestas y la medicioacuten de variables adicionales a las ya
medidas en cuyo caso se requeririacutea un mayor uso de recursos (experticia tiempo y dinero)
Todo lo anterior evidencia que es necesario contar con una herramienta que permita evaluar la
sostenibilidad agriacutecola en experimentos relacionados con el manejo del suelo Esto seriacutea posible
debido a que 1) Muchas de las variables que alimentariacutean los indicadores provendriacutean de la misma
investigacioacuten 2) Gracias a la homogeneidad y tamantildeo de las unidades experimentales la medicioacuten
26 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de la sostenibilidad a escala experimental podriacutea hacerse con indicadores que se enfoquen
principalmente en la(s) fuente(s) de variacioacuten evaluada(s) es decir en los tratamientos contrario a
los estudios de sostenibilidad a un enfoque geograacutefico mayor los cuales requieren una gran
cantidad de observaciones debido a la heterogeneidad de la fuente de informacioacuten (p ej Dantsis
et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010) 3) La secuencia de evaluacioacuten
establecida para otras escalas geograacuteficas de medicioacuten principalmente de finca podriacutea adaptarse a
la escala de parcela o unidad experimental 4) Los indicadores de la dimensioacuten social no tendriacutean
que abordar poliacuteticas gubernamentales diferenciales (que se apliquen dependiendo de la regioacuten o
estado) ya que estas tendriacutean la misma influencia sobre todas las unidades experimentales en
evaluacioacuten 5) Existen diferentes herramientas informaacuteticas que permiten por medio de
modelacioacuten calcular ciertos indicadores que complementan las mediciones en campo 6) La
evaluacioacuten estadiacutestica que se hace de rutina no seraacute el paraacutemetro central para la toma de decisiones
eacuteste serviraacute como herramienta para decidir cuales indicadores se incluiraacuten en el anaacutelisis de
sostenibilidad a traveacutes de la definicioacuten de diferencias significativas entre tratamientos 7) Aunque
el objetivo del desarrollo y la agricultura sostenible son claros la medicioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola es compleja
El objetivo general del presente trabajo fue construir una herramienta para evaluacioacuten de
sostenibilidad agriacutecola a escala experimental que calcule mediante iacutendices cuantitativos el nivel
de sostenibilidad actual y futura de los tratamientos evaluados en experimentos asociados al
manejo del suelo
Para el logro del objetivo general se plantearon los siguientes objetivos especiacuteficos
Objetivo 1 Construir una metodologiacutea para evaluar la sostenibilidad agriacutecola a escala
unidad experimental donde los sistemas productivos a comparar son los tratamientos
Objetivo 2 Evaluar la metodologiacutea midiendo la sostenibilidad agriacutecola actual en
experimentos de manejo del suelo en los cultivos de papa y tomate
Objetivo 3 Evaluar la sostenibilidad futura en experimentos de manejo del suelo en papa
mediante la interaccioacuten tratamiento ndash escenario de cambio climaacutetico
El trabajo expuesto en este documento se esquematiza en la Figura 0-1
27 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 0-1 Trabajo de tesis esquematizado Fuente El autor
28 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1 Marco teoacuterico
11 Sostenibilidad agriacutecola
Como se expuso en el apartado anterior el concepto de sostenibilidad que se aplica a este trabajo
de tesis es Sostenibilidad es mantener el equilibro entre el ambiente la sociedad y la economiacutea de
un sistema con el fin de satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de
las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades (Elkington1997 y WCDE 1987)
La mayoriacutea de las definiciones de desarrollo y agricultura sostenible contemplan tres dimensiones
(De Luca et al 2017) la ambiental la social y la econoacutemica que Huumlnnemeyer et al (1997)
definen de la siguiente forma
bull Sostenibilidad ambiental (ecoloacutegica) los ecosistemas mantienen a traveacutes del tiempo las
caracteriacutesticas fundamentales para su supervivencia en cuanto a componentes e
interacciones
bull Sostenibilidad social la forma de manejo y la organizacioacuten social permiten un grado
aceptable de satisfaccioacuten de las necesidades de la poblacioacuten involucrada
bull Sostenibilidad econoacutemica el sistema bajo uso produce una rentabilidad razonable y
estable o que hace atractivo continuar con dicho manejo a traveacutes del tiempo
El estudio de la sostenibilidad agriacutecola al igual que en otros componentes de desarrollo humano
involucra las dimensiones ambiental social y econoacutemica El informe de la Comisioacuten Mundial para
el Desarrollo y el Ambiente (WCED 1987) dejoacute en evidencia que la agricultura tiene impacto
sobre estas tres dimensiones y a su vez estas tienen impacto sobre la agricultura (Tilman et al
2002) Esto es maacutes evidente en paiacuteses en desarrollo donde esta actividad es el principal medio de
subsistencia (Rao y Rogers 2006) La agricultura no solo impacta el ambiente sino que se ve
afectada directamente por sus cambios (Tilman et al 2002) A partir del informe de la WCED
comenzaron a desarrollarse conceptos como el de agricultura sostenible que es aquella que
satisface la necesidad de alimentos de las presentes y futuras generaciones obteniendo un equilibrio
entre la integridad ambiental y la equidad econoacutemica y social (FAO 2013) Estos conceptos y
29 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
desarrollos fueron la base para que en el 2015 las Naciones Unidas incluyeran a la agricultura
dentro de los 17 objetivos de desarrollo sostenible (ODS)
El reto de la evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es que requiere el equilibrio entre la
credibilidad cientiacutefica la relevancia praacutectica y la legitimacioacuten del proceso en muacuteltiples escenarios
pues incluye un enfoque socioeconoacutemico y cientiacutefico y no solo de gestioacuten de recursos naturales
(Joice 2003) La sostenibilidad agriacutecola cuenta con un considerable nuacutemero de instrumentos de
medicioacuten principalmente a escala finca (De Olde et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014
Paracchini et al 2015 Peano et al 2014 Schindler et al 2015) Estos concuerdan en la forma y
secuencia de evaluacioacuten asiacute 1) Seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad 2) Medicioacuten de
variables e indicadores esta medicioacuten se realiza de acuerdo con la naturaleza de cada indicador y
dimensioacuten 3) Normalizacioacuten de datos 4) Ponderacioacuten y agregacioacuten de indicadores y 5)
Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad
12 Herramientas de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola basadas en indicadores
Cuando se realiza un anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola es necesario definir los indicadores y la
teacutecnica o instrumento que los agregaraacute en iacutendices En ese sentido se han desarrollado un conjunto
de herramientas basadas en indicadores que permiten la evaluacioacuten de la sostenibilidad de los
sistemas agriacutecolas (De Olde et al 2016a Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Paracchini et al 2015
Peano et al 2014 Schindler et al 2015) En la Tabla 1-1 se describen algunas de esas
herramientas seleccionadas de acuerdo con los siguientes criterios 1) Que esteacuten orientadas a
evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola a escala finca 2) Que la evaluacioacuten de la
sostenibilidad se base en indicadores 3) Que las herramientas se hayan difundido a traveacutes de
publicaciones en revistas cientiacuteficas indexadas (evaluadas por pares acadeacutemicos) 4) Que incluyan
indicadores para cada una de las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y
econoacutemica)
Las herramientas expuestas en Tabla 1-1 sirvieron como insumo y punto de partida para la
construccioacuten de MSEAS
30 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-1 Herramientas basadas en indicadores utilizadas para hacer evaluacioacuten de sostenibilidad agriacutecola Herramienta Descripcioacuten Indicadores de Suelo sugeridos Referencia
CIAS
Composite
Indicator of Agriculture
Sustainability
Metodologiacutea cuantitativa que mediante ecuaciones estima cuantitativamente la
sostenibilidad de los sistemas y agrupa cierto nuacutemero de indicadores en un indicador
compuesto valieacutendose de teacutecnicas como el anaacutelisis de componentes principales (PCA) el proceso jeraacuterquico analiacutetico (PJA) y el anaacutelisis de decisioacuten multi criterio
(ADMC) Incluye 1) desarrollo de un marco teoacuterico 2) seleccioacuten de indicadores
base 3) anaacutelisis multivariado 4) imputacioacuten de datos faltantes 5) normalizacioacuten 6) ponderacioacuten y agregacioacuten (PCA PJA o TDMC) 7) anaacutelisis de robustez y
sensibilidad 8) enlaces de indicadores compuestos con otras variables 9) retorno a
los datos reales y 10) siacutentesis
NPKbal CS
Goacutemez-
Limoacuten y Riesgo
2009
CIMSOF
Composite
Indicator
Measuring Farm Sustainability
Metodologiacutea que asigna una puntuacioacuten y clasifica individualmente el desempentildeo de
la sostenibilidad agriacutecola a traveacutes de un indicador compuesto Primero usa anaacutelisis de
componentes principales policoacutericos no negativos para reducir el nuacutemero de
indicadores eliminar su correlacioacuten y transformar las variables categoacutericas en continuas Posteriormente aplica un anaacutelisis envolvente de datos de peso comuacuten a
estos componentes principales para asignar una puntuacioacuten individual a cada sistema
evaluado Seguacuten los autores este meacutetodo resuelve el tema de las ponderaciones de forma endoacutegena permitiendo al mismo tiempo identificar caracteriacutesticas
importantes en la evaluacioacuten de la sostenibilidad
Libre eleccioacuten Dong et
al2015
IDEA
Agricultural
holdings
sustainability indicator
Incluye 10 temas divididos en 42 subtemas Se sustenta en estrevistas a fincas Para
cada indicador se obtiene una cantidad de puntos Se define un valor maacuteximo para
cada subtema y tema con el fin de limitar la posibilidad de compensar los puntajes bajos (de Olde et al 2016b)
MOS NPKbal Zahm et
al 2008
LCSA
Life Cycle
Sustainable Assessment
Es una combinacioacuten de tres metodologiacuteas de ciclo de vida (LC) que evaluacutean cada una
de las dimensiones de la sostenibilidad ambiental (LCA - anaacutelisis de ciclo de vida)
econoacutemica (LCC - costo del ciclo de vida) y social (sLCA ndash anaacutelisis del ciclo de vida
social) LCSA = LCA + LCC + sLCA Se utilizan herramientas como el anaacutelisis de
decisioacuten multi criterio (ADMC) para agregar el resultado final de los LC
EtT EP EtA PCG AP CS De Luca et
al 2018
PG Public Goods
Tool
Evaluacutea el sistema de produccioacuten agriacutecola a traveacutes de una serie de factores Cubre 11
temas con 33 subtemas Los puntajes de los subtemas se calculan utilizando varios
indicadores calificados entre 1 y 5 Los puntajes se derivan a traveacutes de una entrevista a la finca e incluyen algunas comparaciones con los promedios regionales (de Olde et
al 2016b)
Manejo del suelo Incluye
indicadores a libre eleccioacuten
Gerrard et
al 2012
PESAS
Protocol for Evaluating the
Sustainability of
Agri-Food Production
Systems
Evalua la sostenibilidad a partir de la cuantificacioacuten de indicadores base seleccionados de una lista cruda de indicadores Luego de la seleccioacuten se establecen
liacutemites de sostenibilidad para estos indicadores (parametrizacioacuten) Posteriormente se
determina su impacto en la evaluacioacuten de sostenibilidad La ponderacioacuten de los indicadores es definida por los tomadores de decisioacuten Se pueden determinar tambieacuten
los grados de compensacioacuten entre indicadores y dimensiones
NO3 PCG AP Elto-kg S-Pr van Asselt
et al 2014
RISE
Response-Inducing
Sustainability
Evaluation 20
Utiliza doce indicadores de sostenibilidad Estos se calculan a partir de 68 variables
elegidas para estimar la influencia del agruicultor en ciertas actividades La unidad
de sistema es la finca Para evaluar la sostenibilidad utiliza dos paraacutemetros de estado y de fuerza motriz ambos variacutean de 0 (mejor) a 100 (peor) (Gerrard et al
2012)
MOS pH CE TE No-Nm Bi
Cn CRH NPKbal CS
Haumlni et al
2003
SAFA
Sustainability Assessment of
Food and
Agriculture systems
Se aplica a diferentes escalas de evaluacioacuten (desde finca a global) dirigida a todos
los actores desde agricultor hasta gobiernos Utiliza diferentes niveles de recopilacioacuten de datos dependiendo de la calidad requerida Incluye 21 temas 58
subtemas y 116 indicadores El puntaje de cada indicador se evaluacutea en una escala de
1 a 5 Las puntuaciones de los indicadores se agregan al subtema y estos al tema SAFA establece diferencias en la ponderacioacuten dependiendo del rendimiento las
praacutecticas de manejo y el objetivo de la actividad (de Olde et al 2016b)
Calidad quiacutemica del suelo
MOS pH CE No-Nm Pd Bi CIC
Estructura fiacutesica del suelo Cn Calidad bioloacutegica del suelo
Abundancia de organismos
actividad de microorganismos y presencia de sustancias
metaboacutelicas
FAO 2013
SMART
Sustainability Monitoring and
Assessment
Routine
Sistematiza las directrices de SAFA modelando el rendimiento de una finca con
respecto a los 58 subtemas Para cada uno se define un objetivo globalmente Para
cada objetivo hay indicadores que combinados permiten una evaluacioacuten del nivel de
logro del objetivo que se expresa en una escala del 0 al 100 0 indica que todas las actividades agriacutecolas aplicables contrarrestan el logro del objetivo 100
representa indica que la meta de sostenibilidad se ha logrado completamente En
total la herramienta se basa en 327 indicadores para los 58 subtemas
Schader et
al 2016
31 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
13 Escenario climaacutetico futuro en Colombia
Los estudios de cambio climaacutetico se construyen a partir de las proyecciones de clima futuro
proporcionadas por los muchos modelos climaacuteticos existentes La seleccioacuten de los modelos no es
sencilla y por lo general se realiza a partir del rango completo de cambios en las variables
climaacuteticas seguacuten lo proyectado por el conjunto total de modelos climaacuteticos disponibles Tambien
puede basarse en la habilidad de los modelos climaacuteticos para simular el clima pasado o en la
combinacioacuten de ambos (Lutz et al 2016)
En Colombia se han presentado aumentos de temperatura media en superficie de entre 04 y 1degC
durante el periodo 1901 a 2012 mientras que para la precipitacioacuten no se observan cambios
significativos para el mismo periodo Sin embargo al considerar el periodo 1951-2010 se aprecian
incrementos en el norte y centro del paiacutes del orden de 10 y 50 (IDEAM et al 2015) Se estima
que en Cundinamarca en el periodo 2011-2040 aumente la temperatura en 13 degC y que para el
2100 esta se incrementaraacute en 35degC mientras que la precipitacioacuten se incrementaraacute en 847 en el
periodo 2011-2040 y para el 2100 el incremento seraacute del 914 (IDEAM et al 2015)
14 Suelo y variabilidad climaacutetica
Con respecto al suelo la situacioacuten es maacutes compleja ya que no existen modelos que permitan
predecir con suficiente certeza todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas que interactuacutean
en el sistema suelo-planta Los mayores avances se han presentado con carbono y nitroacutegeno
(Parton et al 1994 Godwin y Sing 1998) seguido de foacutesforo (Dzotsi et al 2010) El uso de los
pocos modelos de suelo que existen no es sencillo pues al igual que con el clima es
recomendable conocer como ha sido el comportamiento de las propiedades en el pasado (ge 10
antildeos) para predecir con mayor certidumbre lo que sucederaacute en el futuro (p ej Zhang et al 2016 y
Yang et al2013) Las mediciones de las propiedades del suelo de una forma permanente y a
intervalos en tiempo y espacio similares no han sido tan comunes como las mediciones de
variables climaacuteticas Cada vez maacutes estaciones son instaladas y maacutes herramientas son construidas
para medir o estimar estas variables en todas las regiones del mundo (p ej NASA POWER -
Stackhouse y Kusterer 2019) Esta situacioacuten ha obligado a realizar modelacioacuten de cultivos
asumiendo que muchas de las propiedades del suelo permaneceraacuten constantes a lo largo del
tiempo
32 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es posible saber que hacer en el presente con respecto al manejo del suelo pero este conocimiento
podriacutea no aplicar en un ambiente de variabilidad climaacutetica (Brouder y Volenec 2008) El clima
tiene una fuerte influencia en la estructura propiedades quiacutemicas y biota del suelo (Ortiacutez 2012
Altieri y Nicholls 2008) Un aumento en el reacutegimen de lluvias promueve una mayor lixiviacioacuten de
nutrientes y afecta la nutricioacuten de los cultivos en el corto plazo por hipoxia de las raiacuteces y en el
largo plazo por aumento de la erosioacuten del suelo (St Clair y Lynch 2010) El aumento de las
precipitaciones tambieacuten puede causar erosiones en las laderas montantildeosas (Ortiacutez 2012) Una
disminucioacuten de las precipitaciones reduce la absorcioacuten de nutrientes (Blum 2005) la fijacioacuten
bioloacutegica de nitroacutegeno y podriacutea interrumpir el ciclo de algunos elementos esenciales (St Clair y
Lynch 2010) Las altas temperaturas y la disminucioacuten de las lluvias podriacutean alterar los ritmos de
crecimiento de las raiacuteces pues estas disminuyen considerablemente en los suelos secos reduciendo
la cobertura del suelo y hacieacutendolo maacutes vulnerable a la erosioacuten eoacutelica (Altieri y Nicholls 2008) El
incremento en la temperatura podriacutea reducir la fertilidad del suelo debido al aumento de la
descomposicioacuten de su materia orgaacutenica (St Clair y Lynch 2010) (Tabla 1-2)
Tabla 1-2 Efectos potenciales de variabilidad y cambio climaacutetico con procesos fiacutesicos quiacutemicos y
bioloacutegicos del suelo e interacciones con estreacutes quiacutemico Fuente St Clair y Lynch 2010 Proceso Variables de cambio global Interaccioacuten con estreacutes mineral
Erosioacuten Precipitacioacuten fuerte sequiacutea Peacuterdida general de nutrientes del suelo CO2 y
fertilizante
Traspiracioacuten conducida por
flujo de masas Sequiacutea temperatura HR CO2
Peacuterdida o inmovilizacioacuten de NO3 SO4 Ca
Mg y Si
Crecimiento y arquitectura
de la raiacutez Sequiacutea temperatura del suelo CO2 Todos los nutrientes especialmente P y K
Micorrizas CO2 P Zn N
Microorganismos del suelo
(Ciclo del N) Sequiacutea temperatura del suelo N
Fijacioacuten bioloacutegica de N Sequiacutea temperatura del suelo N
Estatus redox del suelo Inundacioacuten Mn Fe Al y B
Lixiviacioacuten Precipitacioacuten fuerte NO3 SO4 Ca Mg
Fenologiacutea de la planta Temperatura P N K
Estatus del carbono orgaacutenico
del suelo
Humedad y temperatura del suelo
CO2 Todos los nutrientes
Salinizacioacuten Precipitacioacuten temperatura Na K Ca Mg
Debido a que el manejo adecuado del suelo es de suma importancia en la mitigacioacuten de las
emisiones de Gases Efecto Invernadero (GEI) (Galford et al 2010) los estudios se han enfocado
en dos componentes 1) la dinaacutemica (ciclo) del carbono emisiones de CO2 y estrategias de
mitigacioacuten de esas emisiones (secuestro de C) (Bailey et al 2018 Davidson y Janssens 2006
33 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Kutiacutelek 2011 Lal 2009 Ogle et al 2005 Schimel et al 2007 Smith 2012) y 2) mineralizacioacuten
de N lixiviacioacuten de N-NO3- y emisiones de N-NOx (Rennenberg et al 2009)
15 Aplicacioacuten de los modelos de simulacioacuten en
agricultura
En teacuterminos agriacutecolas conocer el comportamiento de un sistema de produccioacuten en 30 50 o 100
antildeos no es sencillo debido a las muacuteltiples variables de suelo y clima que interactuacutean
constantemente y cuya modificacioacuten genera variaciones en la fisiologiacutea de la planta Se han
desarrollado un nuacutemero importante de instrumentos para simular condiciones cambiantes del
ambiente y estimar como esos cambios modifican aspectos vegetativos y productivos de las plantas
cultivadas (IICA 2015) Sistemas de soporte a la decisioacuten basados en modelacioacuten de cultivos
como DSSAT (Hoogenboom et al 2017) AquaCrop (FAO 2017) APSIM (Keating et al 2003)
o EPIC (EPIC Development team 2017) entre otros fueron construiacutedos para responder a la
pregunta iquestqueacute tal siacute Con estos modelos se puede simular distintas condiciones agroclimaacuteticas y
estimar el comportamiento de la planta en esas nuevas condiciones Se construyen articulando los
componentes de suelo (movimiento de agua y nutrientes) planta (fotosiacutentesis desarrollo
fenoloacutegico y densidad de longitud radicular) y atmoacutesfera (evapotranspiracioacuten) (Hoogenboom et al
2017)
Los modelos agroclimaacuteticos se utilizan principalmente para predecir el rendimiento potencial de un
cultivar Este potencial estaacute ligado a la radiacioacuten solar temperatura y concentracioacuten de dioacutexido de
carbono atmosfeacuterico Al mismo tiempo esta asociado a los rasgos geneacuteticos que rigen la duracioacuten
del periacuteodo de crecimiento de la planta la interceptacioacuten de luz la conversioacuten a biomasa y la
divisioacuten (particioacuten) de esa biomasa en sus oacuterganos cosechables (Grassini et al 2015) Otros usos
son comunes estimar estrategias de rotacioacuten estudiar la dinaacutemica de la concentracioacuten de un
nutriente o la materia orgaacutenica del suelo elaborar planes de irrigacioacuten planificar las cosechas o
seleccionar el cultivar (Jones et al 2003 Rojas 2011) Tambieacuten se han planteado modelos para
para estimar los posibles impactos del cambio climaacutetico yo de la variabilidad climaacutetica regional
(Rojas 2011)
34 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
151 Sistemas de soporte a la decisioacuten
Los sistemas de soporte a la toma de decisiones (SSD) son paquetes de software que integran los
modelos agroclimaacuteticos procesamiento numeacuterico e informacioacuten cualitativa cuyo principal
objetivo es estimar el rendimiento potencial de varias alternativas de cultivo para llegar a una
decisioacuten basada en el resultado estimado que produciraacute cada una de dichas alternativas
(Hoogenboom et al 2017 Jones et al 2003 Liu et al 2011 Timsina et al 2008)
El SSD sirve como soporte a los usuarios pues les permite ingresar datos de siembra variedades
fertilizantes riego condiciones de suelo clima entre otros y les dan la posibilidad de analizar la
mejor eleccioacuten en funcioacuten de la informacioacuten disponible de forma faacutecil y eficiente y asiacute tomar las
decisiones con base en los objetivos que pretenden cumplir por ejemplo reducir costos aumentar
productividad disminuir impactos negativos al medio ambiente entre otros Es asiacute como un SSD
basado en un conjunto de modelos para simular el crecimiento de cultivos ayuda a mejorar la
eficiencia de un sistema productivo (De la Rosa et al 2004 Shahbazi y Jafarzadeh 2010)
Las posibles decisiones son muy sensibles a la variacioacuten de las condiciones edafoclimaacuteticas pues
depende de todos los factores que podriacutean ser significativos (Jones 2003) Los SSD han sido
usados de manera exitosa para evaluar el impacto del cambio climaacutetico y al mismo tiempo se han
empleado para disentildear estrategias de adaptacioacuten a este fenoacutemeno (Tan y Shibasaki 2003)
La informacioacuten inicial con que se debe contar la estructura y la informacioacuten de salida del SSD
variacutea de acuerdo con las necesidades para las cuales haya sido disentildeado el tipo de cultivo la zona
geograacutefica y la precisioacuten y nivel de desarrollo deseados (Rojas 2011) Existe una gran cantidad de
literatura relacionada con los SSD en diferentes partes del mundo Se describiraacute brevemente los
principios del sistema de apoyo a la toma de decisiones de transferencia agrotecnologica DSSAT
152 Sistema de Soporte de Decisiones para la Transferencia Agrotecnoloacutegica
(DSSAT)
El software DSSAT (por sus siglas en ingleacutes Decision Support System for Agrotechnology
Transfer) incorpora moacutedulos para diferentes cultivos en un software que facilita la evaluacioacuten y la
aplicacioacuten de modelos de cultivos para diferentes propoacutesitos (Jones 2003) DSSAT permite
35 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
simular 44 cultivos diferentes que facilitan la creacioacuten y el manejo de diversos experimentos
permitiendo manipular por ejemplo suelos y clima (Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011) La
base de DSSAT es un disentildeo de estructura modular con las siguientes secciones 1) suelo2)
archivos de entrada para simular diferentes cultivos 3) manejo de datos de clima y tiempo entre
otras Permite disentildear experimentos combinando cambiando y ajustando variables ante diferentes
escenarios climatoloacutegicos o construir diferentes escenarios de uso de fertilizantes y manejo del
riego (Jones 2003 Rojas 2011) (Figura 1-1)
Figura 1-1 Esquema del modelo de sistema de cultivo DSSAT Fuente Hoogenboom et al 2017
Los modelos para los diferentes cultivos dentro de DSSAT pueden simular resultados a medida
que se incrementa el nivel de complejidad En el nivel maacutes bajo el rendimiento del cultivo
depende solamente de la cantidad de radiacioacuten la temperatura y el potencial geneacutetico siendo esta
una simulacioacuten del rendimiento potencial donde el agua y los nutrientes del suelo o fertilizantes no
son limitantes para el desarrollo del cultivo Aumentando la complejidad el desarrollo del cultivo
puede verse limitado por la disponibilidad hiacutedrica pero no por los nutrientes acercaacutendose maacutes a un
36 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
rendimiento real En un tercer nivel se incluye la disponibilidad de nitroacutegeno como una posible
limitacioacuten mientras que en un cuarto nivel de complejidad la disponibilidad de foacutesforo va a ser
determinante del rendimiento final Aumentar el nivel de complejidad de la simulacioacuten implica
aumentar el volumen y la precisioacuten de datos de entrada pero amplia el horizonte de investigacioacuten
comparando el rendimiento del cultivo con cada uno de los factores que lo determinan
(Hoogenboom et al 2012 Rojas 2011)
Los conjuntos miacutenimos de datos requeridos por el modelo se exponen en la Tabla 1-3
(Hoogenboom et al 2017)
Tabla 1-3 Informacioacuten solicitada para hacer modelacioacuten y simulaciones con DSSAT Adaptado de
Hoogenboom et al 2017
Moacutedulo
Clima Suelo Cultivo
Variable Unidad Variable Unidad Variable Unidad
Est Meteoroloacutegica (Latitud) Clasificacioacuten USDA 2014 Siembra mmddaa
Est Meteoroloacutegica (Longitud) Pendiente Muestreo suelos mmddaa
Radiacioacuten MJ m-2 diacutea-1 Color Munsell Densidad siembra plantas m-
2
Temperatura maacutexima 0C
Espesor Hznte m Esp Entre surcos m
Temperatura maacutexima Arena
Prof Siembra m
Precipitacioacuten total diaacuteria mm Limo Cultivar
Observaciones Tambieacuten se puede incluir
temperaturas de bulbo seco y huacutemedo y velocidad del
viento para simular la evapotranspiracioacuten La duracioacuten de los registros meteoroloacutegicos debe como miacutenimo
cubrir la duracioacuten del experimento y preferiblemente comenzar unas semanas antes de la siembra y
continuar unas pocas semanas despueacutes de la cosecha
Arcilla Observaciones Tambieacuten se solicita
informacioacuten sobre el riego y las
praacutecticas de fertilizacioacuten
D Aparente g cm-3
C Orgaacutenico
pH Experimento
Saturacioacuten Al El componente experimental incluye datos de crecimiento del cultivo y la
dinaacutemica del agua y la fertilidad del
suelo
Observaciones Tambieacuten se pide
informacioacuten sobre abundancia de
raiacuteces
37 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
16 Indicadores asociados a propiedades procesos y
manejo del suelo utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Revisioacuten
161 Resumen
Las evaluaciones de sostenibilidad son el mecanismo maacutes adecuado para determinar si un meacutetodo
alternativa o tendencia de produccioacuten de cultivos es viable ambiental econoacutemica y socialmente
Estas se realizan por medio de herramientas basadas en indicadores algunos asociados con las
propiedades composicioacuten procesos y manejo del suelo Para conocer a profundidad el estado del
arte de la investigacioacuten en sostenibilidad agriacutecola con respecto al manejo del suelo se realizoacute esta
revisioacuten en la cuaacutel 1) se da una visioacuten global del efecto de las actividades agriacutecolas asociadas al
manejo del suelo sobre la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten y 2) se hace una descripcioacuten
general de los indicadores asociados al suelo que se han utilizado en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Se han utilizado 28 indicadores agrupados en indicadores inherentes al suelo (16) e
indicadores de procesos relacionados con la relacioacuten suelo-agua (3) relacioacuten suelo-atmoacutesfera (5) y
relacioacuten suelo-planta (4)
Palabras clave Relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-atmoacutesfera relacioacuten suelo-agua indicadores
de suelo seleccioacuten de indicadores
162 Abstract
Sustainability assessments are the most appropriate mechanism to determine if a method
alternative or crop production system is environmentally economically and socially viable These
assessments are carried out through indicators-based tools some associated to soil properties
composition processes and management practices In this review an overview of the soil
management practices effect on the sustainability of agricultural systems is given and a general
description is made of the soil indicators that have been used in agricultural sustainability
assessments A total of 28 indicators are analysed grouping them by soil inherent features (16) and
processes related to soil-water (3) soil-atmosphere (5) and soil-plant (4) systems
38 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Keywords Soil-plant soil-atmosphere and soil-water relationship soil indicators indicators
selection
163 Introduccioacuten
Dentro de la dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad agriacutecola generamente hay indicadores
asociados a propiedades del suelo cuya eleccioacuten depende de la naturaleza y el objetivo del anaacutelisis
que se pretende desarrollar aunque es comuacuten que los indicadores seleccionados promuevan entre
otras cosas que los sistemas evaluados hagan un ldquomanejo sostenible del recurso suelordquo definido
por Toacuteth et al (2007) como ldquoel manejo racional del suelo que no ejerce ninguacuten efecto negativo
irreparable ya sea en el suelo mismo o en cualquier otro sistema del medio ambiente
El uso del suelo en actividades agriacutecolas puede tener los siguientes efectos acumulacioacuten de
sustancias toacutexicas en los productos cosechados contaminacioacuten del agua yo la atmoacutesfera (si la
cantidad de fertilizantes aplicados excede la capacidad de amortiguacioacuten del suelo) erosioacuten (por
agua yo viento) compactacioacuten (por traacutefico de maquinaria y sobre pastoreo) salinizacioacuten (por
riego especialmente en regiones aacuteridas o en suelos con drenaje deficiente) agotamiento de
nutrientes destruccioacuten de la estructura y reduccioacuten en la biodiversidad del suelo lo cual pone en
peligro la produccioacuten agriacutecola y por ende la seguridad alimentaria (Scheffer et al 2016) El uso
sostenible del suelo depende de las condiciones ambientales las caracteriacutesticas del suelo y el uso
de este Estos interactuacutean bajo el principio de sistema donde el cambio de un factor causa la
alteracioacuten de los demaacutes El manejo sostenible del suelo es dinaacutemico y a partir de este hecho se
orientan las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola y se definen los indicadores a evaluar (Toacuteth et
al 2007)
Los objetivos de esta revisioacuten son i) Conocer la relacioacuten que existe entre la sostenibilidad agriacutecola
y las propiedades procesos y manejo del suelo y ii) Identificar los indicadores construidos a partir
de las propiedades del suelo y sus procesos asociados y que han sido utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
39 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
164 Tipos de indicadores de acuerdo con la dimensioacuten
Ambientales La USEPA (1972) definioacute un indicador ambiental como una medida del cambio en
el estado del medio ambiente o en actividades humanas que afectan ese estado preferiblemente en
relacioacuten con un valor estaacutendar un objetivo o una meta La agricultura ambientalmente sostenible
es aquella que mejora la calidad de vida de los agricultores y consumidores y al mismo tiempo
reduce los desechos y los impactos ambientales nocivos de las actividades agriacutecolas (Allahyari et
al 2016) Los indicadores ambientales pueden obtenerse a traveacutes de 1) variables simples medidas
directamente o estimadas 2) de variables agregadas o 3) mediante estimacioacuten a traveacutes de modelos
o funciones (Zhang et al 2018)
Sociales La dimensioacuten social se relaciona con el bienestar de todos los seres humanos
involucrados en la cadena de produccioacuten agriacutecola desde los agricultores hasta los consumidores
Esta dimensioacuten aborda las oportunidades laborales (Allahyari et al 2016 Commission 2001) la
salud humana (Allahyari et al 2016 Benoit et al 2010) y la seguridad alimentaria Esta uacuteltima a
traveacutes de una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible producir maacutes y mejor en una menor
aacuterea de siembra (Rockstroumlm et al 2017) A escala de parcela o unidad experimental los
indicadores de la dimensioacuten social se enfocan en variables asociadas con el manejo agronoacutemico de
los sistemas productivos
Econoacutemicos Se relacionan con el uso eficiente de los recursos econoacutemicos la competitividad y la
viabilidad financiera del sector agriacutecola (Commission 2001) Esta dimensioacuten se evaluacutea para
asegurar que la produccioacuten permita la autosuficiencia o los ingresos miacutenimos necesarios y para que
los agricultores obtengan una relacioacuten costo-beneficio positiva (Allahyari et al 2016)
165 Metodologiacutea
Para obtener la informacioacuten se realizoacute una revisioacuten preliminar en Google Scholar y posteriormente
se consultaron y descargaron las publicaciones de webs cientiacuteficas La buacutesqueda se realizoacute tratando
de ligar los teacuterminos ldquosuelordquo ldquoagriculturardquo y ldquosostenibilidadrdquo A partir de esta buacutesqueda se
identificaron las publicaciones que informaban acerca de los efectos de las praacutecticas agriacutecolas
asociadas al manejo del suelo sobre las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental
econoacutemica y social) Posteriormente la buacutesqueda se centroacute en los indicadores de sostenibilidad
40 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
agriacutecola asociados al manejo del suelo En ese sentido para la seccioacuten de indicadores solo se tuvo
en cuenta publicaciones donde se hizo referencia a la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola es decir que en las evaluaciones se incluyeran las tres dimensiones de la sostenibilidad
no solamente la dimensioacuten ambiental Se establecioacute una escala de tiempo de 20 antildeos hasta hoy
La literatura a la que se hace referencia en esta revisioacuten incluye artiacuteculos cientiacuteficos libros
acadeacutemicos y capiacutetulos de libros actas de conferencias acadeacutemicas e informes puacuteblicos de
reconocidas organizaciones internacionales de investigacioacuten agriacutecola
Se identificaron tres clases generales de publicaciones I) publicaciones que definen la
sostenibilidad agriacutecola y presentan informacioacuten sobre su evaluacioacuten (42 publicaciones) II)
publicaciones que contextualizan la situacioacuten del manejo del suelo en la agricultura (63
publicaciones) y III) publicaciones que evaluacutean en condiciones reales de campo la sostenibilidad
agriacutecola a traveacutes de indicadores (37 publicaciones) Cabe aclarar que hubo publicaciones que
aportaron informacioacuten en maacutes de una clase Se aplicaron los siguientes criterios para su inclusioacuten
en esta revisioacuten
bull Que esteacuten revisadas por pares acadeacutemicos
bull Que esteacuten orientadas a evaluar el desempentildeo de la sostenibilidad agriacutecola es decir que
incluyan y armonicen las dimensiones ambiental social y econoacutemica del sistema (clases I
y III)
bull Que la evaluacioacuten de la sostenibilidad se base en indicadores (clase III)
bull Que incluyan indicadores para las tres dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social
y econoacutemica) (clase III)
En general se incluyeron 128 referencias que describen o sirven para relacionar la sostenibilidad
agriacutecola con el manejo del suelo
166 El suelo y la sostenibilidad agriacutecola
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
41 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
antropogeacutenicas que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Esto hace que cuando se
considera al suelo las evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola sean auacuten maacutes complejas (Keestra
et al 2016)
Una muestra de la importancia de incluir al suelo en las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se
establece en los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) 2 3 6 11 13 14 y 15 en los cuales las
propiedades y funciones del suelo son relevantes en temas como seguridad alimentaria (ODS 2 y
6) inocuidad de alimentos (ODS 3) contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas (ODS 14) desarrollo
urbano (ODS 11) y sostenibilidad de los servicios ecosisteacutemicos terrestres (ODS 15) (Bouma et al
2019 Toacuteth et al 2018)
1661 Praacutecticas agriacutecolas asociadas al manejo del suelo con mayor impacto
en la sostenibilidad
Las principales actividades agriacutecolas asociadas al suelo que influyen directamente sobre la
sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola son la fertilizacioacuten la labranza y el riego Estas
generan impacto sobre el mismo suelo las fuentes hiacutedricas y la atmoacutesfera
Fertilizacioacuten
El uso de fertilizantes en la agricultura ha impulsado un aumento en la produccioacuten por unidad de
superficie y un incremento en el suministro de alimentos (Bruuselma et al 2012) En el mundo el
aacuterea cultivada ha crecido un 12 (Drechsel et al 2015) y el uso mundial de fertilizantes se ha
multiplicado por maacutes de cinco desde el inicio de la revolucioacuten verde (IFA 2018) En el 2015 el
consumo global de nitroacutegeno (N) y foacutesforo (P2O5) como fertilizantes fue de 109 y 41 Tg1
respectivamente (IFA 2018)
Las ventajas que sobre la produccioacuten de alimentos genera la aplicacioacuten de fertilizantes contrastan
con el impacto ambiental negativo (Bojacaacute et al 2014 y Cellura et al 2012) y econoacutemico que
producen en la agricultura lo cual se asocia directamente con la sostenibilidad de los sistemas
agriacutecolas Esto se debe en gran medida a que los efectos de la peacuterdida de la fertilidad del suelo
1 1 Tg = 100000 Mg = 100000 Toneladas
42 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que se traduce en reduccioacuten de la productividad generalmente se compensa con el aumento en la
aplicacioacuten de fertilizantes (Tilman et al 2002)
Existe una notable y preocupante diferencia entre los rendimientos globales de los cultivos y el uso
de fertilizantes nitrogenados tendieacutendose a reducir cada vez maacutes su uso eficiente (Hirel et al
2011 Tilman et al 2002) El uso de este tipo de fertilizantes ha aumentado cerca de siete veces y
el rendimiento de los cultivos se ha reducido 24 veces desde la deacutecada de los 60 (Hirel et al
2011 Spiertz 2009 Tilman et al 2002) El proceso Haber-Boch genera actualmente el 64 del
nitroacutegeno asociado a actividades humanas del cual cerca del 80 se usa en agricultura ya que
solo el 20 de N que se requiere proviene de la fijacioacuten bioloacutegica inducida por la especie
cultivada caso leguminosas (Galloway et al 2008) donde la soya contribuye con la fijacioacuten del
75 del nitroacutegeno (Spiertz 2009)
Con el foacutesforo ocurre algo similar ya que su consumo ha aumentado de seis a siete veces desde
1960 y cerca del 85 de este elemento es destinado a la produccioacuten de fertilizantes (Cordell et al
2009) fabricados a partir de roca fosfoacuterica recurso no renovable de cuyas reservas globales se
estima se agotaraacuten en 50 a 100 antildeos (Therond et al 2017) Debido a la compleja dinaacutemica del
foacutesforo en el suelo tan solo el 15 al 25 es absorbido por la planta Sin embargo este sigue
estando disponible para los cultivos durante largos periacuteodos de tiempo a menudo durante una
deacutecada o maacutes (Fixen et al 2015)
Maacutes del 90 del potasio producido se destina a la fabricacioacuten de fertilizantes potaacutesicos (cloruro
sulfato y nitrato de potasio) (Rawashdeh et al 2016 Rawashdeh y Maxwell 2014) cuyo consumo
ha aumentado de 88 millones de Mg en 1961 a 291 millones en 2008 (Rawashdeh et al 2016) A
diferencia del foacutesforo las reservas de potasio son amplias sin embargo se ha reportado que
grandes aacutereas agriacutecolas del mundo (pe Australia y China) presentan deficiencias de este elemento
(Roumlmheld y Kirkby 2010) Los suelos deficientes en potasio suelen ser arenosos anegados salinos
o aacutecidos (Zoumlrb et al 2014 Roumlmheld y Kirkby 2010) A diferencia del nitroacutegeno o el foacutesforo los
fertilizantes potaacutesicos se aplican en menor cantidad por lo que menos del 50 del K removido por
las plantas se repone (Zoumlrb et al 2014) En general no se reportan problemas ambientales o de
salud por la aplicacioacuten de ninguna de las formas comunes de fertilizantes potaacutesicos a menos que
como cualquier sustancia se utilice en exceso (Prakash y Prakash 2016)
43 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En Colombia hay un amplio uso de fertilizantes Por ejemplo la papa es uno de los cultivos con
mayor consumo de fertilizantes por unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y
Boyacaacute En condiciones comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de
fertilizantes compuestos (Barrera 1998) y seguacuten Fedepapa (2004) el rubro maacutes importante en la
saacutebana de costos es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167) Debido a fenoacutemenos
de fijacioacuten lixiviacioacuten yo volatilizacioacuten estos fertilizantes generalmente tienen una eficiencia
baja de entre 10 y 20 para foacutesforo (P) y entre 30 y 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998) Este tipo de fertilizacioacuten genera un considerable impacto ambiental por la emisioacuten
de gases efecto invernadero (GEI) Se estima que en producciones de baja intensidad la liberacioacuten
anual de N2O es de 8 Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es
maacutes alta que para muchos otros cultivos (Ruser et al 1998)
Labranza
La labranza es una actividad agriacutecola tradicional cuyo objetivo es incrementar la porosidad y la
capacidad de infiltracioacuten del agua en el suelo (de Almeida et al 2018) Las fuerzas mecaacutenicas que
se ejercen durante la labranza hacen que los macro agregados del suelo se alteren al fracturarlos o
compactarlos (Acar et al 2018 Blanco-Canqui y Lal 2004) Muchos de los procesos fiacutesicos
quiacutemicos y bioloacutegicos que tienen lugar en el suelo como la emergencia y crecimiento de las raiacuteces
de las plantas la transferencia de agua y gases la proteccioacuten y dinaacutemica de la materia orgaacutenica
dependen de la organizacioacuten y caracteriacutesticas de sus agregados (Acar et al 2018)
La praacutectica intensiva y a largo plazo de la labranza ha llevado a una degradacioacuten significativa del
suelo en muchos lugares del mundo (Loaiza et al 2018) Esta praacutectica no solo altera la estructura
del suelo sino que ademaacutes influye en la dinaacutemica del carbono orgaacutenico (oxidando la materia
orgaacutenica maacutes raacutepido que su tasa de reposicioacuten) (Loaiza et al 2018 Usman et al 2018 Barto et
al 2010) la actividad microbiana (Lemtiri et al 2018 Lori et al 2017 van Capelle et al 2012)
y las emisiones de gases de efecto invernadero (Stavi y Lal 2013) Ademaacutes de esto debido a la
alteracioacuten que la labranza ejerce sobre la estructura del suelo se ha establecido que esta praacutectica de
cultivo es una de las principales causas de erosioacuten en las aacutereas cultivadas pues acelera la
escorrentiacutea superficial y la peacuterdida del suelo (Wang et al 2018)
44 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La labranza se considera de conservacioacuten si deja suficientes residuos para cubrir el 30 de la
superficie del suelo despueacutes de la siembra Este tipo de labranza al dejar residuos de cultivos tiene
efectos positivos a largo plazo (2 a 5 antildeos) como el aumento en el contenido de materia orgaacutenica
(Goacutemez et al 2016)
Aunque inicialmente se incrementa la capacidad de infiltracioacuten en los sistemas con labranza
convencional su efecto es temporal Con la labranza de conservacioacuten si la cantidad de residuos es
suficiente para cubrir el suelo se espera que el balance hiacutedrico mejore debido a una mayor
capacidad de infiltracioacuten y en menor medida a una menor evaporacioacuten Sin embargo el aumento
inicial en la compactacioacuten del suelo se asocia con la transicioacuten de labranza convencional a la de
conservacioacuten En suelos arcillosos la labranza cero puede agravar la compactacioacuten del suelo y
reducir el rendimiento No obstante tiene menos problemas para adaptarse a suelos de textura
franca o maacutes ligera debido a su menor riesgo de compactacioacuten (Goacutemez et al 2016)
Riego
Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es el agua (Marschner
2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de nutrientes si el agua
es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es fundamental para
producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha convertido en una gran
preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015)
Debido a que las aacutereas cultivadas con riego se han triplicado en los uacuteltimos 50 antildeos (FAO 2011)
el 70 de las extracciones y el 80-90 del consumo mundial de agua dulce se dedican al riego
(Therond et al 2017 Drechsel et al 2015) Mientras que en promedio dos litros de agua son
suficientes para la hidratacioacuten diaria de una persona se necesitan alrededor de 3000 litros
(produccioacuten agriacutecola y agroindustrial) para satisfacer sus necesidades diarias de alimentos
(Drechsel et al 2015) En muchas regiones irrigadas aumentaron fuertemente la escasez de agua y
los problemas de salinizacioacuten (Foley et al 2011 Gomiero et al 2011) La agricultura de regadiacuteo
solo representa el 20 del aacuterea total cultivada pero produce el 40 de los alimentos en el mundo
(FAO 2011)
45 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1662 Efecto negativo de las praacutecticas de manejo del suelo sobre la
sostenibilidad agriacutecola
Degradacioacuten del suelo
La degradacioacuten del suelo se asocia con la disminucioacuten de su calidad lo que en teacuterminos agriacutecolas
implica la disminucioacuten de su capacidad productiva (Usman et al 2018 Lal 2015) Esta
degradacioacuten estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del relieve y del suelo (propiedades fiacutesicas
quiacutemicas y bioloacutegicas) del clima (temperatura y precipitacioacuten) y de las praacutecticas de manejo
(intensivas o de conservacioacuten) Estos factores actuacutean como catalizadores pues dependiendo de sus
caracteriacutesticas e interaccioacuten se presentaraacuten suelos altamente resistentes a la degradacioacuten o muy
vulnerables a esta Este fenoacutemeno es particularmente problemaacutetico en zonas aacuteridas y sub-aacuteridas
donde la evapotranspiracioacuten excede a la precipitacioacuten (Usman et al 2018) El suelo puede
degradarse de forma fiacutesica quiacutemica yo bioloacutegica (Tabla 1-4)
Degradacioacuten fiacutesica Generalmente resulta en la alteracioacuten de la estructura del suelo lo cual genera
compactacioacuten disminucioacuten de la tasa de infiltracioacuten incremento de la escorrentiacutea superficial
erosioacuten eoacutelica e hiacutedrica mayores fluctuaciones de temperatura del suelo y una mayor propensioacuten a
la desertificacioacuten (Lal 2015)
Degradacioacuten quiacutemica Incluye la acidificacioacuten salinizacioacuten agotamiento de nutrientes reduccioacuten
de la capacidad de intercambio catioacutenico incremento de la concentracioacuten de Al o Mn (cuyo exceso
puede causar toxicidad en las plantas) deficiencias de Ca o Mg aumento de la concentracioacuten de
metales pesados y lixiviacioacuten de nutrientes esenciales (Lal 2015)
Degradacioacuten bioloacutegica Esta refleja en el suelo el agotamiento de sus reservas de carbono
orgaacutenico la peacuterdida de biodiversidad y la reduccioacuten de la capacidad de vertedero (Lal 2015) Una
de las consecuencias maacutes graves de la degradacioacuten bioloacutegica del suelo es que este se convierte en
fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (pe CO2 y
CH4) en lugar de sumidero de estos gases (Usman et al 2018)
46 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-4 Descripcioacuten general de los procesos de degradacioacuten del suelo asociados a actividades agriacutecolas
Adaptado de Lal 2015 y Oldeman 1994 Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Peacuterdida
de suelo
Erosioacuten Hiacutedrica y
eoacutelica
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo ya que induce la remocioacuten de su capa superior
donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) Generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo el espesor de la capa arable y la capacidad
de almacenamiento de agua y nutrientes (Scheffer y Schachtschabel 2016) Alrededor del 40 de las
aacutereas cultivadas en el mundo han experimentado alguacuten grado de erosioacuten reduccioacuten de la fertilidad o sobre pastoreo durante las uacuteltimas deacutecadas (Gomiero et al 2011) Se estima que la labranza intensiva
los sistemas de siembra (surcos-calles siembra a lo largo de la pendiente falta de cobertura) y la
exposicioacuten del suelo (suelo desnudo) durante la rotacioacuten de los cultivos son responsables de la peacuterdida de 26 millones de toneladas de suelo por antildeo que es 26 veces mayor que la tasa de peacuterdida natural
(Verhulst et al 2010) Si a esto se adiciona que la tasa de formacioacuten de suelo es menor que la de
erosioacuten en al menos un orden de magnitud (Scheffer y Schachtschabel 2016 Verheijen et al 2009) se
puede inferir que las actividades agriacutecolas que conllevan a la erosioacuten del suelo son las que generan el
mayor impacto ambiental y en consecuencia tienen mayor impacto en la peacuterdida gradual de la
sostenibilidad del sistema
Deterioro
del suelo
Fiacutesicas Alteracioacuten de
la estructura
La estructura del suelo es fundamental para muchos servicios ecosisteacutemicos tales como productividad
(agriacutecola) y control de inundaciones (Farahani et al 2018) Tiene dos caracteriacutesticas importantes forma
o disposicioacuten geomeacutetrica de partiacuteculas y poros del suelo y estabilidad o resistencia a los cambios (Kay 1990) Muchas de las funciones del suelo tal como la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash
aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) se rigen por la estructura del suelo Esta propiedad es tiacutepicamente
maacutes sensible a la modificacioacuten de la estructura que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad Las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su
conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Quiacutemicas Disminucioacuten
gradual de nutrientes
esenciales
Se presenta principalmente por el desbalance entre la absorcioacuten de nutrientes por las plantas y la
aplicacioacuten de nutrientes mediante fertilizacioacuten Cuando las plantas absorben una mayor cantidad de nutrientes que la aportada por los fertilizantes se produce la extraccioacuten de las reservas de nutrientes del
suelo agotaacutendolas gradualmente Este desbalance se incrementa cuando no se hace aplicacioacuten de
materia orgaacutenica yo no se reincorporan los residuos de cosecha (Lal 2015)
Salinizacioacuten La acumulacioacuten de sales particularmente de sodio (Na+) cloro (Cl-) y boro (B) difieren de un lugar a otro y representan un peligro para la agricultura de regadiacuteo sobre todo en regiones aacuteridas y semiaacuteridas
(Farahani et al 2018 Lal 2015 Havlin et al 2014) El grado y naturaleza de los problemas de
salinidad son de origen natural o antropogeacutenico por meteorizacioacuten mineral sales almacenadas salinidad eoacutelica precipitacioacuten e irrigacioacuten con agua salinasoacutedica (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et
al 2018 Farahani et al 2018) La salinizacioacuten del suelo es frecuente en aacutereas con niveles freaacuteticos
altos con un inadecuado manejo del riego yo con drenaje deficiente que estaacuten sometidas a altas tasas de evaporacioacuten y bajas tasas de lixiviacioacuten (Ivushkin et al 2018 Weldeslassie et al 2018 Lal 2015)
El efecto de la salinidad del suelo en los cultivos agriacutecolas es extremadamente negativo pues conduce a
la necrosis de las hojas la alteracioacuten de la fenologiacutea y en uacuteltima instancia a la muerte de las plantas (Ivushkin et al 2018) El Na+ es determinante debido a su efecto toacutexico sobre las plantas y a su
influencia en el deterioro de la estructura del suelo (Weldeslassie et al 2018)
Acidificacioacuten
y
alcalinizacioacuten
La acidez del suelo pude causar toxicidad por aluminio y manganeso deficiencias de calcio foacutesforo y
magnesio y reduccioacuten de la mineralizacioacuten de nitroacutegeno por disminucioacuten de la actividad microbiana
(Havlin et al 2014) Conduce a la reduccioacuten de la disponibilidad de boro zinc molibdeno y cobre (Weldeslassie et al 2018) La alcalinidad altera la fertilidad fiacutesica de los suelos a traveacutes del sellado de
la superficie y la formacioacuten de costras Tambieacuten impacta sobre la fertilidad quiacutemica limitando la
disponibilidad de hierro manganeso zinc foacutesforo y cobre (Weldeslassie et al 2018) La acidificacioacuten es generalmente causada por la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes acidificantes (Lal 2015) pe en
forma de amonio que resultan en la disminucioacuten del pH del suelo despueacutes de que el NH4+ es nitrificado
a NO3- (Weldeslassie et al 2018)
Acumulacioacuten de metales
pesados
Los metales pesados (As Cd Cr Cu Pb Hg Ni y Zn WHO 2018) pueden llegar a contaminar los suelos agriacutecolas Pueden provenir de ciertos fertilizantes y estieacutercoles (Weldeslassie et al 2018) Estos
elementos son retenidos maacutes fuertemente en forma de complejos en las superficies de los
aluminosilicatos de arcilla oacutexidos hidratados y humus Tambieacuten se presentan en solucioacuten como cationes y son adsorbidos en el complejo de cambio (Weldeslassie et al 2018) Se considera que el
suelo es el vertedero definitivo de los metales pesados aunque se sabe relativamente poco sobre la
forma en que estos se ligan a los suelos y su facilidad de liberacioacuten (Weldeslassie et al 2018) La
concentracioacuten de metales pesados en los suelos puede verse influenciada por la variacioacuten en su textura
composicioacuten reacciones de oacutexido-reduccioacuten y de adsorcioacuten-desorcioacuten (Shayler et al 2009)
47 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Categoriacutea Tipo Sub-Tipo Descripcioacuten
Reduccioacuten de
la Capacidad
de Intercambio
Catioacutenico
(CIC)
La CIC determina la disponibilidad de nutrientes como Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+ para las plantas asiacute
como el comportamiento de elementos traza como Cd2+ y Zn2+ (Scheffer et al 2016) Se utiliza como
paraacutemetro en la clasificacioacuten y manejo de suelos y modelos de simulacioacuten agriacutecolaambiental asiacute como indicador de la resiliencia de las contribuciones a los servicios ecosisteacutemicos y de la fertilidad de los
suelos (Khodaverdiloo et al 2018) La CIC estaacute ligada al contenido de materia orgaacutenica la mineralogiacutea
de arcilla y el pH del suelo (Scheffer et al 2016) El humus aporta entre 60 y 300 cmol de carga por kg dependiendo del grado de humificacioacuten En suelos que contienen predominantemente silicatos de
capa 21 en la fraccioacuten de arcilla (illita vermiculita esmectita) esta entre 40-60 cmolc kg-1 mientras
que las fracciones de limo y arena tienen valores mucho maacutes bajos (Scheffer et al 2016) Las labores agriacutecolas no afectan la fraccioacuten arcilla pero si pueden modificar la dinaacutemica de la materia orgaacutenica y el
pH del suelo por ende influyen en su capacidad de intercambio catioacutenico
Bioloacutegicas Disminucioacuten
de carbono
orgaacutenico
Se presenta por la eliminacioacuten de gran parte del material vegetal y la escasa reposicioacuten de la materia
orgaacutenica mediante la incorporacioacuten de este material o la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos (Lal 2015)
Altera la disponibilidad de nutrientes la capacidad de retencioacuten de agua la porosidad la capacidad de
intercambio catioacutenico y la agregacioacuten estructural del suelo (Loaiza et al 2018)
Disminucioacuten de la
capacidad de
reservorio de carbono
En un contexto de cambio climaacutetico la funcioacuten del suelo como reservorio de carbono ha ganado gran intereacutes ya que esta conduce a la retencioacuten del CO2 atmosfeacuterico (Lal 2009) El secuestro de carbono en
el suelo a escala global se considera el mecanismo responsable del mayor potencial de mitigacioacuten de
cambio climaacutetico dentro del sector agriacutecola con una contribucioacuten estimada del 90 (Gattinger et al 2012) Sin embargo las reservas mundiales de carbono en el suelo agriacutecola han disminuido
gradualmente (Gattinger et al 2012) a pesar de que la fertilizacioacuten mineral genera una mayor cantidad
de materia orgaacutenica ya que promueve el incremento de los rendimientos y por lo tanto el aumento de los residuos de cultivo (Scheffer et al 2016)
Emisiones de GEI desde el suelo a la atmoacutesfera
Los cambios en la estructura del suelo modifican su capacidad como fuente y vertedero de gases y
limitan su capacidad de almacenamiento (Oertel et al 2016) Propiedades y procesos en el suelo
como humedad temperatura exposicioacuten y presioacuten de aire incendios vegetales pH concentracioacuten
de nutrientes tipo de cobertura y cambio en el uso de la tierra son los principales controladores de
las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmoacutesfera (Oertel et al
2016)
La litoacutesfera contiene la mayor reserva de carbono y nitroacutegeno del planeta (sin tener en cuenta el N
atmosfeacuterico) con 108 Pg (1015 g) y 164 X 1011 Tg (1012 g) respectivamente almacenados
principalmente en su superficie (1 m) (Schaufler et al 2010 Nieder y Benbi 2008) Desde el
suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) y monoacutexido de
nitroacutegeno (N2O) que son importantes GEI (Oertel et al 2016) Sin embargo los sistemas agriacutecolas
intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo aumentando las emisiones de N2O (17 - 48 Tg
N2O antildeo-1) (IPCC 2013 Ciais et al 2013 Baggs 2011 Boeckx y Van Cleemput 2001 Bouwman
et al 1995) CO2 (180 Pg CO2 acumulados desde 1750 ndash 2011) (Ciais et al 2013) y CH4 (hasta
6950 micromol CH4 mminus2 hminus1) (Oertel et al 2016) La agricultura genera el 52 y el 84 de las
emisiones mundiales de CH4 y N2O respectivamente (Smith et al 2008) Estos dos gases tienen
25 y 298 veces respectivamente maacutes potencial de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013)
El flujo neto de CO2 desde los suelos agriacutecolas es pequentildeo comparado con las emisiones de la
48 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
industria (Smith et al 2008) Sin embargo a este flujo que es el resultado de la alteracioacuten del
suelo en actividades de labranza y de fertilizacioacuten deben sumarse aquellas emisiones provenientes
de la fabricacioacuten industrial de insumos agriacutecolas con uso de combustibles foacutesiles (pe plaacutestico y
fertilizantes) (Arizpe et al 2011 Smith et al 2008 West y Marland 2002)
Lixiviacioacuten de nutrientes
En condiciones naturales constantemente se lixivian iones desde el suelo a las aguas superficiales
y subterraacuteneas variando su intensidad seguacuten la magnitud y frecuencia de las lluvias y las
caracteriacutesticas del suelo (Laird et al 2010) En condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes
como nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente (Yao et al
2012) Esta excesiva lixiviacioacuten de iones desde el suelo no solo indica una baja eficiencia del
proceso de fertilizacioacuten (Dempster et al 2012) sino que puede agotar la fertilidad del suelo
acelerar su acidificacioacuten reducir los rendimientos de los cultivos y contaminar las aguas
superficiales y subterraacuteneas (Laird et al 2010 Ozacar 2003) Los altos niveles de nutrientes en
estas aguas pueden generar fenoacutemenos como la eutrofizacioacuten que es el resultado de la produccioacuten
excesiva de microorganismos acuaacuteticos fotosinteacuteticos en los ecosistemas marinos y de agua dulce
(Karaca et al 2004) quienes adaptados a ambientes con bajo contenido de nutrientes en
presencia de una alta concentracioacuten de estos incrementan raacutepidamente su reproduccioacuten
consumiendo el oxiacutegeno del ambiente acuaacutetico y provocando asiacute la muerte de otros organismos
que dependen de ese oxiacutegeno (Dempster et al 2012)
La emisioacuten de nutrientes hacia los ecosistemas acuaacuteticos se incrementa por la ineficiencia en el
proceso de fertilizacioacuten de los cultivos En promedio el 50 del nitroacutegeno aplicado mediante
fertilizantes nitrogenados no es absorbido por las plantas (Drechsel et al 2015 Hoang y Allaudin
2010) Ese nitroacutegeno no absorbido se lixivia hacia las fuentes de agua yo se volatiliza hacia la
atmoacutesfera (Galloway et al 2003 2004) con los consiguientes efectos ambientales negativos sobre
los ecosistemas acuaacuteticos el cambio climaacutetico y la salud humana (Bodirsky et al 2014 Umar e
Iqbal 2007 Camargo y Alonso 2006 Giles 2005)
Alrededor del 25 del foacutesforo extraiacutedo desde 1950 se encuentra acumulado en vertederos o ha
terminado en las fuentes de agua aumentando el problema de eutrofizacioacuten (Cordell et al 2009)
A diferencia del nitroacutegeno la lixiviacioacuten del foacutesforo variacutea substancialmente en el tiempo y el
espacio y en general las praacutecticas agriacutecolas tienen un menor efecto sobre la lixiviacioacuten de foacutesforo
49 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las condiciones ambientales y las caracteriacutesticas del suelo (Uleacuten et al 2018) No solo el
nitroacutegeno y el foacutesforo en solucioacuten (forma anioacutenica) son susceptibles de ser lixiviados Al
presentarse una alteracioacuten en las condiciones naturales del suelo (pej por adicioacuten de materia
orgaacutenica o de fertilizantes minerales) iones metaacutelicos como el hierro y el manganeso que
generalmente son precipitados e inmovilizados pueden solubilizarse debido a fluctuaciones en el
pH y en el potencial redox del suelo (Aharonov-Nadborny et al 2018)
Aumento de los costos de produccioacuten y caracteriacutesticas sociales
La forma como se maneja el suelo en las labores agriacutecolas no solo tiene impacto sobre la
dimensioacuten ambiental de la sostenibilidad sino que al mismo tiempo influencia sus dimensiones
social y econoacutemica Labores agriacutecolas asociadas con el manejo del suelo tales como fertilizacioacuten
labranza y riego requieren la contratacioacuten de mano de obra alquiler o compra de maquinaria
agriacutecola compra de agro insumos yo compra de equipos Cada una de estas labores genera
jornales o puestos de trabajo y se convierte en un rubro dentro de la lista de costos de produccioacuten
(GSARS 2014)
En general la contratacioacuten de mano de obra es el rubro que mayor valor representa dentro de los
costos de produccioacuten De las actividades agriacutecolas el montaje de las camas de siembra (que
incluye la preparacioacuten del suelo maacutes el armado de las camas) requiere una gran cantidad de mano
de obra sobre todo en paiacuteses en viacutea de desarrollo donde el uso de maquinaria especializada para
labores especiacuteficas no es generalizado Sin embargo las labores manuales tienen un alto impacto
sobre la dimensioacuten social de la sostenibilidad pues esta genera un mayor nuacutemero de jornales si se
compara con las labores mecanizadas El incremento de la sostenibilidad social implica una
reduccioacuten de la sostenibilidad econoacutemica y viceversa lo cual genera una dicotomiacutea en el anaacutelisis
de sostenibilidad
La fertilizacioacuten ocupa el segundo lugar de los costos de produccioacuten ya que incluye dos rubros el
costo de los fertilizantes y el costo de la mano de obra para realizar las mezclas y aplicacioacuten
(GSARS 2014) Ademaacutes de tener dos rubros intriacutensecos esta labor es una de las que maacutes
variaciones puede generar en los costos de produccioacuten pues depende de la teacutecnica de preparacioacuten
de la foacutermula de fertilizacioacuten (con base en anaacutelisis de suelo o no) del meacutetodo de aplicacioacuten
(manual foliar o fertirriego) de la cantidad de fertilizantes aplicados del tipo de fertilizantes
aplicados (compuestos o simples solubles o no) y del momento de la aplicacioacuten (clima)
50 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Es evidente que las actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo tienen una gran influencia
en las tres dimensiones de la sostenibilidad Esto sugiere que deba estudiarse integrando el
ambiente la sociedad y la economiacutea es decir a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
167 Indicadores asociados a las propiedades y relaciones del suelo con
su entorno utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Algunos de los indicadores que se utilizan en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten
asociados con las propiedades procesos composicioacuten y manejo del suelo Se pueden encontrar
indicadores que corresponden a aspectos inherentes al suelo y aquellos asociados con las relaciones
suelo-agua suelo-atmoacutesfera y suelo-planta En la literatura se encuentra una considerable cantidad
de informacioacuten que aborda el uso de indicadores en diferentes servicios ecosisteacutemicos del suelo
principalmente asociado a la dimensioacuten ambiental Sin embargo en esta revisioacuten se incluyeron
uacutenicamente publicaciones donde 1) se abordaraacuten temas griacutecolas 2) se hiciera referencia a las tres
dimensiones de la sostenibilidad (ambiental social y econoacutemica) y 3) se evaluaraacute al menos una
propiedad o proceso asociado al suelo y que este fuera tratado como indicador de sostenibilidad
agriacutecola Algunas de las publicaciones que se tuvieron en cuenta son el resultado de un gran
nuacutemero de evaluaciones de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola (pej Astier et al
2011)
1671 Indicadores asociados a las propiedades y procesos del suelo
utilizados en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores hace referencia al impacto que los sistemas de produccioacuten agriacutecola
ejercen sobre el suelo (Tabla 1-5) Los indicadores maacutes comunes de este grupo son la tasa de
erosioacuten y la concentracioacuten de materia orgaacutenica mientras que propiedades como la conductividad
eleacutectrica capacidad de intercambio catioacutenico acidez intercambiable contenido de arcilla
capacidad de retencioacuten de agua densidad aparente profundidad efectiva y permeabilidad son los
menos utilizados (Tabla 1-5) Aunque en varios trabajos se hizo referencia a la calidad del suelo
(pej Rodrigues et al 2010) no se encontroacute ninguno que utilizara un iacutendice o funcioacuten de
agregacioacuten para estimarla Esta fue abordada a partir de la determinacioacuten individual de propiedades
del suelo como MOS CE pH CIC y Bi (Tabla 1-5)
51 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-5 Indicadores (Ind) asociados a las propiedades o procesos del suelo que son utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo de medicioacuten (a) Referencias
MOS
Contenido de
materia orgaacutenica del
suelo
CO por el meacutetodo de Walkley and Black (1934)
Para determinar el contenido de MOS el porcentaje de carbono orgaacutenico es multiplicado
por un factor de 1724
Hubeau et al 2017 De Olde et al
2016b Kanter et al 2016 Mtengeti et al 2015 Parachini et al 2015 Bausch et al
2014 Belanger et al 2012 Astier et al
2011 Sadok 2009 Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
pH ----
Acidez neutralidad
o alcalinidad del
suelo
Meacutetodo potenciomeacutetrico (Okalebo et al 2002)
Kanter et al 2016 Rodrigues et al 2010
Meul et al 2008 Brunett et al 2005
Nambiar et al 2001
CE dS m-1 Conductividad
eleacutectrica Meacutetodo conductivimeacutetrico (Okalebo et al 2002) Nambiar et al 2001
No -
Nm
Contenido de nitroacutegeno orgaacutenico
yo mineral del suelo
Meacutetodo de Kjeldhal modificado (Sarkar and
Haldar 2005)
Parachini et al 2015 Astier et al 2011
Meul et al 2008
Pd mg kg-1 Contenido de foacutesforo disponible
en el suelo
Meacutetodo Bray II y Olsen (Sarkar and Haldar 2005) Belanger et al 2012 Astier et al 2011
Rodriacuteguez et al 2010 Meul et al 2008
CIC cmolc kg-1 Capacidad de intercambio
catioacutenico
CIC (Capacidad de Intercambio Catioacutenico) y bases intercambiables (Ca2+ Mg2+ K+ y Na+) por el
meacutetodo del acetato de amonio 1M pH 7 para
determinar la CIC se desplaza el NH4+
intercambiado con NaCl y se hace la valoracioacuten
por titulacioacuten las bases se determinan en el
extracto de acetato de amonio por espectrofotometriacutea de absorcioacuten atoacutemica (Sarkar
and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010 Nambiar et al
2001
Bi cmolc kg-1
Concentracioacuten yo
suma de bases
intercambiables (K Ca Mg y Na)
Nambiar et al 2001
Al+H cmolc kg-1 Acidez intercambiable
Meacutetodo volumeacutetrico Determinacioacuten de los iones
de aluminio e hidroacutegeno intercambiables con una solucioacuten amortiguadora de sal neutra (KCl 1N)
(Sarkar and Haldar 2005)
Rodrigues et al 2010
Ar Contenido de arcilla Meacutetodo del hidroacutemetro o de Bouyoucos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
CRH Bar
Capacidad de
retencioacuten de
humedad del suelo a diferentes tensiones
En este caso 01 03
1 3 5 y 15 bar de tensioacuten
Meacutetodo del plato y la olla a presioacuten (Sarkar and
Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Db g cm-3 Densidad aparente Meacutetodo del cilindro (Sarkar and Haldar 2005) Nambiar et al 2001
Pe cm Profundidad efectiva Meacutetodo de excavacioacuten con barreno Nambiar et al 2001
In cm h-1 Infiltracioacuten Meacutetodo de anillos conceacutentricos (Sarkar and Haldar 2005)
Nambiar et al 2001
TE Mg ha-1 antildeo-1 Tasa de erosioacuten
TE = R K L S C P Ecuacioacuten 1 Smith et al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Bausch et al 2014 Ghisellini et al 2014 Gerdessen y
Pascucci 2013 Roy and Chan 2012
Astier et al 2011 Rodriacuteguez et al 2010 Sadok 2009 Pacini et al 2003 Nambiar
et al 2001 Praneetvatakul et al 2001
Doacutende R = Erosividad de la lluvia K =
Erosionabilidad del suelo LS = Longitud y Grado
de pendiente C = Factor de vegetacioacuten P = Factor de praacutecticas mecaacutenicas
Cn PSI Compactacioacuten Meacutetodo del medidor de compactacioacuten de suelo
(penetroacutemetro) de Olde et al 2016b Sadok 2009
EtT kg 14-DB eq
Ecotoxicidad
terrestre Se
contemplan los efectos sobre los
ecosistemas
terrestres de las sustancias toacutexicas
que se encuentran en
el ambiente (Audsley 2003)
EtT = sum TTPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 2
de Luca et al 2018 Tricase et al 2018 Neugebauer et al 2015 Martiacutenez-Blanco
et al 2014
Doacutende TTP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas terrestres fin =
fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde
el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley
2003)
52 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1672 Indicadores asociados a la relacioacuten suelondashagua utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores (Tabla 1-6) considera el impacto del manejo del suelo agriacutecola sobre el
ciclo hidroloacutegico Dentro de este grupo sobresale el movimiento de nitratos desde el suelo al agua
superficial y subterraacutenea por efecto de la aplicacioacuten de fertilizantes y abonos orgaacutenicos Este
indicador estaacute relacionado estrechamente con la eutrofizacioacuten potencial pues eacutesta es un resultado
de las elevadas emisiones de nutrientes como nitratos y fosfatos desde el suelo a los cuerpos de
agua La ecotoxicidad acuaacutetica se mide en anaacutelisis del ciclo de vida (Tabla 1-6)
Tabla 1-6 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - agua que son utilizados en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
NO3 kg NO3
-
ha-1
Emisiones de nitrato a los
sistemas acuaacuteticos
30 del total de N aplicado despueacutes de descontar las
emisiones de N al aire (Torrellas et al 2013)
van Asselt et al 2014
Lebacq et al 2013 Roy and Chan 2012
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009 Pacini et al 2003
EP kg PO4
3-
eq
Eutrofizacioacuten potencial
Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos
produciendo un aumento de ciertas especies como
algas que reduciraacute la
concentracioacuten de oxiacutegeno del medio siendo una
amenaza para la
biodiversidad (Audsley 2003)
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
Ecuacioacuten 3
Tricase et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014 Lebacq et al 2013
Pergola et al 2013
Doacutende vi = cantidad de moles de No2 en una moleacutecula del
compuesto i M = masa molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la
degradacioacuten de las algas Ae = cantidad de moles de N o P
contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004)
EtA kg 14-
DB eq
Ecotoxicidad acuaacutetica Se
contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas
(pesticidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los
ecosistemas acuaacuteticos
(Audsley 2003)
EtA = sum TAPin x fin x mi
in
Ecuacioacuten 4
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015
Martiacutenez-Blanco et al 2014
Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad
de los ecosistemas acuaacuteticos fin = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento
ambiental n y mi = masa emitida de cada contaminante i
(Audsley 2003)
1673 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo-atmoacutesfera utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo del suelo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola sobre la atmoacutesfera Algunos de estos indicadores son el potencial de calentamiento global
que se mide en teacuterminos de emisiones de dioacutexido de carbono las emisiones de amoniaco
monoacutexido de nitroacutegeno oacutexidos de nitroacutegeno y la acidificacioacuten potencial (Tabla 1-7)
53 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 1-7 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - atmoacutesfera que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
GWP kg CO2
eq
Potencial de calentamiento
global El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O
CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea
de radiacioacuten teacutermica y en
consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento
global) (Audsley 2003)
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi Ecuacioacuten 5 De Luca et al 2018
Tricase et al 2018
Smith et al 2017 Ryan et al 2016 Neugebauer
et al 2015 Kukucvar et
al 2014 Martiacutenez-Blanco et al 2014 van
Asselt et al 2014
Pergola et al 2013
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-
1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3)
y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen en el denominador
(Heijungs y Guineacutee 2012)
NH3 kg NH3
ha-1
Emisiones de amoniaco a la atmoacutesfera debido a la
fertilizacioacuten nitrogenada
El 3 del total de N aplicado se libera en forma de N-
NH3 (Audsley 2003)
Smith et al 2017
Tricase et al 2018 de Olde et al 2016b
Bockstaller et al 2009
Sadok 2009
N2O kg N2O
ha-1
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno a la atmoacutesfera
debido a la fertilizacioacuten nitrogenada
125 del total de N aplicado se libera en forma de N-
N2O (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
Sadok 2009
NOx kg NOx
ha-1
Emisiones de oacutexidos de
nitroacutegeno a la atmoacutesfera debido a la fertilizacioacuten
nitrogenada
El 10 de los N-N2O se convierte a N-NOx (Bentrup et al 2000 y Weidema 2000)
Tricase et al 2018 Rodriacuteguez et al 2010
AP kg SO2
eq
Acidificacioacuten potencial
Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera
donde puede combinarse con
otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de lluvia
aacutecida (Audsley 2003)
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi Ecuacioacuten 6
Martiacutenez-Blanco et al
2014 van Asselt et al
2014
Doacutende 120520SO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que
pueden ser potencialmente producidos por un kg de
substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2
(kg mol-1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) Heijungs y Guineacutee 2012)
Aunque es evidente el efecto que las praacutecticas de manejo agriacutecola ejercen sobre las emisiones de
contaminantes desde el suelo a la atmoacutesfera debido a la dificultad metodoloacutegica y a los altos
costos de evaluacioacuten es comuacuten que estos indicadores se estimen mediante funciones factores de
conversioacuten o tablas de equivalencia (Tabla 1-7) o que la mayoriacutea no sean tenidos en cuenta en las
evaluaciones de la sostenibilidad agriacutecola En esta revisioacuten se encontroacute ademaacutes que muchas de las
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola realizadas incluyen muy pocos o no incluyen indicadores
asociados al clima
1674 Indicadores asociados a la relacioacuten suelo ndash planta utilizados en
evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola
Este grupo de indicadores evaluacutea el efecto del manejo de los sistemas agriacutecolas sobre el suelo y la
planta en dos viacuteas desde el suelo hacia la planta (pej consumo de elemento por kilogramo
producido - Elmto-kg) y desde la planta hacia el suelo (pej cobertura del suelo - CS) (Tabla 1-8)
Dentro de este atributo sobresale el indicador balance de nitroacutegeno foacutesforo yo potasio que es
54 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
evaluado en una gran cantidad de las publicaciones revisadas seguido por la cobertura del suelo A
pesar de la informacioacuten que suministra sobre el rendimiento y la eficiencia del manejo del sistema
de produccioacuten indicadores como relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y relacioacuten consumo de
elementos-produccioacuten (Elto-kg) no son muy tenidos en cuenta aun cuando la medicioacuten de S-Pr
por ejemplo se puede realizar sin la necesidad de invertir recursos en anaacutelisis de laboratorio o
dispendiosas metodologiacuteas (Tabla 1-8)
Tabla 1-8 Indicadores (Ind) de la relacioacuten suelo - planta que son utilizados en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola Ind Unidad Descripcioacuten Meacutetodo medicioacuten Referencias
Elto-kg g kg-1
Consumo de elemento por kg producido Cantidad
del elemento (pe N P o
K) consumido por kg de producto cosechado
Elto minus kg = g EltoA 119898minus2
kgP mminus2 Ecuacioacuten 7
van Asselt et al 2014 Doacutende gEltoA = masa del elemento aplicado en
gramos kgP = masa del producto cosechado en kilogramos
CS
Cobertura del suelo
Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el
suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
CS = dv
365 times 100 Ecuacioacuten 8
De Luca et al 2018
Neugebauer et al 2015 Gaudino et al 2014 Goacutemez-
Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez
2010 Mascarenhas et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009
Doacutende dv = diacuteas acumulados del antildeo en los que el
suelo estaacute cubierto con vegetacioacuten
NPKBal Kg ha-1
Balance de nitroacutegeno foacutesforo o potasio Es la
diferencia entre la
cantidad de N P o K aplicado y la acumulada
en el cultivo (plantas) por
unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad
de N P o K que se libera
al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten
y Riesgo 2009)
NPKBal = Nf minus Nc
Nc = (sum o1
n
o=1
+ o2 + on) times Pl
Ecuacioacuten 9
Ecuacioacuten 10
Hubeau et al 2017 Smith et
al 2017 de Olde et al 2016b
Kanter et al 2016 Ryan et al 2016 Parachini et al 2015
Gaudino et al 2014 Lebacq et
al 2013 Beacutelanger et al 2012 Hayati et al 2010 Roy and
Chan 2012 van Passel and
Meul 2012 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernandez 2010
Goacutemez y Riesgo 2009
Abbona et al 2007 De Jager et al 2001
Doacutende Nf = Cantidad de N P o K (kh ha-1) aplicado
en forma de fertilizantes Nc = Cantidad de N P o K
(kh ha-1) acumulado en el cultivo O = Cantidad de N P o K (kg) acumulado al final del ciclo en cada oacutergano
(1 2 3 n) de la planta y Pl = Nuacutemero de plantas en
una ha
S-Pr m2 kg-1
Suelo ndash Produccioacuten (Uso
de la tierra) Determina la cantidad de espacio
requerida para producir un
kilogramo del producto cosechado
S minus Pr = 1 m2
kgM Ecuacioacuten 11
van Asselt et al 2014
Gerdessen and Pascucci 2013 Doacutende kgM = masa del producto cosechado en kilogramos
En muy pocas evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se utilizan indicadores que relacionen el uso
del suelo con la productividad de los cultivos aun cuando esta relacioacuten refleja la eficiencia global
del sistema Cabe recordar que una de las premisas de la intensificacioacuten sostenible es producir maacutes
y mejor en una menor aacuterea (Rockstroumlm et al 2017)
En la Figura 1-2 se puede apreciar un resumen esquematizado del proceso de anaacutelisis de la
sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con indicadores asociados a propiedades
procesos y manejo del suelo
55 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 1-2 Esquema del proceso de anaacutelisis de la sostenibilidad de sistemas de produccioacuten agriacutecola con
indicadores asociados a propiedades procesos y manejo del suelo Fuente El autor
168 Conclusiones
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola estaacuten orientadas a determinar el efecto que sobre el
ambiente la sociedad y la economiacutea tiene un sistema de produccioacuten Como se expuso en esta
revisioacuten muchas de estas evaluaciones no tuvieron en cuenta las propiedades e interacciones del
suelo con su entorno Esto a pesar del evidente efecto que sobre el ecosistema agriacutecola y la
economiacutea de los productores tienen actividades como fertilizacioacuten labranza y riego Estas
actividades producen un impacto directo en el suelo los cuerpos de agua y la atmoacutesfera por lo que
las variaciones en su manejo modificaraacuten el estado del ecosistema
56 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Estudios de liacutenea base para la construccioacuten y
evaluacioacuten de MSEAS
En este capiacutetulo se exponen las caracteriacutesticas metodoloacutegicas de tres experimentos que se
utilizaron para construir y evaluar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) Tambieacuten se exponen tres trabajos de
investigacioacuten de autoriacutea propia que sirvieron de sustento teacutecnico y liacutenea base para la construccioacuten
y evaluacioacuten de MSEAS
1) Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con posibilidad de uso a escala de parcela o
unidad experimental El objetivo de este trabajo fue contar con indicadores de calidad de suelo que
pudieran ser utilizados a escala de parcela o unidad experimental y que fueran viables para ser
usados en MSEAS
2) Esfuerzo de labor Indicador para estimar la magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores de
cultivo El objetivo de este estudio fue proponer un indicador asociado al atributo salud humana de
la dimensioacuten social de la sostenibilidad agriacutecola y que fuera viable para ser usado en MSEAS
3) Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela Con base en los paraacutemetros expuestos en este trabajo se define el
conjunto miacutenimo de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos que haraacuten parte del anaacutelisis de
sostenibilidad agriacutecola con MSEAS
57 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
21 Metodologiacutea de los experimentos agriacutecolas utilizados
para la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS
A continuacioacuten se presentan las caracteriacutesticas metodoloacutegicas (lugar material vegetal
tratamientos y disentildeo experimental) de los tres experimentos utilizados como estudios de caso para
la construccioacuten y evaluacioacuten de MSEAS Las variables asociadas al suelo planta y clima se
exponen en apartados posteriores
211 Metodologiacutea experimento fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate
bajo invernadero (ExTom)
Se llevoacute a cabo en el 2010 en uno de los invernaderos del Centro de BioSistemas de la
Universidad Jorge Tadeo Lozano de Bogotaacute ubicado en el municipio de Chiacutea (Colombia)
(4deg53rsquo362rdquo N -74deg00rsquo50rdquo W) a una altura de 2650 msnm Se utilizaron plaacutentulas de tomate
(Solanum lycopersicum) cv Sheila Se evaluaron cinco tratamientos Testigo quiacutemico (ChC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 quiacutemica (50 g m-2 de sulfato de amonio 65 g m-2 de
fosfato diamoacutenico 4 g m-2 de sulfato de manganeso y 05 g m-2 de boro) testigo orgaacutenico (OrC)
Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 100 orgaacutenica (2600 g m-2 de compost de gallinaza 180 g m-2
de roca fosfoacuterica y 6 g m-2 de sulfato de manganeso) mezcla 1 (Mx1) Foacutermula de fertilizacioacuten de
fondo 25 orgaacutenica - 75 quiacutemica mezcla 2 (Mx2) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 50
orgaacutenica - 50 quiacutemica mezcla 3 (Mx3) Foacutermula de fertilizacioacuten de fondo 75 orgaacutenica - 25
quiacutemica Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 15
unidades experimentales (tres reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental con un aacuterea de
123 m2 densidad de siembra 27 plantasm2
212 Metodologiacutea experimento fraccionamiento de la fertilizacioacuten como
estrategia para reducir la cantidad de fertilizante aplicado en el
cultivo de papa (ExPtSp)
Se llevoacute a cabo en el 2014 en el lote 49 ubicado en el C I Tibaitataacute de Agrosavia en Mosquera
Cundinamarca (4deg41rsquo1884rsquorsquo N - 74deg12rsquo2267rsquorsquo O) con una altitud de 2560 msnm humedad
relativa promedio de 80 y temperatura promedio de 13 degC Se utilizoacute semilla de papa (Solanum
58 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tuberosum) de la variedad comercial Diacol capiro Se evaluaron cinco tratamientos Control
Fertilizacioacuten usada por los productores normalmente en teacuterminos de fertilizantes (N292 P297
K354 kg ha-1) cantidad y momentos de aplicacioacuten (en presiembra y al aporque) As foacutermula de
fertilizacioacuten construida a partir de la curva de absorcioacuten de nutrientes y las propiedades del suelo
aplicada como lo hacen los productores (MO10000 N150 P90 K271 kg ha-1) AsSp
fraccionamiento mensual de la fertilizacioacuten recomendada por As AsSp25 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 25 (N112 P67 K203 kg ha-1) y AsSp50 AsSp disminuyendo la
cantidad de fertilizante en un 50 (N75 P45 K136 kg ha-1) A todos los tratamientos excepto
Control se les aplicoacute 1 kg m-2 de abono orgaacutenico compostado Todas las propiedades de suelo
tambieacuten se midieron en un aacuterea no intervenida (Barbecho con tres repeticiones) cercana al lugar
del experimento Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con cinco tratamientos y 20
unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad experimental correspondioacute
con un aacuterea de 16 m2 densidad de siembra 28 plantasm2
213 Metodologiacutea evaluacioacuten de secuencias de rotacioacuten con papa
(ExPtRo)
Se llevoacute a cabo en el 2014-2015 en Tibaitataacute (Mosquera) junto al experimento ExPtSp Se utilizoacute
semilla de papa (Solanum tuberosum) variedad Diacol Capiro semilla de arveja (Pisum sativum)
variedad Santa Clara y semilla de avena forrajera (Avena sativa) variedad Cayuse Se evaluaron
tres secuencias de rotacioacuten PaArPa PapandashArveja-Papa PaAvAr Papa-Avena-Arveja y
PaPaAv Papa-Papa-Avena Se establecioacute un disentildeo en bloques completos al azar con tres
tratamientos y doce unidades experimentales (cuatro reacuteplicas por tratamiento) Cada unidad
experimental contoacute con un aacuterea de 20 m2 La papa se sembroacute a una distancia de 035 m entre
plantas y 09 m entre surcos La arveja se sembroacute al chorrillo en hileras espaciadas 50 cm y 10 cm
entre plantas La avena se sembroacute al voleo en toda la unidad experimental Las densidades de
siembra fueron 28 75 y 200 plantas m-2 para papa arveja y avena respectivamente El esquema
de fertilizacioacuten fue el mismo para todos los ciclo de papa La avena y la arveja no se fertilizaron
59 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
22 Evaluacioacuten de indicadores de calidad del suelo con
posibilidad de uso a escala de parcela o unidad
experimental
221 Resumen
Diversos indicadores se han desarrollado para evaluar la calidad del suelo (SQ) en funcioacuten de su
manejo y caracteriacutesticas Muchos generalmente se utilizan y estaacuten adaptados para evaluar la
variacioacuten de la SQ a mediano y largo plazo No obstante cuando se quiere evaluar esta variacioacuten
en el corto plazo es decir en experimentos estacionales con un solo ciclo de cultivo las
posibilidades se reducen Con base en esto el objetivo de este trabajo fue evaluar cinco indicadores
de calidad del suelo (SQI) marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador aditivo
simple (SQSA) indicador aditivo ponderado (SQW) indicador obtenido utilizando anaacutelisis de
componentes principales (SQPCA) e indicador obtenido utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados
parciales (SQPLSR) Tambieacuten se evaluaron dos teacutecnicas de agregacioacuten aditiva ponderada (A) y
geomeacutetrica o multiplicativa (P) Se utilizaron 52 unidades experimentales distribuidas en tres
experimentos 1) fertilizacioacuten orgaacutenico-mineral en tomate (ExTom) 2) fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa (ExPtSp) y 3) estrategias de rotacioacuten con papa (ExPtRo) Los resultados para
los indicadores de calidad de suelo oscilaron entre 033 y 099 (Rango de SQI de 0 a 1) Ninguacuten
indicador de calidad de suelo se correlacionoacute significativamente con el rendimiento en cada uno
de los experimentos SQW se correlacionoacute negativamente con el rendimiento en ExTom y
positivamente en ExPtRo Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P)
detectaron eficientemente los cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al
suelo En experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar (SQSA
SQW) fueron tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos (SQSMAF SQPCA y SQPLSR)
Palabras clave indicadores de calidad del suelo propiedades funcionales anaacutelisis de
componentes principales regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales marco de evaluacioacuten del
manejo del suelo
60 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
222 Abstract
Some methods have been developed to evaluate soil quality (SQ) according to its handling and
characteristics Many are generally used and adapted to evaluate the variation of SQ in the medium
and long term However when this variation is to be evaluated in the short term ie in seasonal
experiments the possibilities are reduced with a single crop cycle Based on this the objective of
this work was to evaluate five soil quality indicators (SQI) soil management assessment
framework (SQSMAF) simple additive soil quality indicator (SQSA) weighted additive (SQW) using
principal component analysis (SQPCA) and using partial least squares regression (SQPLSR) and two
aggregation techniques weighted additive (A) and geometric or product (P) Fifty-two soil samples
were used distributed in three experiments 1) organic-mineral fertilization in tomato (ExTom) 2)
split fertilization in potato (ExPtSp) and 3) potato rotation strategies (ExPtRo) The SQ varied
among indicators experiments and treatments and ranged from 033 to 099 (SQI range 0 to 1) No
indicator correlated with yield in all experiments SQW correlated negatively in ExTom and
positively in ExPtRo SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) and SQPCA(P) indicators efficiently
detected quality changes in response to soil treatments In seasonal experiments simple methods
that were easy to use and analyze were as effective or more effective than more complex methods
Keywords soil quality indicators functional properties PCA PLSR SMAF
223 Introduccioacuten
Seguacuten Doran y Parkin (1994) la calidad del suelo es ldquoLa capacidad de una clase especiacutefica de
suelo para funcionar dentro de los liacutemites de los ecosistemas sostener la productividad bioloacutegica
mantener la calidad ambiental y promover la salud de las plantas y los animalesrdquo La calidad del
suelo no se puede medir de manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de
un conjunto miacutenimo de caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica
del suelo y su relacioacuten con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) La
definicioacuten de indicadores de calidad del suelo es compleja debido a la necesidad de considerar la
escala geograacutefica de medicioacuten y las muacuteltiples funciones del suelo Ademaacutes la integracioacuten de las
propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas del suelo definen sus funciones y generan una imagen
holiacutestica de su calidad (de Paul Obade y Lal 2016 Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992)
61 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Zornoza et al (2015) encontraron que a pesar de que la mayoriacutea de los autores evaluacutean la calidad
del suelo mediante el anaacutelisis y la descripcioacuten de propiedades individuales otros consideran la
importancia del uso de un indicador (iacutendice o funcioacuten) de calidad del suelo para relacionarla con la
produccioacuten de cultivos y las praacutecticas de manejo
Las propiedades fiacutesicas reflejan las limitaciones para el anclaje y desarrollo de las raiacuteces la
emergencia de las plaacutentulas la infiltracioacuten la conductividad hidraacuteulica la retencioacuten de agua o la
actividad de la macrofauna (Burger y Kelting 1999) Propiedades inherentes como la textura no
variacutean con el manejo que se le da al suelo sin embargo es determinante en otras propiedades e
indicadores de calidad del suelo Las propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad
del suelo son textura (distribucioacuten porcentual del tamantildeo de partiacutecula) densidad aparente
agregacioacuten del suelo contenido de agua disponible (capacidad de almacenamiento de agua)
porosidad y resistencia a la penetracioacuten (compactacioacuten) (Zornoza et al 2015) (Tabla 2-1)
Tabla 2-1 Propiedades fiacutesicas maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Textura Txt El empaquetamiento de las partiacuteculas de arcilla limo y arena crean espacio dentro del
volumen del suelo para el agua y el aire asiacute como para las raiacuteces y la fauna del suelo Por
esta razoacuten la textura no solo influye en todos los procesos vivos del suelo sino tambieacuten en las interacciones entre las fases soacutelida liacutequida y gaseosa y en los procesos de
transporte de fluidos (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Arcilla Ar
Limo L
Arena A
Densidad aparente Db La densidad aparente tiene una relacioacuten inversamente proporcional con el contenido de materia orgaacutenica y la porosidad del suelo (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Porosidad Po Los poros son el espacio donde se ubica el agua y el aire del suelo La porosidad es
determinante para el suministro de agua y nutrientes para las plantas
Tasa de erosioacuten TE
La erosioacuten es la mayor causa de degradacioacuten del suelo pues induce la remocioacuten de su
capa superior donde se concentra la materia orgaacutenica y los nutrientes (Li et al 2009) y
generalmente conduce a dantildeos irreversibles y acumulativos a largo plazo reduciendo la profundidad de la capa arable y la capacidad de almacenamiento de agua y de nutrientes
(Scheffer y Schachtschabel 2016)
Compactacioacuten Cn La compactacioacuten puede generar una inhibicioacuten de la aireacioacuten del suelo y una limitacioacuten
para la expansioacuten de las raiacuteces de la planta (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Estabilidad de agregados
Diaacutemetro medio ponderado (DMP)
AGG
Un gran nuacutemero de funciones del suelo se rigen en gran medida por su estructura
siendo una de las principales la capacidad de transporte de fluidos (gases ndash aireacioacuten y liacutequidos ndash infiltracioacuten) Esta capacidad es tiacutepicamente maacutes sensible a las modificaciones
de la estructura del suelo que por ejemplo la retencioacuten de agua o la porosidad debido a
que las funciones de transporte no solo se ven afectadas por el tamantildeo del poro (distribucioacuten) sino por su conectividad continuidad y sinuosidad (Farahani et al 2018)
Capacidad de
almacenamiento de agua
disponible para la planta
CAD
Dependiendo de las caracteriacutesticas del suelo se genera una capacidad de
almacenamiento de agua que estaraacute disponible para la planta y que responderaacute a las
condiciones del clima Un suelo con una buena capacidad de almacenamiento de agua se
asocia con una mayor fertilidad del suelo
Las propiedades quiacutemicas afectan la relacioacuten suelo-planta la calidad del agua la capacidad de
amortiguacioacuten y la disponibilidad de nutrientes y contaminantes en el suelo (Muckel y Mausbach
62 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
1996) El carbono orgaacutenico se ha sugerido como la propiedad quiacutemica maacutes importante de calidad
de suelo ya que esta afecta a la mayoriacutea de sus propiedades (Arias et al 2005) Zornoza et al
(2015) afirman que el carbono orgaacutenico es la propiedad quiacutemica maacutes utilizada para evaluaciones
de calidad del suelo seguido por pH nitroacutegeno total conductividad eleacutectrica disponibilidad de
nutrientes capacidad de intercambio catioacutenico nitroacutegeno y carbono solubles y metales pesados
(Tabla 2-2)
Tabla 2-2 Propiedades quiacutemicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
A pesar de su notable importancia las propiedades bioloacutegicas son las menos utilizadas en estudios
asociados con el manejo del suelo en actividades agriacutecolas No obstante existe un nuacutemero
considerable de propiedades bioloacutegicas asociadas con la calidad del suelo Las maacutes utilizadas en
indicadores de calidad del suelo son mineralizacioacuten de carbono y nitroacutegeno biomasa microbiana
(carbono yo nitroacutegeno) comunidades microbianas actividad enzimaacutetica e invertebrados (Zornoza
et al 2015) La medicioacuten de estas propiedades es importante en experimentos estacionales donde
es necesario apreciar cambios en el corto plazo por efecto de los tratamientos evaluados En ese
sentido los macro y microorganismos del suelo desempentildean un papel directo en procesos como
reciclaje de nutrientes y agregacioacuten y son maacutes sensibles y responden raacutepidamente a las
perturbaciones y cambios en el uso del suelo (Doran y Zeiss 2000) La biomasa microbiana la
actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran indicadores muy sensibles al cambio
pues responden maacutes raacutepidamente al manejo y uso del suelo que el contenido de carbono y
nitroacutegeno orgaacutenico (Nannipieri 1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al
2000) Marinari et al (2006) sugieren que la mineralizacioacuten de nitroacutegeno puede considerarse una
propiedad de calidad del suelo en el corto plazo pues relaciona la actividad bioloacutegica con el
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
Capacidad de intercambio catioacutenico CIC El intercambio de cationes juega un papel vital en el almacenamiento de
nutrientes esenciales para la planta principalmente Ca2+ Mg2+ K+ y NH4+
pero tambieacuten de elementos menores (Fe2+ Mn2+ Cu2+ y Zn2+) (Scheffer y
Schachtschabel 2016)
Bases intercambiables BI
CIC efectiva CICE
Saturacioacuten de bases SB
Carbono orgaacutenico CO
Algunas de las funciones de la MOS son aumentan la CIC por su alta cantidad de cargas negativas genera estructura estable por formacioacuten de
micro y macro agregados fuente importante de N y otros nutrientes
mediante mineralizacioacuten fuente de C para microorganismos entre otras (Scheffer y Schachtschabel 2016)
Stock de CO StockC
Materia orgaacutenica del suelo MOS
Nitroacutegeno orgaacutenico Norg
Stock de N SockN
Porcentaje de sodio intercambiable PSI Los suelos soacutedicos presentan problemas de agregacioacuten estructural que dificultan el movimiento de agua y aire en el suelo (Quirk 2001)
Porcentaje de metales pesados MP Los metales pesados pueden inhibir procesos fisioloacutegicos de la planta tales como intercambio gaseoso fijacioacuten de CO2 respiracioacuten y absorcioacuten
de nutrientes (Nagajyoti et al 2010)
63 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
conjunto de N laacutebil en la materia orgaacutenica (Ndiaye et al 2000) y finalmente el nuacutemero de
lombrices es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de manejo del suelo y
los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018) Tambieacuten es comuacuten que el contenido de
carbono orgaacutenico y el carbono almacenado sean consideradas propiedades bioloacutegicas (p ej
Andrews et al 2004) (Tabla 2-3)
Tabla 2-3 Propiedades bioloacutegicas del suelo maacutes utilizadas en indicadores de calidad del suelo
Indicador Sigla Relacioacuten con calidad del suelo
C de la biomasa microbiana MBC
La biomasa microbiana y la actividad enzimaacutetica responden maacutes
raacutepidamente al manejo y uso del suelo que MOS CO o NO (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Ndiaye et al 2000) Por lo tanto la biomasa microbiana la actividad enzimaacutetica y la respiracioacuten del suelo se consideran
indicadores maacutes sensibles al cambio que las propiedades quiacutemicas (p ej MOS) (Beyer et al 1999) por lo que pueden ser uacutetiles en experimentos
estacionales
N de la biomasa microbiana MBN
Actividad enzimaacutetica (fosfatasa aacutecida) PNP
Actividad enzimaacutetica (proteasa) TYR
Actividad enzimaacutetica (dehidrogenasa) DH
Respiracioacuten del suelo (emisiones de CO2) SR
Mineralizacioacuten de nitroacutegeno N-Minrz La mineralizacioacuten de N es un indicador que relaciona la actibidad bioloacutegica con el conjunto de N laacutebil en la MOS (Ndiaye et al 2000)
Relacioacuten C microbiano - C orgaacutenico CmicCorg Marinari et al (2006) sugieren que esta variable puede considerarse un
indicador de calidad del suelo en el corto plazo
Relacioacuten respiracioacuten - C microbiano qCO2 Se puede considerar como un indicador indirecto de la eficiencia de
transformacioacuten de la energiacutea (Dilly 2005)
Nuacutemero de lombrices LmN Este es uno de los indicadores bioloacutegicos maacutes sensibles a las praacutecticas de
manejo del suelo y los diferentes sistemas de cultivo (Bai et al 2018)
En la literatura se encuentra una cantidad considerable de investigaciones que comparan diferentes
meacutetodos para estimar la calidad del suelo (p ej Cherubin et al 2016a Mukherjee y Lal 2014
Obade y Lal 2016) En estas investigaciones aunque la calidad del suelo se evaluacutea a traveacutes de
muestreos localizados y puntuales los resultados generalmente se extrapolan a mayores aacutereas
geograacuteficas No obstante un indicador o iacutendice de calidad del suelo deberiacutea ser sensible a cualquier
escala (Obade y Lal 2016)
Zornoza et al (2015) reportaron el uso generalizado de una metodologiacutea para construir los
indicadores basada en la normalizacioacuten calificacioacuten y ponderacioacuten de diferentes variables de
suelo Se utiliza un conjunto miacutenimo de datos que se selecciona en la mayoriacutea de los casos
mediante anaacutelisis multivariados Una vez que las variables se han normalizado y ponderado los
indicadores de calidad del suelo se calculan normalmente por la suma de los indicadores puntuados
ponderados
64 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El objetivo de este trabajo es definir cual o cuales de los principales meacutetodos de evaluacioacuten de la
calidad de suelo reportados en la literatura son mas viables para ser utilizados a escala de parcela o
unidad experimental esto como aporte a la evaluacioacuten de la calidad del suelo en experimentos
orientados a actividades agriacutecolas asociadas al manejo del suelo
224 Metodologiacutea
2241 Experimentos
Para analizar los diferentes meacutetodos de estimacioacuten de la calidad del suelo se emplearon los tres
experimentos expuestos en el Numeral 21
2242 Muestreo de suelos y anaacutelisis de laboratorio
Para los tres experimentos se recolectaron muestras de la capa arable (02 m de profundidad) (SD)
En el Centro de BioSistemas se trabajoacute en un suelo mineral (Andic Dystrudepts) de textura franca
En Tibaitataacute se trabajoacute en un suelo mineral (Typic Hapludands) de textura franca Las propiedades
de ambos suelos se presentan en la Tabla 2-4
El pH y la conductividad eleacutectrica (CE) del suelo se determinaron en una suspensioacuten de relacioacuten
suelo agua 11 utilizando un medidor de conductividadpH de electrodos combinados el contenido
de carbono orgaacutenico (CO) por el meacutetodo de Walkley-Black K+ Ca2+ Mg2+ y Na+ intercambiables
por el meacutetodo del Acetato de NH4+ 1M pH 7 realizando la valoracioacuten por espectrofotometriacutea de
absorcioacuten atoacutemica la CICE (Capacidad de Intercambio Catioacutenico Efectivo) se determinoacute como la
sumatoria de los cationes intercambiables el P con el meacutetodo Bray II Se determinaron paraacutemetros
hidrodinaacutemicos y fiacutesicos del suelo curva de retencioacuten de humedad en cinco puntos (001 003
01 03 y 15 MPa de presioacuten) por el meacutetodo del plato y la olla de presioacuten (Dane y Hopmans
2002) densidad aparente (Db) dividiendo la masa seca del suelo por el volumen del cilindro (100
cm3) densidad real (Dr) por el meacutetodo del picnoacutemetro (Dane y Hopmans 2002) y textura o
distribucioacuten del tamantildeo de partiacutecula por el meacutetodo de Bouyoucos (Pansau y Gautheyrou 2006) La
porosidad total (TP) se calculoacute como [1-(DbDr)]100 El potencial o capacidad de agua disponible
(CAD) se calculoacute como la diferencia en el contenido volumeacutetrico de agua a potenciales de
humedad de 003 y 15 MPa El contenido de agua (CA) se calculoacute como CADDbSD100 La
65 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estabilidad de agregados (AGG) se determinoacute utilizando un oscilador vertical (modelo Yoder MA-
148) con cinco tamices (4 2 1 05 y 025 mm de diaacutemetro) a una velocidad de 30 oscilaciones
minminus1 durante 10 min Los resultados tambieacuten se utilizaron para calcular el diaacutemetro medio
ponderado (DMP) y el diaacutemetro medio geomeacutetrico (DMG) (Youker y McGuinness 1957) El stock
de C (StockC) se calculoacute como CO DbSD
Tabla 2-4 Propiedades quiacutemicas fiacutesicas y bioloacutegicas de los suelos utilizados en los experimentos (Exp) en
evaluacioacuten Tratamientos (Trat) con la misma letra no presentaron diferencias significativas (Plt005)
Exp Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC
dS m-1 mg kg-1 cmolc kg-1 g cm-3 mm cm gg Mg ha-1
Ex
To
m
ChC 67 a 07 ab 63 a 16 b 10 a --- --- --- --- 53 a 02 a 16 b 38 c
OrC 68 a 03 c 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 55 a 02 a 21 a 49 a
Mx1 66 a 07 ab 64 a 15 b 10 a --- --- --- --- 55 a 02 a 18 ab 42 bc
Mx2 65 a 05 bc 62 a 16 b 10 a --- --- --- --- 54 a 02 a 16 ab 39 c
Mx3 68 a 08 a 63 a 20 a 09 a --- --- --- --- 52 a 02 a 20 ab 47 ab
Ex
PtS
p
Barbecho 56 a 04 d 57 c 18 a 10 a --- 40 a 08 a 11 a 49 a 02 a 51 a 122 a
Control 52 bc 18 a 177 b 21 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 43 a 02 a 52 a 123 a
As 50 c 16 a 58 c 19 a 09 a --- 41 a 08 a 11 a 50 a 02 a 52 a 122 a
AsSp 50 c 14 b 231 a 21 a 10 a --- 41 a 08 a 11 a 52 a 02 a 51 a 123 a
AsSp25 54 ab 14 b 54 c 22 a 10 a --- 42 a 08 a 11 a 53 a 02 a 52 a 123 a
AsSp50 53 abc 11 c 71 c 22 a 10 a --- 43 a 08 a 12 a 52 a 02 a 51 a 122 a
Ex
PtR
o
PaArPa 54 b 14 a 104 a 15 a 11 a 52 b 42 a 09 a 13 a 19 a 01 a 53 a 142 a
PaAvAr 57 b 15 a 60 a 16 a 09 b 56 a 48 a 10 a 14 a 17 a 01 a 50 a 110 b
PaPaAv 60 a 08 a 77 a 17 a 10 ab 55 ab 38 a 09 a 12 a 21 a 01 a 47 a 114 b
Umbrales para puntuacioacuten y ponderacioacuten
Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn Vl Pn
Opt Min 55
2 02
1 40
2 200
2 00
2 20
2 90
3 20
2 50
3 10
2 05
2 30
2 100
3 Max 72 05 10
Adc Min 72
1
16
1 150
1 10
1 18
1 70
2 10
1 20
2 5
1 02
1 20
1 50
2 Max 80 40 200 15 20 90 20 50 10 05 30 100
Bajo Min 00
0 00
0 0
0 00
0
15
0 0
0 00
0 10
1 0
0 00
0 00
0 0
1 Max 55 02 16 150 18 50 10 20 5 02 20 50
Alto Min 80
0 05
0
15
0 0
0 50
1
00
0
Max 15 70 10
Fuente 1 2 3 4 1 2 2 2 2 3 2 2 4
CE Conductividad eleacutectrica CICE Capacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT Porosidad
total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado CA
Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Opt
Oacuteptimo Adc Adecuado Min Miacutenimo Maacutex Maacuteximo Vl Valor Pn Puntuacioacuten Fuente 1) Amacher et al (2007) 2)
Lal (1994) 3) Fernandes et al (2011) 4) Mukherjee y Lal (2014)
2243 Caacutelculo de los indicadores de calidad del suelo (SQI)
Los SQI se usaron como herramientas para evaluar los efectos de los tratamientos sobre la calidad
del suelo Dependiendo del meacutetodo y la disponibilidad de informacioacuten de cada experimento se
evaluoacute un nuacutemero variable de propiedades siempre respetando las condiciones establecidas por los
autores de cada meacutetodo Bajo el marco propuesto un suelo ideal tendriacutea un valor SQI de 1 para un
66 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
suelo de la maacutes alta calidad y de 0 para un suelo severamente degradado (Doran y Parkin 1994
Karlen y Stott 1994)
Marco de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF)
El conjunto miacutenimo de datos para los tres experimentos consideroacute las propiedades fiacutesicas AGG
CAD y Db las propiedades quiacutemicas CE pH y P y la propiedad bioloacutegica CO2 a excepcioacuten de
ExTom que no incluyoacute AGG Este enfoque es consistente con las pautas generales de SMAF que
recomiendan utilizar un miacutenimo de cinco indicadores con al menos uno que represente las
propiedades y procesos quiacutemicos fiacutesicos y bioloacutegicos del suelo (Karlen et al 2008) Estos
indicadores se puntuaron transformando los valores observados en valores de 0 a 1 Para esto se
utilizoacute una plantilla en Excel (ExcelSMAF) con los algoritmos y funciones para cada variable de
suelo con base en lo publicado por Andrews et al (2004) Wienhold et al (2009) y Stott et al
(2010) (Tabla 2-5) ExcelSMAF no estaacute disponible actualmente en la web esta fue suministrada
por el Dr Mauricio Cherubin (Cherubin et al 2016a y b) y el Dr Isaias Lisboa (Lisboa et al
2019) Los algoritmos en ExcelSMAF representan la materia orgaacutenica textura clima pendiente
regioacuten mineralogiacutea clase de meteorizacioacuten cultivo tiempo de muestreo y los efectos del meacutetodo
analiacutetico en los diversos valores de umbral (Andrews et al 2004) Dichos valores son necesarios
para solucionar los algoritmos y las funciones expuestas en la Tabla 2-5 y asignar el puntaje a cada
propiedad del suelo
A partir de la informacioacuten establecida en ExcelSMAF se definieron los paraacutemetros necesarios para
asignar el puntaje (y) a cada propiedad del suelo (Tabla 2-6) Para calcular SQSMAF se dividieron
las propiedades del suelo en fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas Se sumaron los puntajes en cada grupo
(Scr) y se dividioacute entre la cantidad de propiedades que conformaban el grupo (NPr) El puntaje
alcanzado en cada grupo se obtuvo mediante la funcioacuten SQFs Qm Bl = ScrNPr Finalmente se
sumaron todos los Scr de cada grupo (ScrT) y se dividioacute entre el nuacutemero total de propiedades
evaluadas (NPrT) SQSMAF = ScrTNPrT
2 Los autores de SMAF incluyen al carbono orgaacutenico dentro del grupo de propiedades bioloacutegicas
67 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-5 Algoritmos y funciones loacutegicas utilizadas para la interpretacioacuten de las propiedades (Props) pH
(agua) estabilidad de agregados (AGG) capacidad de agua disponible (CAD) densidad aparente (Db)
conductividad eleacutectrica (CE) y carbono orgaacutenico (CO) y el caacutelculo del indicador de calidad de suelo SQSMAF
Fuente adaptado de Andrews et al (2004)
Props Algoritmos de puntuacioacuten Constantes Factores especiacuteficos locales
AGG Si AGG gt 50 Y y = a + b[cos(c x AGG - d)] lt 1 Entonces y = 1 O sino y = a + b[cos(c x AGG - d)]
a = -08 b = 1799 c = 00196 d = f(MO textura Fe2O3)
CAD Si regioacuten = arida entonces y = [ab + c(AWCd)](b + AWCd)
O sino y = a + bcos[c(CAD) + d]
a = 00114 c = 1088 d = 2182
a = 0477 b = 0527 c = 6878
region b = f(textura MO)
d = f(textura)
Db Si textura 35 arcilla entonces y = a - b[exp(-c x Db
d)]
O sino y = a - b[exp(-cDbd)]
a = 0994 b c d = f(textura mineralogiacutea)
b c d = f(textura)
CE
Si CE le 03 entonces y = 333CE Si 03 lt CE lt T
entonces y = 1
Si CE ge T entonces y = a + bCE
a = 1 - bT
T = f(meacutetodo cultivo textura) b = f(T)
pH y = aexp[-(pH - b)22c2] a = 10 b c = f(cultivo)
P
Si P le max (cultivo y meacutetodo) Entonces y = (ab + cPd)(b + Pd)
Si P gt max(pendiente y meacutetodo)
Entonces y = a - b[exp(-cPd)] O sino y = 1
a = 926 x 106 c = 10 d = 306
a = 1 b = 45 d = -2
b = f(cultivo CO textura meacutetodo)
c =f(pendiente CO textura meacutetodo)
CO y = a1 + b[exp(-cCC)] a = 1 b = 501 c = (MO textura meacutetodo)
Indicador de calidad de suelo aditivo simple (SQSA)
El SQSA se estimoacute siguiendo el meacutetodo descrito por Amacher et al (2007) En este meacutetodo los
paraacutemetros del suelo recibieron valores umbral basados principalmente en lo reportado por
Mukherjee y Lal (2014) Los niveles de umbral las interpretaciones y los valores de puntaje del
iacutendice de suelo asociados se presentan en la Tabla 2-4 Los valores del indicador individual se
sumaron para obtener el SQSA a traveacutes de la Ecuacioacuten 12
SQSA =scTt minus scMin
SCMax minus SCMin Ecuacioacuten 12
Donde SCTt = Puntuacioacuten total alcanzada por cada unidad experimental de cada tratamiento SCMin
= Puntuacioacuten miacutenima posible y SCMax = Puntuacioacuten maacutexima posible
El conjunto miacutenimo de datos del experimento ExPtRo incluyoacute las propiedades pH CE P CICE
Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO y StockC Debido a que no se midieron en ExPtSp no
se consideroacute PT y en ExTom no se incluyeron PT AGG DMG ni DMP
68 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-6 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SMAF para los
tratamientos de cada experimento evaluado
Paraacutemetro ExTom ExPtSp ExPtRo
Clase Paraacutemetro Clase Paraacutemetro
Taxonomiacutea Andic Dystrudepts Typic Hapludand
Cultivo Tomate Papa
MO 4 Udepts 2 Udands
Textura 2 Franca 2 Franca
Clima 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt 2 lohi-lt170 diacuteas y gt=550ppt
Fe2O3 2 No ultisoles 2 No ultisoles
Mineral 3 Otro 3 Otro
Regioacuten 2 Huacutemeda 2 Huacutemeda
pH oacuteptimo 65 625
pH rango 22 205
CE T 25 17
CE T 11 arena 443 301
CE dT 99 12
CE m -0497753789 -0555869656
CE method 1 Pasta saturada 1 Pasta saturada
Pendiente 1 0-2 1 0-2
Ambiente 160 160
P meacutetodo 3 Bray 3 Bray
P oacuteptimo 24 19
P maacuteximo 30 25
P f(cultivo) 590 293
Meterorizacioacuten 3 Ligeramente Todos los otros 3 Ligeramente Todos los otros
Pmet X Meteor 33 33
Factor de
meacutetodo 1 1
SMAF asigna un valor dependiendo de la caracteriacutestica del suelo estudiado
Indicador de calidad de suelo aditivo ponderado (SQW)
Para calcular SQW se siguioacute este procedimiento
Caacutelculo de Sc A cada paraacutemetro del suelo se le asignoacute un puntaje (Sc) que va de 0 a 1 mediante el
uso de funciones de puntaje lineal (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Los paraacutemetros
del suelo se dividieron en grupos basados en tres funciones de algoritmos matemaacuteticos usualmente
utilizados para anaacutelisis de calidad del suelo (Andrews et al 2002 Hussain et al 1999 Glover et
al 2000 Karlen y Stott 1994 Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) (a) maacutes es mejor (pej
DMG StockC y CAD) en donde cada observacioacuten se dividioacute por el valor observado maacutes alto de
todo el conjunto de datos de modo que el valor maacutes alto tendriacutea una puntuacioacuten de 1 (b) menos es
mejor (pej Db) en donde el valor observado maacutes bajo de todo el conjunto de datos se dividioacute por
cada observacioacuten de modo que el valor maacutes bajo recibioacute una puntuacioacuten de 1 y (c) oacuteptimo (pej
pH y CE) en donde los paraacutemetros oacuteptimos se puntuaron hasta un valor umbral como maacutes es
mejor y posteriormente los valores umbral superiores se puntuaron como menos es mejor
(Mukherjee y Lal 2014)
69 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Caacutelculo de Sw Se asigna arbitrariamente un subponderador (Sw) a cada variable en funcioacuten de su
importancia dentro de la propiedad funcional particular del suelo Sw se asignoacute de acuerdo con este
orden de importancia mediciones de campo (Db) gt mediciones de laboratorio (pH CE P CICE
CA CAD CO) gt paraacutemetros obtenidos a partir de otros paraacutemetros (AGG DMG DMP y
StockC) Los Sw de cada variable del suelo se sumaron a 1 bajo cada propiedad funcional del
suelo capacidad de suministro de nutrientes (CSN) capacidad de almacenamiento de agua (CAA)
y capacidad de desarrollo de la raiacutez (CDR) (Fernandes et al 2011 Karlen y Stott 1994
Mukherjee y Lal 2014)
Caacutelculo de Swc Es el puntaje ponderado Se multiplica el Sc de cada variable de cada unidad
experimental por su Sw asignado
Caacutelculo de WFP Se asigna un ponderador (W) a cada propiedad funcional (FP) de acuerdo con el
nuacutemero de indicadores representativos en el modelo (Fernandes et al 2011) dividiendo el nuacutemero
de variables asignado a cada FP entre el nuacutemero de variables total (p ej WFP para NSC =
Cantidad de variables de NSC (Cantidad de variables para NSC + Cantidad de variables para
WSC + cantidad de variables para RDC)
Caacutelculo de SFP Se hace la sumatoria de los Scw de cada FP de cada unidad experimental
Caacutelculo de SQW El SQW para cada unidad experimental de cada experimento se calculoacute mediante
dos teacutecnicas de agregacioacuten la teacutecnica aditiva ponderada y la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 13 y Ecuacioacuten 14 respectivamente
SQW(A) = sum SFP times WFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 13
SQW(P) = prod SFPWFP
FP=n
FP=1
Ecuacioacuten 14
n NSC WSC RDC
70 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador de calidad del suelo utilizando anaacutelisis de componentes principales (SQPCA)
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se utiliza para reducir la dimensionalidad de todo el
conjunto de variables correlacionadas mientras se conserva la mayor cantidad posible de sus
variaciones (Andrews et al 2002 Mukherjee y Lal 2014) Este meacutetodo es maacutes objetivo pues en
lugar de incluir la opinioacuten subjetiva de expertos yo la revisioacuten de la literatura utiliza una serie de
herramientas estadiacutesticas (correlacioacuten muacuteltiple anaacutelisis factorial y de agrupamiento) que evitariacutea
cualquier sesgo y redundancia (Andrews et al 2002) En otras palabras el PCA se seleccionoacute
como una de las herramientas de reduccioacuten de datos y de seleccioacuten de propiedades del suelo
(Mukherjee y Lal 2014)
Para el anaacutelisis se tuvieron en cuenta los componentes principales (PC) con autovalores altos (ge 1)
los cuales representan la maacutexima variacioacuten en el conjunto de datos (Andrews et al 2002) Se
asignoacute un valor de ponderacioacuten (Wc) a cada componente dividiendo el porcentaje de varianza del
PC entre la varianza acumulada del uacuteltimo PC seleccionado Para realizar el anaacutelisis se utilizoacute el
software R v 402 (R Core Team 2019) Por cada PC se seleccionoacute la variable de suelo con
mayor factor de carga o autovector (FL) Al igual que SQW SQPCA para cada unidad experimental
de cada experimento se calculoacute mediante las teacutecnicas aditiva ponderada y de agregacioacuten
geomeacutetrica (OECD-JRC 2008) a traveacutes de la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
SQPCA(A) = sum Sc times Wc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 15
SQPCA(P) = prod ScWc
c=n
c=1
Ecuacioacuten 16
Donde Sc = Valor normalizado de la propiedad del suelo (c) es igual a Sc en el caacutelculo de SQW
Indicador de calidad del suelo utilizando regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (SQPLSR)
El anaacutelisis de regresioacuten de miacutenimos cuadrados parciales (PLSR) es un meacutetodo de anaacutelisis de datos
estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal
muacuteltiple el anaacutelisis de correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de regresioacuten que correlaciona muacuteltiples variables independientes con muacuteltiples o
individuales variables dependientes (Xing et al 2020) En este estudio se adoptoacute el meacutetodo PLSR
71 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con una uacutenica variable dependiente
(SQI) La diferencia entre PLSR y PCA radica en que los componentes extraiacutedos por PLSR no solo
pueden resumir bien la informacioacuten del conjunto de variables independientes sino que tambieacuten
explica mejor la variable dependiente (Xing et al 2020)
Para estimar SQPLSR primero se deben generar los coeficientes de regresioacuten a partir del algoritmo
del PLSR Una explicacioacuten matemaacutetica maacutes detallada se puede encontrar en las siguientes
referencias Chong y Jun 2005 de Jong 1993 Mehmood et al 2011 2012 Xing et al 2020
Estos coeficientes se utilizaron como ponderadores para cada variable y unidad experimental Con
el fin de que SQPLSR se presentara en un rango de 0 a 1 se aplicoacute una doble estandarizacioacuten a los
coeficientes Primero se estandarizaron aplicando la Ecuacioacuten 17
Cs = CO minus CMn
CMx minus CMn Ecuacioacuten 17
Donde Cs = Coeficiente estandarizado CO = Coeficiente generado por PLSR para la propiedad y
unidad experimental especiacutefica CMn = Miacutenimo coeficiente del conjunto de datos para la propiedad
especiacutefica de suelo (pej pH) CMx = Maacuteximo coeficiente del conjunto de datos para la misma
propiedad Luego se estandarizaron los valores de todas las variables de cada unidad experimental
aplicando la Ecuacioacuten 18
Wc = Cs
sum ScSc=1Sc=n
Ecuacioacuten 18
Wc = peso o ponderador aplicado a cada propiedad normalizada (Sc)
SQPLSR(A) y SQPLSR(P) se calculoacute mediante la Ecuacioacuten 15 y Ecuacioacuten 16 respectivamente
2244 Comparacioacuten entre indicadores
Para los experimentos ExTom y ExPtSp se evaluaron los SQI estimados con los cinco meacutetodos con
los datos de rendimiento cantidad de abono orgaacutenico y fertilizante aplicado mediante el caacutelculo de
los coeficientes de correlacioacuten de Pearson
72 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2245 Anaacutelisis estadiacutesticos
Los anaacutelisis se realizaron con el software R v 402 (R Core Team 2020) Para todas las variables
estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por medio de graacuteficos
boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y realizando pruebas
de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de la libreriacutea normtest
(Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste para encontrar la
transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la libreriacutea MASS (Ripley
et al 2017) Los coeficientes de correlacioacuten de Pearson se calcularon con las ayudas centrales de
R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae (Mendiburu 2017)
se realizoacute un anaacutelisis de varianza univariado y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey Los
coeficientes de regresioacuten del PLSR se calcularon mediante el paquete pls (Mevik et al 2019)
225 Resultados
2251 SQSMAF
Una vez se calcularon los algoritmos y funciones se obtuvieron los puntajes (y) para cada
propiedad de suelo evaluada en cada tratamiento de los tres experimentos (Tabla 2-7) A
excepcioacuten de las propiedades fiacutesicas para ExPtRo todas las propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas para los tres experimentos presentaron una puntuacioacuten mayor a 08 El suelo en ExPtRo
presentaba una capacidad de agua disponible (CAD) que lo ubicaba dentro del umbral de bajo
mientras los suelos para ExTom y ExPtSp se ubicaban en el umbral de adecuado (Tabla 2-4) Esto
condujo a que la puntuacioacuten de CAD para ExPtRo estuviera entre 033 y 038 lo cual generoacute que
su puntuacioacuten para las propiedades fiacutesicas fuera de 075 077 y 074 para los tratamientos PaArPa
PaAvAr y PaPaAv respectivamente
73 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-7 Paraacutemetros utilizados para procesar los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de
suelo SQSMAF para los tres experimentos evaluados
Trat
Fiacutesicas Quiacutemicas Bioloacutegicas Total
y Scr NPr SQFs
y Scr NPr SQQm
y Scr NPr SQBl ScrT NPrT
AGG CAD Db CE pH P CO
ExPtTom
ChC 083 --- 099 182 200 091 a 100 099 100 299 300 100 a 098 098 100 098 a 580 600
OrC 087 --- 099 186 200 093 a 089 099 100 288 300 096 a 100 100 100 100 a 574 600
Mx1 086 --- 099 186 200 093 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 584 600
Mx2 085 --- 099 184 200 092 a 100 100 100 300 300 100 a 098 098 100 098 a 583 600
Mx3 083 --- 099 182 200 091 a 100 100 100 300 300 100 a 100 100 100 100 a 582 600
ExPtSp
Barbecho 089 079 099 267 300 089 a 100 098 100 298 300 099 a 100 100 100 100 a 665 700
Control 090 072 099 261 300 087 a 051 096 089 236 300 079 d 100 100 100 100 a 597 700
As 090 079 099 268 300 089 a 100 095 100 295 300 098 b 100 100 100 100 a 663 700
AsSp 090 083 099 272 300 091 a 100 094 048 242 300 081 c 100 100 100 100 a 614 700
AsSp25 090 084 099 273 300 091 a 100 098 100 298 300 099 ab 100 100 100 100 a 671 700
AsSp50 091 082 099 273 300 091 a 100 097 100 297 300 099 ab 100 100 100 100 a 670 700
ExPtRo
PaArPa 091 033 099 224 300 075 a 088 097 098 283 300 094 a 100 100 100 100 a 607 700
PaAvAr 096 035 099 230 300 077 a 075 099 100 274 300 091 a 100 100 100 100 a 603 700
PaPaAv 085 038 099 222 300 074 a 100 100 100 300 300 100 a 099 099 100 099 a 621 700
Trat Tratamiento y puntaje obtenido para cada variable AGG Estabilidad de agregados CAD Contenido de
agua disponible Db Densidad aparente CE Conductividad eleacutectrica CO Carbono orgaacutenico Scr Puntaje acumulado
NPr Nuacutemero de propiedades del suelo para el grupo especiacutefico SQFs Qm Bl Puntaje obtenido en cada grupo ScrT
Sumatoria de todos los Scr y NPrT Nuacutemero total de propiedades del suelo evaluadas
2252 SQSA
Para los tres experimentos evaluados la puntuacioacuten total estuvo cercana al rango medio del umbral
de maacutexima puntuacioacuten posible (Tabla 2-8) En ExTom el tratamiento Mx1 alcanzoacute un puntaje de 9
de 18 En este tratamiento de las nueve propiedades evaluadas solo pH P y Db se encontraban
dentro del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) alcanzando el mayor puntaje individual El tratamiento
Control de ExPtSp que obtuvo un puntaje de 11 no superoacute el promedio del puntaje posible para
este experimento (26) Lo mismo ocurrioacute con PaArPa de ExPtRo que tan solo obtuvo 12 de 28
puntos En ambos experimentos la baja puntuacioacuten obedecioacute a que las propiedades CE PT AGG
DMP CA y CAD se encontraban por fuera del umbral oacuteptimo o adecuado (Tabla 2-4)
74 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-8 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQSA para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DMG DMP CA CAD CO StockC Punt Total
Min Max Total
ExTom
ChC 2 0 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 10
OrC 2 1 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 13
Mx1 2 0 2 0 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 9
Mx2 2 1 2 1 2 --- --- --- --- 1 1 0 1 2 18 11
Mx3 2 0 2 2 2 --- --- --- --- 1 1 1 1 2 18 11
ExPtSp
Barbecho 2 1 2 1 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 15
Control 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 0 2 3 2 26 11
As 0 0 2 1 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 12
AsSp 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp25 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 1 1 2 3 2 26 13
AsSp50 0 0 2 2 2 --- 0 0 1 0 1 2 3 2 26 13
ExPtRo
PaArPa 0 0 2 1 1 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 12
PaAvAr 2 0 2 1 2 2 1 1 1 0 0 2 3 2 28 16
PaPaAv 2 0 2 1 2 2 0 0 1 0 0 2 3 2 28 14
CE Conductividad eleacutectrica CICE Caopacidad de intercambio catioacutenico efectiva Db Densidad aparente PT
Porosidad total AGG Estabilidad de agregados DMG Diaacutemetro medio geomeacutetrico DMP Diaacutemetro medio ponderado
CA Contenido de agua CAD Contenido de agua disponible CO Carbono orgaacutenico StockC Stock de carbono Punt
Puntaje Min Miacutenimo y Max Maacuteximo
2253 SQW
Para ExTom los puntajes (Sc) maacutes bajos los presentoacute StockC para la propiedad funcional
capacidad de suministro de nutrientes (CSN) y CAD para capacidad de almacenamiento de agua
(CAA) lo cual generoacute un puntaje ponderado (Scw) bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
ExPtSp y ExPtRo obtuvieron un bajo Sc para CE dentro de CSN CD y CAD para CAA y AGG
DMG y DMP para la propiedad funcional capacidad de desarrollo de raiacuteces (CDR) lo cual generoacute
un Scw bajo en los tratamientos evaluados (Tabla 2-9)
Para los tres experimentos evaluados el mayor porcentaje de participacioacuten lo obtuvo la Capacidad
de Suministro de Nutrientes (CSN) A esta propiedad funcional se le asignoacute el ponderador (W) con
el mayor peso en respuesta a su mayor cantidad de propiedades (Tabla 2-10) CSN mostroacute
diferencias significativas para los tres experimentos evaluados En ExTom OrC obtuvo el mayor
puntaje (W SFP) en ExPtSp lo obtuvo Barbecho seguido de AsSp50 y en ExPoRo lo obtuvo
PaPaAv CAA solo presentoacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp AsSp25 y AsSp50
los tratamientos que obtuvieron el mayor puntaje (Tabla 2-10) ExPtRo obtuvo un puntaje muy
bajo en la propiedad funcional CAA pues sus propiedades hidrofiacutesicas (CD y CAD) estaban
75 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativamente alejadas del rango oacuteptimo (Tabla 2-4) CDR no mostroacute diferencias
significativas para ninguacuten experimento
Tabla 2-9 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat CSN CAA CDR
pH CE P CICE OC StockC CD CAD Db PT AGG DMG DMP
Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw Sc Scw
ExTom
ChC 10 02 07 01 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
OrC 10 02 10 02 10 02 10 02 07 01 05 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx1 10 02 08 01 10 02 07 01 06 01 04 00 10 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx2 10 02 10 02 10 02 08 01 05 01 04 00 09 05 05 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Mx3 10 02 06 01 10 02 10 02 07 01 05 00 09 05 04 02 10 10 --- --- --- --- --- --- --- ---
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 10 --- --- --- ---
ExPtSp Barbecho 10 02 10 02 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 04 01 04 01 02 00
Control 09 02 03 01 10 02 10 02 10 02 10 01 04 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
As 09 02 03 01 10 02 09 02 10 02 10 01 05 02 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp 09 02 04 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp25 10 02 04 01 09 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
AsSp50 10 02 05 01 10 02 10 02 10 02 10 01 05 03 04 02 10 04 --- --- 05 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 04 --- 02 02 02
ExPtRo PaArPa 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 01 01 09 02 10 03 05 01 04 01 03 00
PaAvAr 10 02 04 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 05 01 05 01 03 00
PaPaAv 10 02 06 01 10 02 08 01 10 02 10 01 02 01 02 01 10 03 10 03 04 01 04 01 02 00
Sw 02 02 02 02 02 01 05 05 03 03 03 01 01
CSN Capacidad de suministro de nutrientes CAA Capacidad de almacenamiento de agua CDR Capacidad
de Desarrollo de Raiacuteces Sc puntaje Sw subponderador Scw Puntaje ponderado Los significados para las
propiedades del suelo se pueden apreciar en la Tabla 2-7
2254 SQPCA
Todos los experimentos incluyeron el conjunto total de datos para hacer el anaacutelisis de componentes
principales (PCA) No obstante para estimar SQPCA en cada experimento se tuvo en cuenta un
nuacutemero variable de propiedades de suelo correspondiente a un diferente nuacutemero de componentes
principales (PC) (Tabla 2-11) ExTom incluyoacute tres PC que representan a las propiedades P CAD
y StockC (Tabla 2-12) las cuales obtuvieron un mayor factor de carga en su respectivo PC
ExPtSp incluyoacute cinco PC correspondientes a pH CE CICE Db y StockC mientras que ExPtRo
incluyoacute cuatro PC correspondientes a CE Db AGG y CAD (Tabla 2-12)
76 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-10 Resultados de los algoritmos de estimacioacuten del indicador de calidad de suelo SQW para los tres
experimentos evaluados
Trat
CSN CAA CDR
sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP sumSwc (SFP)
W SFP
ExTom ChC 076 051 c 066 068 015 a 020 100 011 a 014
OrC 089 059 a 069 071 016 a 018 100 011 a 013
Mx1 078 052 bc 066 071 016 a 020 100 011 a 014
Mx2 082 055 b 067 069 015 a 019 100 011 a 014
Mx3 082 055 b 068 067 015 a 019 100 011 a 014
W 067 022 011
ExPtSp Barbecho 098 049 a 064 045 0075 ab 010 062 021 a 027
Control 085 043 cd 061 040 0067 b 010 062 021 a 030
As 084 042 d 060 046 0076 ab 011 062 021 a 029
AsSp 086 043 c 060 048 0080 a 011 062 021 a 029
AsSp25 087 044 bc 060 049 0081 a 011 062 021 a 029
AsSp50 089 045 b 061 048 0079 a 011 063 021 a 028
W 050 017 033
ExPtRo PaArPa 084 039 b 057 017 003 a 004 069 027 a 039
PaAvAr 085 039 b 056 016 003 a 004 073 028 a 040
PaPaAv 090 041 a 059 019 003 a 004 069 026 a 037
W 046 015 038
CSN Propiedad funcional Capacidad de suministro de nutrientes CAA propiedad funcional Capacidad de
almacenamiento de agua CDR propiedad funcional Capacidad de Desarrollo de Raiacuteces sumSwc = SFP
Sumatoria de los Swc de cada propiedad funcional (Tabla 2-9) W ponderador
Tabla 2-11 Paraacutemetros establecidos para calcular el indicador de calidad de suelo SQPCA para los tres
experimentos evaluados despueacutes de correr el anaacutelisis de componente principales (PCA) ExTom ExPtSp ExPtRo
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC1 PC2 PC3 PC4
Autovalores 193 145 128 180 157 150 125 102 210 191 150 114
Varianza 041 024 018 027 021 019 013 009 034 028 017 010
Varianza Acumulada 041 065 083 027 048 066 079 088 034 062 079 089
Wc 050 028 022 031 023 021 015 010 038 031 019 011
Propiedad Auto vectores o factores de carga (FC)
pH -065 -038 -031 -033 -034 045 -065 005 -065 -042 029 -053
CE 032 -063 -038 015 034 -071 033 003 038 -007 -036 084
P -053 -039 -068 000 025 -070 024 015 -015 070 -033 -009
CICE -071 -040 055 -033 -027 -041 -012 061 -067 -048 018 010
DMG --- --- --- 000 031 -026 -062 047 081 -053 -003 -014
DPM --- --- --- 095 018 009 -015 007 083 -042 -001 -026
AGG --- --- --- 095 014 014 -008 007 086 -041 -001 -021
PT --- --- --- --- --- --- --- --- -025 -080 -051 001
Db 027 -049 -045 095 019 009 -015 005 005 089 038 -007
CA -057 065 -046 -023 063 059 030 033 -059 028 -064 -017
CAD -059 071 -034 -023 060 061 035 029 -053 -022 -078 -012
CO -091 -019 023 -032 074 -011 -023 -044 057 022 -062 -025
StockC -090 -023 020 -027 078 -022 -050 -014 051 070 -030 -025
PC Componente Principal W = Ponderador Significados para propiedades del suelo en la Tabla 2-7
77 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Las propiedades CAD y CO de ExTom obtuvieron un puntaje (Sc) bajo y medio respectivamente
para todos los tratamientos Todos los tratamientos excepto barbecho de ExPtSp obtuvieron un
puntaje bajo para CE mientras que para ExPtRo CAD obtuvo un puntaje muy bajo y AGG y CE
medio (Tabla 2-12)
Tabla 2-12 Puntuacioacuten (Sc) obtenida por cada propiedad del suelo para el caacutelculo del indicador de calidad
de suelo SQPCA para los tres experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db AGG CAD CO StockC
Sc
ExTom
ChC --- --- 10 --- --- --- 04 05 ---
OrC --- --- 10 --- --- --- 05 07 ---
Mx1 --- --- 10 --- --- --- 05 06 ---
Mx2 --- --- 10 --- --- --- 05 05 ---
Mx3 --- --- 10 --- --- --- 04 07 ---
ExPtSp
Barbecho 10 10 --- 09 10 --- --- --- 10
Control 09 03 --- 10 10 --- --- --- 10
As 09 03 --- 09 10 --- --- --- 10
AsSp 09 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp25 10 04 --- 10 10 --- --- --- 10
AsSp50 10 05 --- 10 10 --- --- --- 10
ExPtRo
PaArPa --- 04 --- --- 09 05 01 --- ---
PaAvAr --- 04 --- --- 10 05 02 --- ---
PaPaAv --- 06 --- --- 10 04 02 --- ---
2255 SQPLSR
En general los ponderadores (Wc) no superaron el 30 (03) para ninguna propiedad en los tres
experimentos evaluados (Tabla 2-13) El anaacutelisis produjo diferentes Wc para cada tratamiento y
propiedad en los tres experimentos En promedio las propiedades CE CICE y CAD generaron el
mayor aporte a la calidad del suelo en ExTom mientras que P lo hizo para ExPtSp y StockC para
ExPtRo En ExpTom la Db no produjo un aporte al modelo (Wc = 000) Lo mismo ocurrioacute para
Db CO y StockC para ExPtSp y P PT y CO para ExPtRo (Tabla 2-13)
2256 Comparacioacuten de SQI
En general los indicadores de calidad SQPLSR(A) y SQPLSR(P) no mostraron diferencias
significativas entre los tratamientos de ninguacuten experimento SQSMAF generoacute el mayor valor
promedio de SQ en los tres experimentos mientras que SQSA mostroacute la tendencia contraria Se
aprecia una diferencia en las teacutecnicas de agregacioacuten aditiva (A) y geomeacutetrica (P) siendo la primera
78 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
la que produce los resultados maacutes altos de SQ para todos los experimentos y tratamientos
evaluados (Figura 2-1)
Figura 2-1 Puntaje obtenido para los indicadores de calidad de suelo (SQ) para todos los tratamientos de
los tres experimentos evaluados ExTom (arriba) ExPtSp (medio) y ExPtRo (abajo) SMAF
SQSMAF SA SQSA W(A) SQW(A) W(P) SQW(P) PCA(A) SQPCA(A) PCA(P) SQPCA(P)
PLSR(A) SQPLSR(A) PLSR(P) SQPLSR(P) (A) Aditivo (P) Producto
a a a a a
b
a
b
abab
c
abc b b
c
abc b bc
c
a abcbc
ab
b
a
ab ab aba
a
a a aa
a
aa a
0
02
04
06
08
1
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
a
c
ab
a a
a
dc b b b
ad d c bc ba
d cd bc b b
a
c c c b ba
e e d c b
a aa
aa
aa a a
aa
a
0
02
04
06
08
1
Barbecho Control As AsSp AsSp25 AsSp50
SQ
-P
un
taje
a aa
b
a a
b ab a
b ab aa
a a
aa a
aa
a
aa
a
0
02
04
06
08
1
PaArPa PaPaAv PaAvAr
Tratamiento
SMAF SA W(A) W(P) PCA(A) PCA(P) PLSR(A) PLSR(P)
79 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-13 Paraacutemetros utilizados para calcular el indicador de calidad de suelo SQPLSR para los tres
experimentos evaluados
Trat pH CE P CICE Db PT AGG DGM DPM CA CAD CO StockC
Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc Cs Wc
ExpTom ChC 000 000 025 018 000 000 027 021 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 030 018 032 019 016 011 018 013
OrC 000 000 029 017 000 000 017 007 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 067 027 075 031 027 009 029 009
Mx1 000 000 077 027 000 000 051 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 039 013 053 017 036 013 036 013
Mx2 000 000 033 012 000 000 073 027 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 016 005 029 009 064 024 065 024
Mx3 000 000 088 018 000 000 087 018 000 000 --- --- --- --- --- --- --- --- 055 011 075 016 087 018 087 018
ExPtSp Barbecho 016 004 007 002 064 016 078 020 000 000 --- --- 055 013 040 009 048 012 053 012 054 012 000 000 000 000
Control 046 010 019 004 061 013 086 018 000 000 --- --- 057 010 051 009 053 010 066 013 066 013 000 000 000 000
As 047 009 028 006 084 017 074 014 000 000 --- --- 058 011 050 009 053 010 061 012 061 012 000 000 000 000
AsSp 023 005 019 004 082 017 079 017 000 000 --- --- 051 010 051 010 049 010 064 013 063 013 000 000 000 000
AsSp25 021 006 003 001 078 020 089 023 000 000 --- --- 061 014 051 011 057 012 029 007 029 007 000 000 000 000
AsSp50 098 021 098 020 099 021 010 002 000 000 --- --- 023 004 029 005 020 004 054 011 054 011 000 000 000 000
ExPtRo PaArPa 057 010 024 004 000 000 030 005 071 013 000 000 080 015 082 015 077 014 010 002 032 006 000 000 086 016
PaAvAr 036 009 025 006 000 000 013 003 025 006 000 000 064 015 058 014 059 014 028 006 021 005 000 000 098 023
PaPaAv 091 015 083 013 000 000 068 012 094 015 000 000 027 004 023 004 027 004 072 011 073 011 000 000 070 010
Cs Coeficiente estandarizado Wc Ponderador
SQSMAF solo mostroacute diferencias significativas en ExPtSp siendo AsSp25 y AsSp50 los
tratamientos que produjeron una menor degradacioacuten del suelo (excluyendo a Barbecho) con 096
Seguacuten los resultados de SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) en ExTom el tratamiento
OrC mostroacute una mayor calidad de suelo con 069 087 086 070 y 067 respectivamente En
ExPtSp la mayor calidad de suelo la generoacute el tratamiento AsSp50 (excluyendo a Barbecho) con
046 073 071 088 y 084 respectivamente En ExPtRo la mayor calidad de suelo la produjo el
tratamiento PaAvAr con 053 070 062 059 y 048 respectivamente
En cuanto a la correlacioacuten entre los indicadores SQSMAF se correlacionoacute significativamente con
todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPLSR(A) SQSA y SQW(A) se correlacionoacute
significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) y SQPCA(P) SQW(P) se
correlacionoacute significativamente con todos los indicadores excepto con SQPCA(A) Este uacuteltimo solo
se correlacionoacute significativamente con SQPCA(P) que a su vez solo se correlacionoacute con SQSMAF y
SQW(P) SQPLSR(A) se correlacionoacute significativamente con SQSA SQW(A) SQW(P) y SQPLSR(P)
Este uacuteltimo no mostroacute una correlacioacuten significativa con SQPCA(A) y SQPCA(P) (Tabla 2-14)
80 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-14 Matriz de correlacioacuten entre los indicadores de calidad de suelo (SQ) evaluados en los tres
experimentos = P lt 005 = P lt 001 = P lt 0001 Rendimiento 048 058 077 067 -062 -046 020 040
SQSMAF 044 069 075 016 031 029 052
SQSA 078 066 -017 -007 046 053
SQW(A) 096 -009 009 044 067
SQW(P) 011 029 038 066
SQPCA(A) 098 007 012
SQPCA(P) 012 023
SQPLSR(A) 092
SQPLSR(P)
Se aprecian diferencias entre el comportamiento de la correlacioacuten con las dos teacutecnicas de
agregacioacuten (A) y (P) Siendo esta uacuteltima la que maacutes correlaciones significativas presentoacute (Tabla
2-14)
En ExTom existe una correlacioacuten negativa significativa entre el rendimiento y los indicadores de
calidad del suelo SQSA SQW(A) y SQw(P) Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado existe una
correlacioacuten significativa con SQPLSR(A) y SQPLSR(P) altamente significativa con SQPCA(A) y
SQPCA(P) y muy altamente significativa con SQSA SQW(A) y SQW(P) En cuanto a la correlacioacuten
con la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica aplicado se presentaron las mismas
significancias mostradas con el abono orgaacutenico pero en sentido negativo (Tabla 2-15)
Tabla 2-15 Matriz de correlacioacuten entre el rendimiento y la cantidad de abonos y fertilizantes aplicados al
suelo con los resultados de cada indicador de calidad del suelo evaluado = P lt 005 = P lt 001 =
P lt 0001 SQSMAF
SQSA SQW SQPCA SQPLSR
Fs Ch Bl SMAF NSC WSC RDC (A) (P) (A) (P) (A) (P) ExTom
Rendimiento -017 033 -018 025 -062 -066 -014 061 -064 -063 -036 -035 -033 -028
Abono
Orgaacutenico
019 -038 056 -024 080 088 014 -084 084 083 073 072 056 053
Fertilizante -019 038 -056 024 -080 -088 -014 084 -084 -083 -073 -072 -056 -053
ExPtSp
Rendimiento 007 -039 -002 -033 -010 -035 -018 038 -021 -016 -039 -038 -038 -038
Abono
Orgaacutenico
045 067 -013 072 061 023 051 -001 051 053 042 053 020 023
Fertilizante -046 -078 014 -081 -062 -048 -049 -004 -071 -067 -069 -078 -030 -034
ExPtRo
Rendimiento -019 041 -040 033 046 083 046 -015 071 074 034 024 064 042
81 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En ExPtSp no se presentaron correlaciones significativas entre ninguacuten indicador con el
rendimiento Entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado se presentoacute una correlacioacuten significativa
con SQPCA(P) SQW(A) y SQw(P) altamente significativa con SQSA y muy altamente significativa
con SQSMAF Entre la cantidad de fertilizante aplicado se presentoacute una correlacioacuten negativa
altamente significativa con SQSA y SQw(P) y muy altamente significativa con SQSMAF SQW(A)
SQPCA(A) y SQPCA(P) En ExPtRo el rendimiento se correlacionoacute significativamente con SQW(A) y
SQPLSR(A) y muy significativamente con SQW(P) (Tabla 2-15)
226 Discusioacuten
2261 Ventajas y desventajas de los meacutetodos evaluados
SMAF realiza el anaacutelisis subdividiendo las propiedades del suelo en grupos propiedades quiacutemicas
fiacutesicas y bioloacutegicas con el objetivo de identificar sus contribuciones relativas al indicador general
(Cherubin et al 2016b) Este enfoque identifica los grupos con los puntajes de SQFs SQQm o
SQBl maacutes bajos para que los administradores del suelo puedan decidir apropiadamente sobre
coacutemo restaurar o mejorar de manera maacutes eficiente la calidad del suelo en un aacuterea especiacutefica
(Karlen et al 2014b) Aunque en el presente estudio se siguieron las reglas planteadas por
Andrews et al (2004) en ExTom y ExPtRo no se aprecian diferencias significativas entre
tratamientos para SQSMAF Esto sugiere que SQSMAF presenta una muy baja sensibilidad a los
cambios en el suelo como respuesta a los tratamientos evaluados Esto concuerda con lo reportado
por Peltre et al (2012) quienes mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto
de la aplicacioacuten de enmiendas orgaacutenicas solo son evidentes a largo plazo En ExTom y ExPtSp se
evaluoacute un uacutenico ciclo de produccioacuten En experimentos estacionales se deben evaluar propiedades
con alta y raacutepida sensibilidad a la perturbacioacuten quiacutemica fiacutesica yo bioloacutegica del suelo De los tres
grupos las propiedades bioloacutegicas son las maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Nannipieri
1984 Bergstrom et al 1998 Beyer et al 1999 Ndiaye et al 2000) En los tres experimentos la
uacutenica propiedad incluida en el grupo de propiedades bioloacutegicas en SMAF fue el contenido total de
carbono orgaacutenico (CO) Como lo expone Peltre et al (2012) esta propiedad variacutea
significativamente a mediano y largo plazo y su efecto en las plantas se ve en el mismo lapso Esta
variacioacuten solo fue evidente en el corto plazo en ExTom debido a que se aportoacute una gran cantidad
de abono orgaacutenico al suelo No obstante esta variacioacuten no fue suficiente para que se expresara en
el resultado final de SQSMAF pues no se presentaron diferencias significativas Estas diferencias si
82 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
se presentaron en ExPtSp debido a la influencia del grupo de propiedades quiacutemicas del suelo En
este grupo el pH la CE y el P mostraron diferencias significativas (Tabla 2-4) lo que generoacute una
variacioacuten en el resultado de SQQm suficiente para producir diferencias significativas en el SQSMAF
de los tratamientos evaluados en este experimento Cabe aclarar que el carbono orgaacutenico
generalmente no se considera una propiedad bioloacutegica pues estas propiedades estaacuten relacionadas
con la presencia y actividad de microorganismos y fauna en el suelo Esto conlleva a discusiones
teacutecnicas sobre el uso de SMAF
En el indicador de calidad de suelo SQSA se asigna una puntuacioacuten a cada propiedad con base en
su ajuste a los umbrales oacuteptimo adecuado bajo o alto (Amacher et al2007) Estos umbrales son
definidos a partir de lo reportado en la literatura o la experiencia de los investigadores En este
estudio las puntuaciones individuales para aproximadamente la mitad de las propiedades
evaluadas en cada experimento se encontraban por fuera del rango oacuteptimo o adecuado Los
tratamientos que incluyeron el aporte de abono orgaacutenico (OrC de ExTom y AsSp25 y AsSp50 de
ExPtSp) obtuvieron un mayor puntaje de SQSA Esto concuerda con los resultados del anaacutelisis de
correlacioacuten en donde se aprecia una alta colinealidad entre la cantidad de abono orgaacutenico aplicado
y SQSA para ExPtSp y ExTom (Tabla 2-15) SQSA muestra una alta sensibilidad a los cambios
generados en el suelo como respuesta a los tratamientos aplicados Esto se demuestra porque en
todos los experimentos se presentan diferencias significativas entre los tratamientos evaluados
(Figura 2-1) Esta teacutecnica es relativamente maacutes faacutecil en comparacioacuten con los otros meacutetodos pues
la calificacioacuten requiere solamente de la revisioacuten de literatura y opiniones de expertos (Mukherjee y
Lal 2014) La desventaja de SQSA es que implica un alto nivel de subjetividad y se basa
principalmente en el punto de vista del investigador
El indicador SQW asigna una puntuacioacuten a cada propiedad del suelo como lo hace SQSA en funcioacuten
de umbrales La diferencia radica en que SQW solo tiene en cuenta el rango oacuteptimo de cada
propiedad (Tabla 2-4) SQW asigna los puntajes de acuerdo con la cercaniacutea o ubicacioacuten de la
propiedad dentro de ese umbral Algo valioso de este indicador es que agrupa las propiedades del
suelo en propiedades funcionales dentro de la relacioacuten suelo-planta Al tratarse de experimentos
agriacutecolas la capacidad del suelo para suministrar agua nutrientes y condiciones oacuteptimas para el
desarrollo de las raiacuteces de la planta cobra gran relevancia Sin embargo SQW asigna el peso (W) en
funcioacuten de la cantidad de variables incluidas en cada propiedad funcional del suelo Esto suma
cierto grado de subjetividad al anaacutelisis ya que no se puede relacionar W con el aporte real de la
propiedad funcional a la calidad del suelo sino con la cantidad de propiedades medidas Esta
83 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cantidad variacutea en respuesta a lo estipulado por los investigadores Para los tres experimentos la
propiedad funcional que mayor peso tuvo en el anaacutelisis fue la capacidad de suministro de
nutrientes (CSN) ya que evaluoacute la mayor cantidad de propiedades en los tres experimentos SQW
es el indicador que mostroacute una mayor sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los
tratamientos evaluados (Figura 2-1) en concordancia con lo encontrado por Cherubin et al
(2016a) y Lima et al (2013) La ventaja de SQW es que calcula el ponderador en funcioacuten del
disentildeo del experimento y del conjunto de datos asiacute compensa su nivel de subjetividad Sin
embargo la desventaja de SQw es que requiere un nuacutemero miacutenimo de paraacutemetros por cada
propiedad funcional del suelo que podriacutean ser costosos y dispendiosos en el caso praacutectico
(Mukherjee y Lal 2014)
El uso de PCA redujo el conjunto total de datos de nueve doce y trece a tres cinco y cuatro
componentes principales en ExTom ExPtSp y ExPtRo respectivamente que explicaban cerca del
90 de la variacioacuten total (Tabla 2-11) Dos ventajas se identifican en SQPCA Primero su
capacidad para predecir la calidad del suelo a partir de un conjunto miacutenimo de datos que
representan el conjunto total de paraacutemetros estudiados Segundo es un enfoque menos subjetivo
pues los ponderadores se asignan en funcioacuten de procesos estadiacutesticos (Andrews et al 2002
Mukherjee y Lal 2014) lo cual ayuda a evitar sesgos y redundancia de informacioacuten (Cherubin et
al 2026a) Y tercero este indicador puede utilizarse a largo plazo a traveacutes de la medicioacuten de las
propiedades maacutes representativas derivadas de anaacutelisis iniciales con PCA (Mukherjee y Lal 2014)
No obstante el meacutetodo de PCA requiere un gran conjunto de datos y es menos faacutecil de usar lo que
impone barreras a la adopcioacuten praacutectica para evaluaciones de la calidad del suelo (Cherubin et al
2016a) Ademaacutes los indicadores seleccionados pueden no ser significativos para los agricultores y
administradores del suelo (Andrews et al 2002) Al igual que SQW SQPCA mostroacute una gran
sensibilidad a la perturbacioacuten del suelo como respuesta a los tratamientos evaluados (Figura 2-1)
Similares resultados fueron reportados por Andrews et al 2002 y Cherubin et al (2016a)
A diferencia de SQPCA SQPLSR utiliza toda la informacioacuten cuantitativa (propiedades) y cualitativa
(tratamientos) del modelo para estimar la calidad del suelo (Obade y Lal 2016) Esto implica que
el PLSR asigne ponderadores (W) a cada unidad experimental y propiedad es decir asigna tantos
W como observaciones haya en la base de datos Esto conlleva a que en conjunto la variacioacuten
entre tratamientos no sea suficiente para producir diferencias significativas (Figura 2-1)
mostrando muy baja sensibilidad a la variacioacuten producida por los tratamientos en evaluacioacuten En
ninguno de los experimentos evaluados se presentoacute correlacioacuten con el rendimiento Resultados
84 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
similares obtuvieron Obade y Lal (2016) en su trabajo Otro aspecto importante es que al ser una
teacutecnica relativamente nueva y no tan faacutecil de procesar no se ha generado una amplia adopcioacuten
entre los investigadores del suelo
2262 Validacioacuten de los meacutetodos
Al hablar de calidad del suelo la discusioacuten entre objetividad y subjetividad sigue abierta Para unos
investigadores del suelo deberiacutea cobrar mayor importancia el conocimiento de los expertos Sin
embargo para muchos otros investigadores este puede derivar en diferentes enfoques volviendo
al problema de iquestQuieacuten tiene la razoacuten Al estudiar el efecto de diversos tratamientos sobre la
calidad del suelo en un experimento puntual la experiencia sobre el cultivo y su comportamiento
en unas condiciones edafoclimaacuteticas particulares podriacutea cobrar mayor validez No obstante con
este enfoque los resultados no podriacutean extrapolarse tan faacutecilmente a otras condiciones y el uso de
los mismos indicadores en otras condiciones despertariacutea dudas Para evitar sesgos podriacutea recurrirse
a ambos enfoques pues como se mostroacute en este trabajo en la literatura existen opciones
suficientes para evaluar la calidad del suelo con un grado de objetividad o subjetividad alto medio
o bajo
Para elegir entre los meacutetodos evaluados se debe tener en cuenta dos puntos i) la sensibilidad a la
variacioacuten entre tratamientos y ii) el valor de SQ obtenido En cuanto a la sensibilidad del indicador
se presentaron estos resultados SQW = SQPCA gt SQSA gt SQSMAF SQPLSR no mostroacute sensibilidad a
los cambios provocados en el suelo por los tratamientos aplicados Con respecto al segundo punto
es maacutes difiacutecil establecer cual es el indicador maacutes adecuado pues un mayor o menor puntaje entre
indicadores de calidad del suelo no implica necesariamente que el indicador refleje la realidad Es
necesario analizar ambos aspectos (i y ii) en conjunto Por ejemplo SQSMAF generoacute las mayores
puntuaciones en los tres experimentos mientras que SQSA generoacute los valores maacutes bajos pero
SQSMAF no produjo diferencias significativas entre los tratamientos de ExTom y ExPtRo mientras
que SQSA mostroacute una gran sensibilidad En teacuterminos generales la sensibilidad tendriacutea un mayor
grado de importancia por ende y en este caso particular se recomendariacutea el uso de SQSA
Algo que se evidencia en los tres experimentos es que los resultados de todos los indicadores son
consistentes Esto quiere decir que el mismo tratamiento obtuvo la mejor puntuacioacuten para todos
los indicadores de calidad del suelo que en ExTom fue OrC en ExPtSp ASSp50 (sin tener en
cuenta a Barbecho) y en ExPtRo PaAvAr (Figura 2-1)
85 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Un mecanismo utilizado ampliamente para verificar la viabilidad del indicador es su correlacioacuten
con la funcioacuten del suelo que se esteacute estudiando en este caso produccioacuten agriacutecola (rendimiento)
(Lima et al 2013 Mukherjee y Lal 2014) De los tres experimentos evaluados solo ExTom
mostroacute correlaciones significativas entre el rendimiento y algunos indicadores en este caso con
SQSA y SQW Dos aspectos importantes se derivan de este resultado El primero que la correlacioacuten
es negativa es decir entre mayor rendimiento menor calidad del suelo en concordancia con lo
encontrado por Lima et al (2013) El segundo que la correlacioacuten se presentoacute con los indicadores
con mayor grado de subjetividad y sensibilidad Con respecto al primer aspecto como ya se
mencionoacute el aporte de materia orgaacutenica exoacutegena generoacute un incremento de la calidad del suelo
pero este no se vio reflejado en un aumento del rendimiento Esto se debe a que el incremento del
aporte de este abono estaba acompantildeado de una reduccioacuten de la cantidad de fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuanto maacutes fertilizante se aplicoacute mayor rendimiento se obtuvo Con respecto al segundo
aspecto no se podriacutea afirmar que lo reportado en la literatura genera una mayor confianza en los
resultados finales pues la tendencia variacutea Por ejemplo en ExPtSp no se aprecian correlaciones
significativas entre ninguacuten indicador con el rendimiento
Para hacer la evaluacioacuten de los indicadores se siguieron las reglas planteadas por sus autores Sin
embargo la variacioacuten a corto plazo de las propiedades del suelo por efecto de los tratamientos no
estaacute representada adecuadamente en los indicadores SQSMAF y SQPLSR Es probable que sea
necesario evaluar otras propiedades bioloacutegicas incluiacutedas en el ExcelSMAF como carbono de la
biomasa microbiana actividad β-Glucosidasa o nitroacutegeno potencialmente mineralizable
Mukherjee y Lal (2014) con base en sus hallazgos tambieacuten sugieren la evaluacioacuten de diversas
propiedades bioloacutegicas Estas propiedades producen una mayor variacioacuten a corto plazo pues son
maacutes sensibles a la perturbacioacuten del suelo (Doran y Zeiss 2000) y se adaptariacutean mejor a
experimentos estacionales con cultivos de ciclo corto
Los dos meacutetodos de agregacioacuten aditivo (A) y geomeacutetrico o producto multiplicativo (P) siempre
mostraron la misma tendencia para los SQ que lo utilizaron Aunque (P) generoacute siempre un menor
nivel de calidad del suelo para el indicador mostroacute maacutes correlaciones significativas con los demaacutes
indicadores La teacutecnica aditiva aplica el supuesto de independencia preferencial de las propiedades
86 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
del suelo lo cual implica que hay compensacioacuten3 total entre estas y que independiente de su
valor es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En este caso si una propiedad puntual o
funcional del suelo obtiene un valor normalizado de cero este seraacute enmascarado por otra propiedad
con mayor valor Esto implica por ejemplo que un contenido excesivo de sales se contrarresta con
una capacidad de intercambio catioacutenica dentro del rango oacuteptimo El meacutetodo multiplicativo tambieacuten
implica la compensacioacuten entre propiedades aunque en este caso la tasa de compensacioacuten no es
constante variacutea en funcioacuten del valor de las propiedades y de los ponderadores A medida que una
propiedad se acerca al rango oacuteptimo su capacidad de compensacioacuten aumenta y viceversa es decir
a medida que el valor de una propiedad toma valores extremos lo mismo ocurre con su capacidad
de compensacioacuten Esto implica que una propiedad que tiene un valor normalizado alto genera un
alto grado de compensacioacuten pero si alguna propiedad obtiene un valor normalizado muy bajo que
indicariacutea que estaacute por fuera del umbral permitido generariacutea una disminucioacuten notable en el valor
del indicador sugiriendo una muy baja calidad del suelo
De acuerdo con los resultados obtenidos es difiacutecil definir la mejor teacutecnica de evaluacioacuten de la
calidad del suelo La eleccioacuten dependeraacute en gran medida de factores como el disentildeo del
experimento la eleccioacuten de las propiedades del suelo incluidos en el modelo y la interaccioacuten entre
aspectos ambientales versus rendimiento del cultivo (Mukherjee y Lal 2014) Sin embargo es
evidente que en cuanto al uso de indicadores de calidad del suelo en experimentos estacionales
SQPLSR no tiene el grado de sensibilidad necesaria y es probable que deban evaluarse maacutes
propiedades bioloacutegicas incluidas en SQSMAF si se quiere utilizar este indicador Con base en los
resultados seriacutea conveniente y viable utilizar dos o maacutes indicadores para dar mayor validez a los
resultados En ese sentido SQSA SQW(P) y SQPCA(P) son muy buenas opciones
Un aspecto clave es la seleccioacuten de indicadores Se sabe que la precisioacuten de la evaluacioacuten de la
calidad del suelo aumenta al utilizar tantos indicadores como sea posible Esto debido a la
naturaleza muy compleja del suelo que involucra sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas y
las interacciones resultantes
3 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de una propiedad que estaacute por fuera
del rango oacuteptimo con el de otras que si estaacuten dentro del rango y que por ende generan un mayor nivel de
calidad del suelo
87 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
227 Conclusiones
Los indicadores SQSA SQW(A) SQW(P) SQPCA(A) y SQPCA(P) detectaron eficientemente los
cambios de calidad en respuesta a los tratamientos aplicados al suelo Esto indica que en
experimentos estacionales los meacutetodos simples y faacuteciles de utilizar y analizar como SQSA fueron
tanto o maacutes efectivos que los meacutetodos maacutes complejos como SQPLSR Es recomendable el uso de
indicadores ponderados como SQW o SQPCA y de la teacutecnica de agregacioacuten geomeacutetrica o
multiplicativa (P) Aunque esta teacutecnica genera valores de SQ maacutes bajos refleja mejor el estado
individual de las propiedades del suelo evitando enmascaramientos entre propiedades en nivel
oacuteptimo contra aquellas por fuera del rango adecuado No se presentoacute consistencia en cuanto a la
correlacioacuten entre los indicadores y el rendimiento del cultivo Esto podriacutea sugerir dos cosas
primero que asiacute como la eleccioacuten del meacutetodo de evaluacioacuten la seleccioacuten de los indicadores es
vital para que los resultados reflejen la real calidad del suelo Y segundo que no siempre los
tratamientos que promueven un mayor rendimiento generan una mayor calidad del suelo En dos
de los experimentos se aprecia que la aplicacioacuten de material orgaacutenico exoacutegeno genera una mayor
calidad del suelo a corto plazo aunque esto no se correlaciona con un mayor rendimiento el cual
esta jalonado por el aporte de fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Tambieacuten se evidencia con los
resultados mostrados que el rango de variacioacuten temporal de las propiedades del suelo despueacutes de
un disturbio es maacutes amplio ya que no pudo captarse en los experimentos
88 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
23 Esfuerzo de labor Indicador para estimar la
magnitud del esfuerzo fiacutesico en las labores agricolas
231 Resumen
A escala finca los indicadores sociales de sostenibilidad agriacutecola maacutes comunes son las horas labor
y la estacionalidad de la mano de obra La magnitud del esfuerzo fiacutesico que los trabajadores
invierten en las actividades agriacutecolas no se utiliza como indicador En ese sentido se propone el
indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Para calcularlo 1) se establecieron cinco grados de
esfuerzo de labor (GE) 2) se realizoacute una clasificacioacuten de las labores de cultivo y 3) a cada una se
le asignoacute un GE Para probar el meacutetodo se estimoacute ELB en cuatro sistemas de produccioacuten de papa
en dos inclinaciones de terreno Los resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene una
influencia maacutes significativa sobre ELB que el nivel de tecnificacioacuten El sistema no tecnificado en
terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de
labor El sistema medianamente tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169)
correspondiente a poco esfuerzo de labor Se espera que este indicador pueda ser incluido en la
dimensioacuten social de los anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala finca yo parcela
Palabras clave bienestar humano indicadores sociales Solanum tuberosum sostenibilidad
agriacutecola
232 Abstract
At the farm level the most common social indicators are hours of work (wages) and the
seasonality of labor The magnitude of physical effort that workers invest in agricultural activities
is not used as an indicator In this sense the work effort indicator (WEF) is proposed To calculate
WEF 1) five degrees of work effort (GE) were established 2) a classification of the cultivation
tasks was carried out and 3) each one was assigned a GE To test the method the WEF of four
potato production systems at two land slopes was calculated The results suggest that the slope of
the land has a more significant influence than the level of technification on WEF The non-
technical system on sloping land (MuiNo) generates the highest WEF (467) corresponding to the
maximum work effort The moderately technified system on flat land (PlnMd) obtained the lowest
89 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
WEF (169) corresponding to little labor effort It is expected that this indicator can be included in
the social dimension of farm andor plot-scale agricultural sustainability analyzes
Keywords agricultural sustainability human welfare social indicators Solanum tuberosum
233 Introduccioacuten
En las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a escala de finca (dentro de una misma regioacuten de
estudio) las dimensiones ambiental y econoacutemica disponen de un nuacutemero considerable de
indicadores que se derivan directamente de las actividades agriacutecolas del sistema de produccioacuten
Para esta escala sin embargo la disponibilidad de indicadores en la dimensioacuten social es limitada
siendo las horas labor y la estacionalidad de la mano de obra los maacutes comunes (Goacutemez y Riesgo
2009 Van Asselt et al 2014) A enfoques geograacuteficos mayores (pej nacional o global) se
pueden encontrar maacutes de 150 indicadores sociales (Finkbeiner et al 2010) la mayoriacutea asociados a
poliacuteticas gubernamentales Estos abarcan desde salud humana derechos de las mujeres y
educacioacuten hasta sindicatos responsabilidad social de las compantildeiacuteas y distribucioacuten de la poblacioacuten
(Finkbeiner et al 2010) Estos indicadores aplican al evaluar sistemas productivos en dos o maacutes
regiones con poliacuteticas de gobierno diferenciales Al disminuir el aacuterea geograacutefica las leyes se van
aplicando de la misma forma para todos los sistemas productivos en evaluacioacuten (comparacioacuten) y el
efecto diferencial de estas poliacuteticas se diluye reducieacutendose al mismo tiempo el nuacutemero de
indicadores sociales con posibilidad de medicioacuten
A pesar de que la dimensioacuten social de la sostenibilidad evaluacutea el bienestar de los trabajadores en
los marcos de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola no se utilizan indicadores que representen el
esfuerzo humano que exigen las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten que se estaacuten
comparando (pej Beacutelanger et al 2012 Bockstaller et al 2015 Castellini et al 2012 De Olde
et al 2016 Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Marchand et al 2014 Paracchini et al 2015 Peano
et al 2014 Ryan et al 2016 Schader et al 2016 Schindler et al 2015 Van Passel y Meul
2012) Cada sistema productivo tiene labores de cultivo que implican un mayor o menor esfuerzo
fiacutesico incluso dentro de la misma especie cultivada Este esfuerzo que se deriva directamente de
las actividades de cultivo puede medirse empiacutericamente a traveacutes de la percepcioacuten de los
trabajadores (Borg 1982 1990) e incluirse como un indicador dentro de la dimensioacuten social de la
sostenibilidad
90 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Con el presente trabajo se propone el indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) como estimador
del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a cabo las labores de cultivo de los sistemas de produccioacuten
agriacutecola a nivel de finca o parcela En este trabajo ELB se evaluacutea con un estudio de caso en papa
234 Metodologiacutea
2341 Construccioacuten del indicador Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB)
ELB es un indicador que permite la comparacioacuten de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola a
escala de finca o parcela en teacuterminos de la magnitud del esfuerzo fiacutesico requerido para llevar a
cabo las labores de cultivo A cada sistema de cultivo evaluado se le asigna un valor de ELB a
partir del comportamiento tanto de ese sistema individualmente como el de todos los sistemas
evaluados en conjunto es decir ELB tiene en cuenta los resultados de todos los sistemas evaluados
para determinar cual es el comportamiento de cada sistema individualmente
El primer paso para la construccioacuten de ELB fue definir empiacutericamente los diferentes grados de
esfuerzo (GE) asociados a las labores de cultivo Se establecioacute como punto de partida el disentildeo de
la escala psicofiacutesica de Borg (1982 1990) En ese sentido los GE hacen referencia a la percepcioacuten
de la magnitud del esfuerzo fiacutesico que los operarios de cultivo deben invertir para realizar cada una
de esas labores Para establecer esta clasificacioacuten se hizo un recuento de las labores culturales
tiacutepicas de cultivos hortofrutiacutecolas (frutales hortalizas legumbres raiacuteces y tubeacuterculos) y con los
resultados de 36 encuestas realizadas a operarios de cultivo con maacutes de 20 antildeos de experiencia se
asocioacute un GE a cada una de las labores recopiladas
Para calcular el indicador de esfuerzo de labor (ELB) 1) se hizo la sumatoria de las horas dedicadas
a cada labor 2) se suman las horas de las actividades que tienen el mismo GEi (i = 1 2 3 4 o 5)
3) se calcula el GE total (GET) correspondiente a la sumatoria de los GEi para cada sistema (GET =
GE1 + GE2hellip + GE5) 4) se calcula el maacuteximo GET entre los sistemas evaluados (MaxGET) 5) se
calcula el factor de esfuerzo (FEi) para cada GEi de cada sistema (FEi = GEi MaxGET) 6) se
calcula el factor por grado de esfuerzo (FGE) para cada FEi (FGE = FEi x GEi) y 7) se calcula ELB
para cada sistema como la sumatoria de todos los FGEi (ELB = FGE1 + FGE2hellip + FGE5)
91 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2342 Estudio de caso
Con el fin de evaluar el indicador con datos reales de campo se hizo seguimiento a cuatro sistemas
de produccioacuten de papa en dos inclinaciones de terreno durante un ciclo de produccioacuten Los cultivos
se ubicaron en el municipio de Sibateacute (Cundinamarca Colombia) Sus caracteriacutesticas se exponen
en la Tabla 2-16
Tabla 2-16 Sistemas de cultivo de papa evaluados
Terreno Sistema Sigla Descripcioacuten
Plano
(Pendiente 0-7)
Vereda Chacua
Altamente tecnificado PlnAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado PlnMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado PlnEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado PlnNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual
aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
Muy inclinado
(Pendiente gt 50) Vereda San Miguel
Altamente tecnificado MuiAl Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por goteo
fertirrigacioacuten aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Medianamente tecnificado MuiMd Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba estacionaria
Escasamente tecnificado MuiEs Preparacioacuten de terreno y armado de camas con tractor riego por aspersioacuten
fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos con bomba de espalda
No tecnificado MuiNo Preparacioacuten de terreno con azadoacuten riego manual fertilizacioacuten manual aplicacioacuten de agroquiacutemicos bomba espalda
En cada sistema e inclinacioacuten evaluados se contabilizoacute el tiempo en horas dedicadas a cada labor
Esto se realizoacute con respecto a las labores que correspondieran al cultivo de papa con base en lo
expuesto en la Tabla 2-18 Se contabilizoacute el tiempo dedicado por cada operario a cada labor y se
sumaron las horas de todos los operarios en la misma actividad Se debe tener en cuenta que cada
labor en el cultivo de papa es realizada por mas de un operario al mismo tiempo
235 Resultados y discusioacuten
2351 Definicioacuten de grados de esfuerzo de labor (GE)
Se establecieron cinco grados de esfuerzo de labor donde GE1 representa el menor esfuerzo y GE5
el mayor Estos grados se definieron con respecto a la cantidad de esfuerzo fiacutesico que se requiere
para realizar una labor especiacutefica de cultivo Para establecer el nivel de intensidad el esfuerzo se
comparoacute con actividades cotidianas (Tabla 2-17)
92 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-17 Grados de esfuerzo de labor (GE) establecidos empiacutericamente para construir el indicador
Esfuerzo de Labor Agriacutecola (ELB) Adaptado de Borg (1982 1990) GE Rango Categoriacutea Descripcioacuten
GE1 0 a 15 Muy poco esfuerzo de labor La labor exige muy poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos
GE2 gt 15 a 25 Poco esfuerzo de labor La labor exige poco esfuerzo fiacutesico Como caminar normalmente en terreno plano sin obstaacuteculos con morral de 3-5 kg
GE3 gt 25 a 35 Mediano esfuerzo de labor La labor exige esfuerzo fiacutesico moderado Como caminar con afaacuten en terreno
moderadamente inclinado con morral de 3-5 kg
GE4 gt 35 a 45 Alto esfuerzo de labor La labor exige un alto esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se hace con la
teacutecnica adecuada Como hacer sentadillas
GE5 gt 45 a 5 Maacuteximo esfuerzo de labor La labor exige el mayor esfuerzo fiacutesico Puede ocasionar lesiones si no se tienen los
aditamentos necesarios y no se hace con la teacutecnica adecuada Como levantar pesas
2352 Clasificacioacuten de las labores de cultivo seguacuten su grado de esfuerzo
(GE)
Las labores de cultivo se clasificaron de acuerdo con la dificultad fiacutesica que requiere su
realizacioacuten Estas labores estaacuten directamente relacionadas con produccioacuten agriacutecola desde
preparacioacuten del suelo hasta postcosecha No incluyen labores previas a la preparacioacuten del terreno
ni instalacioacuten de infraestructuras como invernaderos sistemas de riego camas de hidroponiacutea
cuartos de postcosecha entre otras Las labores se dividieron en cinco grupos preparacioacuten del
terreno (PT) siembra y trasplante (ST) proteccioacuten de cultivos (PC) labores culturales (LC) y
cosecha y postcosecha (CP) A cada actividad de cada grupo se le asignaron tres grados de
esfuerzo de acuerdo con la inclinacioacuten del terreno donde se desarrolla el proceso productivo
terreno plano (0 ndash 7) (Pln) inclinado (7 ndash 50) (Inc) y muy inclinado (gt 50) (Min) seguacuten la
clasificacioacuten del IGAC (2014) (Tabla 2-18)
Tabla 2-18 Grados de esfuerzo (GE) de las actividades agriacutecolas Doacutende PT = Preparacioacuten terreno ST
= Siembra y trasplante PC = Proteccioacuten de cultivos LC = Labores culturales CP = Cosecha y postcosecha
Pln = Terreno plano Inc = inclinado y Min = Muy inclinado
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
11 PT Adecuacioacuten terreno con
azadoacuten 4 4 5
Preparacioacuten del suelo para siembra con herramientas manuales como azadoacuten pala barreno etc Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg sumado al
esfuerzo de la labor
12 PT Adecuacioacuten terreno con motocultor
3 4 5 Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada manualmente
13 PT Adecuacioacuten terreno con
tractor 2 2 3
Preparacioacuten del suelo con maquinaria agriacutecola impulsada y orientada
mecaacutenicamente
14 PT Levantar camas altas 4 5 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante ge 50 cm de altura
15 PT Levantar camas bajas 3 4 5 Preparacioacuten de camas para siembra o trasplante lt 50 cm de altura
16 PT Surcado superficial 3 3 4 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (2 - 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
17 PT Surcado profundo 4 5 5 Guiacutea realizada manualmente sobre la superficie (gt 10 cm de profundidad) del
suelo para ubicar las semillas
93 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
18 PT Apertura de huecos
superficial en suelo 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de plaacutentulas de
hortalizas
19 PT Apertura de huecos
profundo en suelo 4 5 5
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de frutales
arboacutereos y arbustivos
110 PT Apertura huecos en
acolchado plaacutestico 3 3 4
Apertura de huecos con herramientas manuales para trasplante de hortalizas en
acolchado plaacutestico
111 PT Montaje acolchado plaacutestico 2 2 3 Incluye estiramiento y ubicacioacuten del plaacutestico sobre las camas de siembra
21 ST Siembra semilla una a una
en cama baja 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo lt 90deg
22 ST Siembra semilla una a una
en cama alta 3 3 4
Siembra de semillas con una distancia definida entre ellas Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
23 ST Siembra semilla chorrillo en
cama baja 3 3 4
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
24 ST Siembra semilla chorrillo en
cama alta 2 2 3
Siembra de semillas sobre una guiacutea o surco sin importar la distancia entre las
semillas Implica inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
25 ST Siembra semilla al voleo 2 2 3 Siembra de semillas sobre el suelo sin demarcar una guiacutea especiacutefica
26 ST Trasplante en cama baja 4 4 5 Siembra de plaacutentulas en camas lt 50 cm de altura Implica inclinarse formando
un aacutengulo lt 90deg
27 ST Trasplante en cama alta 3 3 4 Siembra de plaacutentulas en camas ge a 50 cm de altura Implica inclinarse
formando un aacutengulo ge 90deg
28 ST Siembra o trasplante en
cama levantada 2 2 3
Siembra o trasplante en camas de sustrato o hidroponiacutea No hay necesidad de
inclinarse
31 PC Deshierba manual 4 5 5
Retirado de arvenses (de forma manual o con herramientas manuales) de las
camas de siembra y calles Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
ademaacutes del esfuerzo de la labor
32 PC Mezclado de fertilizantes 4 4 4 Unir dos o maacutes fertilizantes soacutelidos en una mezcla homogeacutenea
33 PC Mezclado de pesticidas 3 3 3 Unir dos o maacutes pesticidas liacutequidos en una mezcla homogeacutenea
34 PC Fertilizacioacuten edaacutefica manual
3 3 4 Aplicacioacuten de fertilizantes soacutelidos al suelo de forma manual o con herramientas manuales
35 PC Fertilizacioacuten por fertirriego 1 1 1 Aplicacioacuten de fertilizantes mediante el sistema de riego
36 PC Riego manual 2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante manguera
37 PC Riego por sistema de riego por goteo
1 1 1 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por goteo
38 PC Riego por sistema de riego por aspersioacuten
2 2 3 Aplicacioacuten del agua mediante sistema de riego por aspersioacuten
39 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda
3 4 5 Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba de espalda
310 PC Aplicacioacuten agroquiacutemicos
bomba estacionaria 2 2 3
Aplicacioacuten de pesticidas liacutequidos y fertilizantes foliares mediante bomba
estacionaria
311 PC Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes
5 5 5 Cargue y descargue de bultos de maacutes de 25 kg al o del camioacuten u otro sitio en la unidad productiva
41 LC Amarre plantas a guiacutea o tutorado
3 3 4 Amarre de plantas enredaderas a las guiacuteas o tutorados
42 LC Poda formacioacuten 3 3 4 Poda de ramas para formar arbustos y frutales
43 LC Poda sanitaria 3 3 4 Poda de oacuterganos generalmente hojas afectadas por dantildeos bioacuteticos o abioacuteticos
44 LC Deschupone 2 2 3 Poda de yemas axilares
45 LC Agobio 4 4 5 Llevar un oacutergano de la planta generalmente rama hacia el suelo y sembrarlo alliacute
46 LC Canequeo 2 2 3 Voltear o tumbar las plantas (Follaje) al suelo manualmente o por medio de una caneca plaacutestica
47 LC Aporque 4 5 5 Atraer suelo haciacutea las plantas con el fin de cubrir la base de su tallo Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg ademaacutes del esfuerzo de la labor
48 LC Soqueo 3 3 4 Hacer una poda total en la planta generalmente 30 - 50 cm por encima de la
superficie del suelo
49 LC Raleo de frutos 3 3 4 Retirar frutos de la planta
410 LC Raleo de plantas 3 3 4 Retirar plantas completas del cultivo
411 LC Descuelgue 3 3 4 Desamarrar las plantas de la guiacutea o tutorado descolgaacutendolas unos cm hacia el
suelo
412 LC Compostaje 3 3 3 Ubicacioacuten de residuos de cultivo en contenedores o espacios para esperar su
descomposicioacuten Incluye los volteos y riegos a las pilas de compost
94 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ID Grupo Labor GE
Descripcioacuten Pln Inc Min
51 CP Cosecha hortalizas hoja
cama alta 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo ge 90deg
52 CP Cosecha hortalizas hoja
cama baja 4 4 5
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar Implica
inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
53 CP Cosecha hortalizas hoja
cama levantada 3 3 4
Recoleccioacuten manual de las hortalizas de hoja listas para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
54 CP Cosecha hortalizas fruto 3 3 4 Recoleccioacuten manual de las hortalizas de fruto listas para cosechar
55 CP Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes
4 5 5 Recoleccioacuten manual de raiacuteces y tubeacuterculos listos para cosechar Implica inclinarse formando un aacutengulo lt 90deg
56 CP Cosecha frutales arboacutereos 3 4 4
Recoleccioacuten manual de frutales en aacuterboles listos para cosechar Dependiendo de la altura del frutal implica estirarse hacia arriba o utilizar herramientas para
alcanzar los frutos Ademaacutes se debe tener la cabeza siempre mirando hacia
arriba
57 CP Cosecha frutales arbustivos 3 3 4 Recoleccioacuten manual de frutos en arbustos listos para cosechar No hay
necesidad de inclinarse
58 CP Desgrane bulbos 3 3 3 Separacioacuten manual de dientes ejemplo ajo de los bulbos que los contienen
59 CP Lavado de tubeacuterculos y raiacuteces
3 3 3 Lavado manual o con maacutequina de tubeacuterculos y raiacuteces
510 CP Limpieza producto
cosechado 2 2 2 Limpieza manual o con herramientas de productos cosechados
511 CP Seleccioacuten y clasificacioacuten
producto cosechado 2 2 2 Seleccioacuten y clasificacioacuten manual o con herramientas de productos cosechados
512 CP Llevar producto cosechado
manualmente 4 5 5
Llevar manualmente bultos o canastillas con el producto cosechado desde el
terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
513 CP Llevar producto cosechado
con carretilla 4 4 5
Llevar con carretilla empujada manualmente bultos o canastillas con el
producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
514 CP Llevar producto cosechado con carro transportador
3 3 4
Llevar con carro transportador empujado manualmente bultos o canastillas con
el producto cosechado desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o
almacenamiento
515 CP Llevar producto cosechado
con cable viacutea 2 2 2
Llevar a traveacutes de cable viacutea bultos o canastillas con el producto cosechado
desde el terreno hasta el aacuterea de postcosecha o almacenamiento
2353 Resultados del estudio de caso
Para los cuatro sistemas evaluados se requiere una mayor cantidad de tiempo para desarrollar las
labores de cultivo cuando el terreno es muy inclinado (Mui) (Tabla 2-19) Esto es loacutegico si se
tiene en cuenta que en este tipo de terreno las labores exigen un mayor esfuerzo fiacutesico (Tabla
2-18) que redunda en desplazamientos maacutes lentos y mayores tiempos de descanso La
combinacioacuten terreno plano con alta tecnologiacutea resultoacute en un menor nuacutemero de horas destinadas a
las labores de cultivo Es asiacute como el sistema PlnAl necesitoacute 678 horas de trabajo por hectaacuterea para
llevar a cabo el ciclo completo de produccioacuten comparado con las 1320 horas requeridas en un
terreno muy inclinado sin tecnologiacutea (MuiNo) (Tabla 2-19)
Los sistemas que se ubicaron en terreno plano (Pln) agruparon sus actividades principalmente en el
grado de esfuerzo GE4 (Tabla 2-20) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-17)
mientras que los sistemas que se ubicaron en un terreno muy inclinado (Min) agruparon sus
actividades principalmente en el GE5 (Tabla 2-20) correspondiente al maacuteximo esfuerzo de labor
95 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Tabla 2-17) Las labores que requieren un mayor esfuerzo fiacutesico (GE4 y GE5) estaacuten asociadas a la
remocioacuten y reubicacioacuten del suelo (adecuacioacuten del terreno armado de camas aporque y cosecha de
tubeacuterculos) (Tabla 2-19) que coincide con las actividades que mayor cantidad de mano de obra
requiere el cultivo de papa (Tabla 2-19 y DANE 2017) Cuando la adecuacioacuten del terreno y el
armado de camas se hace con herramienta manual (azadoacuten) como en los tratamientos PlnNo y
MuiNo tanto la cantidad de horas (Tabla 2-19) como el esfuerzo fiacutesico (Tabla 2-20) se
incrementan considerablemente
Tabla 2-19 Cantidad de horas requeridas por cada actividad de cultivo en cada sistema evaluado seguacuten su
grado de esfuerzo (GE)
Actividad Plano Muy inclinado
GE PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo
GE MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
h ha-1 h ha-1
Adecuacioacuten terreno con azadoacuten 4 0 0 0 160 5 0 0 0 240
Adecuacioacuten terreno con tractor 2 8 8 8 0 3 10 10 10 0
Levantar camas bajas 3 0 0 0 112 5 0 0 0 160
Siembra semilla una a una en cama baja 3 24 24 24 24 4 32 32 32 32
Mezclado de fertilizantes 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Mezclado de pesticidas 3 13 13 13 13 3 13 13 13 13
Fertilizacioacuten edaacutefica manual 2 0 96 96 96 4 0 120 120 120
Fertilizacioacuten por fertirriego 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego manual 2 0 0 0 108 4 0 0 0 135
Riego por sistema de riego por goteo 1 23 0 0 0 1 23 0 0 0
Riego por sistema de riego por aspersioacuten 2 0 45 45 0 4 0 56 56 0
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba espalda 3 0 0 50 50 5 0 0 60 60
Aplicacioacuten agroquiacutemicos bomba estacionaria 2 40 40 0 0 3 48 48 0 0
Cargue y descargue bultos de abonos y fertilizantes 5 4 4 4 4 5 4 4 4 4
Aporque 4 64 64 64 64 5 80 80 80 80
Cosecha tubeacuterculos y raiacuteces pivotantes 4 400 320 320 320 5 500 400 400 400
Seleccioacuten y clasificacioacuten producto cosechado 2 48 40 40 40 2 48 40 40 40
Llevar producto cosechado manualmente 4 28 24 24 24 5 36 32 32 32
Total horas 678 682 692 1019 820 839 851 1320
Al calcular el indicador Esfuerzo de Labor (ELB) para cada sistema de cultivo se encontroacute que el
sistema no tecnificado en terreno inclinado (MuiNo) genera el mayor ELB (467) correspondiente
al maacuteximo esfuerzo de labor (Tabla 2-20) En el otro extremo el sistema medianamente
tecnificado en terreno plano (PlnMd) obtuvo el menor ELB (169) correspondiente a poco esfuerzo
de labor (Tabla 2-20)
Estos resultados sugieren que la inclinacioacuten del terreno tiene mayor influencia que el nivel de
tecnificacioacuten tanto en el esfuerzo requerido para llevar a cabo las labores de cultivo como en la
cantidad de horas necesarias para realizar dichas labores Esto uacuteltimo es de especial importancia si
se tienen en cuenta las actuales teoriacuteas de desplazamiento de mano de obra por tecnologiacutea que
sugieren que mayor tecnologiacutea se relaciona con menos mano de obra (Schmitz y Moss 2015)
96 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 2-20 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) para cada sistema evaluado Doacutende GE =
Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET = Maacuteximo grado de
esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 1320 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 003 007 003 038 000 003 015 008 150 002 178 Poco esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 017 003 031 000 000 035 008 125 002 169 Poco esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 014 007 031 000 000 029 020 125 002 175 Poco esfuerzo de labor
PlnNo 0 244 199 572 4 1019 000 018 015 043 000 000 037 045 173 002 257 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 003 004 005 003 047 003 007 016 011 235 273 Mediano esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 003 005 016 039 000 006 016 064 195 282 Mediano esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 003 002 016 044 000 006 005 064 218 294 Mediano esfuerzo de labor
MuiNo 0 40 13 291 976 1320 000 003 001 022 074 000 006 003 088 370 467 Maacuteximo esfuerzo de labor
En este estudio de caso se evidencia que porcentualmente hay mayor desplazamiento o
disminucioacuten de mano de obra por la inclinacioacuten del terreno que por el nivel de tecnologiacutea (Tabla
2-21) Se aprecian dos extremos correspondientes a los sistemas PlnAl y MuiNo cuya diferencia
en cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de cultivo es del 9469 (Tabla
2-21) En este caso la combinacioacuten nivel tecnoloacutegico - inclinacioacuten del terreno genera que la
cantidad de mano de obra requerida por PlnAl sea considerablemente menor que MuiNo En el
otro extremo las diferencias entre los sistemas con mediana y escasa tecnologiacutea se reducen
notablemente dentro de la misma inclinacioacuten (147 y 143 en terreno plano e inclinado
respectivamente) e incluso entre inclinaciones de terreno (Tabla 2-21) Por otro lado una mayor
tecnologiacutea no redunda completamente en disminucioacuten de mano de obra Las labores de cosecha y
postcosecha requieren maacutes mano de obra en el sistema altamente tecnificado (Tabla 2-19) debido
a que este genera una mayor produccioacuten de tubeacuterculos que los demaacutes sistemas Se debe tener en
cuenta que de todo el sistema de cultivo de papa independiente del nivel de tecnologiacutea y la
inclinacioacuten del terreno las labores de cosecha son las maacutes demandantes de mano de obra (Tabla
2-19 y DANE 2017)
Labores de cultivo como la preparacioacuten del terreno y el armado de camas de forma mecanizada
influyen significativamente en la cantidad de mano de obra Es asiacute como los tratamientos PlnNo y
MuiNo que realizaron estas labores de forma manual necesitaron entre 9075 y 9469 maacutes horas
labor en terreno plano y entre 5507 y 6098 en terreno inclinado que los tratamientos donde
estas labores se realizaron de forma mecanizada Esto no solo tiene influencia en la cantidad de
horas laboradas sino en el bienestar de los trabajadores y en general en la sostenibilidad del
97 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sistema de cultivo pues la mano de obra es el segundo rubro maacutes importante en la sabana de
costos despueacutes de la fertilizacioacuten (DANE 2017)
Tabla 2-21 Diferencias porcentuales en la cantidad de horas requeridas para llevar a cabo las labores de
cultivo entre los sistemas evaluados PlnAl PlnMd PlnEs PlnNo MuiAl MuiMd MuiEs MuiNo
PlnAl 000
PlnMd 059 000
PlnEs 206 147 000
PlnNo 5029 4941 4725 000
MuiAl 2094 2023 1850 -1953 000
MuiMd 2378 2306 2128 -1764 235 000
MuiEs 2555 2482 2301 -1646 381 143 000
MuiNo 9469 9355 9075 2954 6098 5728 5507 000
Como se expuso en la metodologiacutea ELB se calcula a partir de los resultados tanto del sistema
individual como el de todos los sistemas en conjunto Es decir ELB no solo tiene en cuenta el
nuacutemero de horas requeridas en cada sistema y para cada GEi sino que ademaacutes considera el
consumo de tiempo de los demaacutes sistemas comparados Una muestra de esto es que a pesar de que
PlnMd requirioacute un mayor nuacutemero de horas labor (682) que PlnAl (678) (Tabla 2-19) PlnMd
obtuvo un ELB menor (PlnMd = 169 PlnAl = 178) (Tabla 2-20) Para ilustrar esto maacutes
claramente se exponen los resultados eliminando el sistema no tecnificado (PlnNo y MuiNo)
(Tabla 2-22) Al eliminar el sistema no tecnificado en ambas pendientes y comparando los
resultados mostrados en la Tabla 2-20 y Tabla 2-22 se puede apreciar el efecto del
comportamiento en conjunto de los sistemas evaluados Los sistemas PlnAl PlnMd y PlnEs pasan
de la categoriacutea ldquoPoco esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla
2-22) mientras que los sistemas MuiAl y MuiMd pasan de la categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de
laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22) y el sistema MuiEs pasa de la
categoriacutea ldquoMediano esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-20) a ldquoMaacuteximo esfuerzo de laborrdquo (Tabla 2-22)
Esto se debe al efecto combinado de todas las labores expresadas en el factor de esfuerzo (FEi) De
no incluirse este factor el efecto del nivel tecnoloacutegico se diluiriacutea como se comproboacute durante el
proceso de disentildeo del indicador (datos no mostrados) Para describir esta situacioacuten se utiliza como
ejemplo el sistema PlnAl Este sistema invierte la mayor cantidad de horas en el grado de esfuerzo
cuatro (GE4) correspondiente a un alto esfuerzo de labor (Tabla 2-19) Si se analizara
individualmente este sistema y se tuvieran en cuenta uacutenicamente las horas de labor su ELB
corresponderiacutea efectivamente a esta categoriacutea ldquoAlto esfuerzo de laborrdquo En este caso hipoteacutetico no
se tendriacutean en cuenta la cantidad de esfuerzo y horas laboradas que se reducen como resultado del
98 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
uso de tecnologiacutea Al comparar y evaluar todos los sistemas en conjunto la aplicacioacuten de
tecnologiacutea queda evidente en la reduccioacuten del esfuerzo de labor El sistema PlnAl se clasifica por
consiguiente dentro del grupo de poco esfuerzo de labor (Tabla 2-20) Por lo tanto para este
estudio de caso entre maacutes diferencias tecnoloacutegicas haya entre los sistemas evaluados maacutes
evidentes seraacuten esas diferencias en el resultado de ELB para cada sistema individualmente
Tabla 2-22 Caacutelculo del indicador del esfuerzo de labor (ELB) eliminando los sistemas PlnNo y MuiNo
Doacutende GE = Grado de esfuerzo GET = Grado de esfuerzo total FE = Factor de esfuerzo MaxGET =
Maacuteximo grado de esfuerzo total FGE = Factor por grado de esfuerzo
Sistema GE1 GE2 GE3 GE4 GE5 GET FE1 FE2 FE3 FE4 FE5 FGE
ELB Categoriacutea h ha-1 MaxGET = 851 1 2 3 4 5
PlnAl 45 96 37 496 4 678 005 011 004 058 000 005 023 013 233 002 276 Mediano esfuerzo de labor
PlnMd 0 229 37 412 4 682 000 027 004 048 000 000 054 013 194 002 263 Mediano esfuerzo de labor
PlnEs 0 189 87 412 4 692 000 022 010 048 000 000 044 031 194 002 271 Mediano esfuerzo de labor
MuiAl 45 48 71 36 620 820 005 006 008 004 073 005 011 025 017 364 423 Alto esfuerzo de labor
MuiMd 0 40 71 212 516 839 000 005 008 025 061 000 009 025 100 303 437 Alto esfuerzo de labor
MuiEs 0 40 23 212 576 851 000 005 003 025 068 000 009 008 100 338 456 Maacuteximo esfuerzo de labor
236 Conclusiones
El esfuerzo de labor (ELB) es un indicador que estima la magnitud del esfuerzo fiacutesico con respecto
a las particularidades de las labores de cultivo y del terreno donde se desarrollan un conjunto
comparable de sistemas de produccioacuten agriacutecola ELB agrupa estas caracteriacutesticas considerando
tanto el sistema productivo individual como todos los sistemas productivos en comparacioacuten Esto
permite cuantificar individualmente el esfuerzo fiacutesico del sistema productivo teniendo en cuenta
las caracteriacutesticas de todos los sistemas evaluados ELB estaacute dirigido a la toma de decisiones a nivel
de finca o parcela pudieacutendose incluir como indicador social en las evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a estas escalas de medicioacuten ELB se puede calcular a partir del registro de las labores de
cultivo lo que lo hace muy accesible Sin embargo se debe tener en cuenta que la asignacioacuten de
los grados de esfuerzo a cada actividad agriacutecola se realizoacute empiacutericamente a partir de la experiencia
y percepcioacuten de los operarios de cultivo Por tal motivo ELB debe tomarse como punto de
referencia no como un valor absoluto
99 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
24 Marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de
indicadores para evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela
241 Resumen
Es bien reconocido el potencial de los indicadores de sostenibilidad para evaluar y monitorear el
desarrollo sostenible de los sistemas agriacutecolas Algunos autores plantean preocupaciones con
respecto a la validez confianza y transparencia al momento de seleccionar los indicadores En ese
sentido se han planteado una serie de criterios de seleccioacuten orientados a evaluaciones de
sostenibilidad a diferentes escalas geograacuteficas No obstante las evaluaciones a escala de parcela o
unidad experimental requieren ademaacutes de la adaptacioacuten de esos criterios o la generacioacuten de unos
nuevos la construccioacuten de una metodologiacutea de seleccioacuten El objetivo de este estudio fue por lo
tanto construir un marco de seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores que haraacuten parte de los
anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental Se establecioacute un
orden jeraacuterquico de indicadores compuesto por indicadores crudos base y centrales estos uacuteltimos
conforman el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) Posteriormente se establecieron los
procedimientos y criterios de seleccioacuten conformados por obligatorios no obligatorios principales
y alternos y de correlacioacuten Para evaluar el marco de seleccioacuten propuesto se utilizaron los
resultados de un estudio de fertilizacioacuten en tomate bajo invernadero De los 40 indicadores crudos
con que se inicioacute el anaacutelisis el CMI se conformoacute por ocho indicadores centrales tres ambientales
cuatro sociales y uno econoacutemico Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso
proceso con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos Al mismo tiempo
promueve una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos
matemaacuteticos
Palabras clave seleccioacuten de indicadores conjunto miacutenimo de indicadores unidad experimental
sostenibilidad agriacutecola
100 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
242 Abstract
The potential of sustainability indicators to assess and monitor the sustainable development of
agricultural systems is well recognized Some authors raise concerns about the validity reliability
and transparency of indicator selection Several selection criteria have been put forward for
sustainability assessments at the farm and higher levels However assessments at the plot or
experimental unit level require the adaptation of these criteria the generation of new ones and the
construction of a selection methodology Therefore this study aims to build a framework for
selecting the minimum indicators set that will be part of the agricultural sustainability analyses at
the plot or experimental unit scale A hierarchical order of indicators was established consisting of
raw base and core indicators the latter make up the minimum indicators set (MIS) Subsequently
selection procedures and criteria were established consisting of mandatory main and alternative
non-mandatory and correlation indicators The selection framework was evaluated with the results
of a greenhouse tomato fertilization study Of the 40 raw indicators with which the analysis began
the MIS was made up of eight core indicators three environmental four social and one economic
This indicator selection methodology uses a rigorous process with 22 selection criteria distributed
in four hierarchical groups At the same time it promotes less subjectivity by including statistical
analysis algorithms and mathematical processes
Keywords agricultural sustainability experimental unit greenhouse tomato indicator selection
minimum indicators set
243 Introduccioacuten
Para saber si un sistema productivo es sostenible se requieren niveles de referencia indicadores yo
meacutetodos de evaluacioacuten comparativa (de Olde et al 2016 Gerdessen y Pascucci 2013) Los
indicadores de sostenibilidad estaacuten compuestos por una o un conjunto de variables que informan
sobre el funcionamiento de un sistema maacutequina clima ser humano ecosistema o paiacutes (Rao y
Rogers 2006) Estos indicadores son factores cuantificables y medibles del sistema (Panell y
Schilizzi 1999) tienen atributos multidimensionales (econoacutemicos ambientales o sociales) y
pueden ser incluidos en un iacutendice de agregacioacuten De esta forma se realizan mediciones integradas
sobre la sostenibilidad del sistema (Rao y Rogers 2006) Aunque para las dimensiones econoacutemica
101 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
y social los indicadores pueden ser transversales a muchas liacuteneas de investigacioacuten agriacutecola los
indicadores de la dimensioacuten ambiental variaraacuten de acuerdo con la liacutenea en cuestioacuten
Cuando se llevan a cabo experimentos agriacutecolas en campo generalmente se miden muchas
variables Para estimar la sostenibilidad generada por los tratamientos evaluados en dichos
experimentos es necesario escoger cuales de esas variables son realmente indicadores y pueden
por ende hacer parte del conjunto miacutenimo de indicadores de los anaacutelisis de sostenibilidad
Seguacuten Waas et al (2014) un indicador es ldquola representacioacuten de un atributo de un sistema
mediante una variable o un conjunto de variables agregadas en una funcioacuten cuantitativa que
relacionan su valor con un valor de referenciardquo Desde la perspectiva de sistema un indicador es
una representacioacuten operacional de un atributo (calidad caracteriacutestica propiedad) de un
sistema A su vez un sistema es ldquoun conjunto interconectado de elementos que estaacuten organizados
coherentemente de tal manera que logran un objetivo (Waas et al 2014) Un sistema tiene tres
caracteriacutesticas esenciales (1) elementos (2) interconectividad y (3) propoacutesito (Meadows 2009)
Aunque existe un consenso sobre el uso de indicadores para evaluar la sostenibilidad de los
sistemas de produccioacuten agriacutecola aun no se llega a un acuerdo sobre la forma de seleccioacuten de esos
indicadores existiendo una amplia diversidad de enfoques (de Olde et al 2016a Bockstaller et
al 2009 Bell y Morse 2008 Parris y Kates 2003) Esto implica la posibilidad de que los
indicadores evaluados no esteacuten realmente enfocados en el objetivo del estudio aumentando los
costos de medicioacuten y suscitando inquietudes sobre la validez del enfoque y la utilidad y confianza
de la evaluacioacuten (de Olde et al 2016a Schader et al 2014 Bockstaller et al 2009) Como
respuesta a esto muchos autores han resaltado la importancia de establecer procedimientos de
seleccioacuten de indicadores con criterios transparentes y bien definidos que lleven a evaluaciones
relevantes confiables comprensivas significativas y que representen de manera integral el sistema
de produccioacuten agriacutecola estudiado (Marchand et al 2014 Lebacq et al 2013 Binder et al 2010
Hunnemeyer et al 1997)
Los criterios de seleccioacuten de indicadores maacutes relevantes han sido el indicador debe ser medible
(Roy y Chan 2012 Dantsis et al 2010 Goacutemez-Limoacuten y Saacutenchez-Fernaacutendez 2010) sensible a las
variaciones (Beacutelanger et al 2012) relevante para el estudio de caso (Beacutelanger et al 2012 Dantsis
et al 2010) y estar relacionado directamente con el tema de estudio (van Asselt et al 2014) La
definicioacuten y priorizacioacuten de los criterios utilizados para hacer la seleccioacuten de los indicadores variacutean
102 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ampliamente entre las herramientas de evaluacioacuten de sostenibilidad (de Olde et al 2016b Bell y
Morse 2008 Reed et al 2006) por lo tanto es necesario hacer la descripcioacuten de tales criterios
antildeadiendo a las evaluaciones de sostenibilidad transparencia y confiabilidad En la Tabla 2-23 de
Olde et al (2016b) sintetizan los criterios de seleccioacuten utilizados en diversas evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola pueden realizarse a diferentes escalas Dependiendo de
la proyeccioacuten geograacutefica a la que se quieran escalar los resultados de estas evaluaciones se pueden
generar opiniones que reflejan diferencias en las visiones del mundo por ejemplo enfoques
reduccionistas versus enfoques maacutes holiacutesticos para comprender una actividad compleja como la
agricultura (de Olde et al 2016b) Cuando las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan
para comparar diferentes tratamientos en experimentacioacuten cientiacutefica es decir cuando el alcance de
la evaluacioacuten es a nivel de parcela o de unidad experimental los indicadores deben reflejar los
cambios de los sistemas de produccioacuten como respuesta a los tratamientos evaluados En ese
sentido los criterios de seleccioacuten sintetizados por de Olde et al (2016b) se deben adaptar yo
establecer nuevos criterios de seleccioacuten
Tabla 2-23 Criterios para la seleccioacuten y evaluacioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola (Fuente de
Olde et al 2016b)
Criterio Descripcioacuten
Relevancia en la
evaluacioacuten
Los indicadores miden las propiedades clave del entorno la economiacutea la sociedad o la gobernanza que afectan la
sostenibilidad (por ejemplo estado presioacuten respuesta uso o capacidad)
Claridad y
estandarizacioacuten
Los indicadores se basan en datos claramente definidos verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante
meacutetodos estandarizados de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute
Comunicacioacuten y
entendimiento Los indicadores transmiten la informacioacuten de una manera clara y comprensible
Amplia aceptacioacuten La solidez de un indicador depende de su amplia aceptacioacuten por parte de los principales interesados o tomadores de
decisioacuten (pe productores gobernantes cientiacuteficos etc)
Medicioacuten asequible Una medicioacuten asequible aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo o ampliacutea el alcance de lo que se puede
medir para la evaluacioacuten general de la sostenibilidad
Rendimiento en lugar
de praacutectica
Es mejor medir el desempentildeo y los resultados reales que las praacutecticas que se espera promuevan la sostenibilidad y la
resiliencia
Sensibilidad
Los indicadores deben ser sensibles (cambiar substancial e inmediatamente si el estado de los sistemas agriacutecolas cambia)
Esto ayuda a detectar tendencias o incumplimientos de umbrales dentro de los marcos de tiempo y en las escalas que son
relevantes para las decisiones de gestioacuten y antes de que sea demasiado tarde para corregir cualquier problema
Cuantificacioacuten Los indicadores deben cuantificarse completamente siempre que sea posible Los recuentos y las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es
preferible a una evaluacioacuten totalmente cualitativa
Especificidad para la
interpretacioacuten
Los indicadores solo deben verse afectados por algunos factores clave (riesgos oportunidades causas) de la sostenibilidad y no por muchos factores (contexto local muacuteltiples factores de estreacutes etc) para que cualquier cambio en el indicador sea
interpretable por la sostenibilidad
Alta precisioacuten y poder estadiacutestico
Los indicadores deben tener suficiente precisioacuten y una varianza natural suficientemente baja a fin de detectar tendencias y la probabilidad de que se haya infringido alguacuten liacutemite o umbral
103 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterio Descripcioacuten
Capacidad para mejorar
Los indicadores deben disentildearse y medirse de forma tal que permitan su agregacioacuten en muacuteltiples escalas espaciales y temporales para diferentes propoacutesitos
Desarrollo participativo
Los conjuntos de indicadores y los marcos que estaacuten disentildeados por las partes interesadas tienen maacutes probabilidades de ser relevantes confiables praacutecticos escuchados y utilizados
Amplio alcance e integracioacuten
El marco y los conjuntos de indicadores deben cubrir y vincular las muacuteltiples dimensiones de la sostenibilidad y los valores que abarcan las dimensiones del medio ambiente la economiacutea la sociedad y la gobernanza
Vinculado a objetivosumbrales
Los indicadores deben estar vinculados a objetivos realizables orientados a la accioacuten o a umbrales criacuteticos de riesgo desempentildeo o praacutectica profesional
Transparencia y
accesibilidad
Los conjuntos de datos que son accesibles para todas las partes interesadas (incluido el puacuteblico) y explican los supuestos la
incertidumbre y las fuentes tienen maacutes probabilidades de ser confiables y utilizados
Poliacutetica relevante y
significativa
Los indicadores deben proporcionar informacioacuten a un nivel apropiado para la toma de decisiones de gobernanza y gestioacuten
al evaluar los cambios en el estado y los riesgos para la sostenibilidad agriacutecola
Usos solo de los indicadores necesarios
Entre menos indicadores mejor siempre que se hayan cubierto los determinantes criacuteticos de la sostenibilidad Tener el
nuacutemero de indicadores idoacuteneo daraacute como resultado una mayor participacioacuten una precisioacuten mejorada en los informes y una
comunicacioacuten maacutes clara de la imagen general a los agricultores los responsables poliacuteticos y el puacuteblico en general
Mezcla generalizada y
especiacutefica
Los conjuntos de indicadores deben incluir suficientes indicadores generales para permitir la comparacioacuten cruzada entre
sectores agriacutecolas regiones paiacuteses y diversos sistemas socio-ecoloacutegicos Sin embargo se deben incluir algunos indicadores
altamente especiacuteficos y localmente fundamentados para guiar los ajustes de gestioacuten detallados que son especialmente relevantes para un sector regioacuten o paiacutes
Balance de corriente y
futuro
El monitoreo es parte de la gestioacuten de riesgos por lo que debe informar las opciones y los controladores actuales mientras
prepara a los actores para futuras turbulencias (golpes y conductores) Al menos algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas amenazas y oportunidades justo en el horizonte
Informacioacuten
explicativa y
contextual
La orientacioacuten del manejo es maacutes enfocada efectiva y confiable y la evaluacioacuten comparativa es maacutes justa si se recopila
informacioacuten adicional para identificar las covariables y la informacioacuten adicional para determinar por queacute los indicadores
cambian
Con base en lo anterior el objetivo de este estudio fue proponer un marco de seleccioacuten del
conjunto miacutenimo de indicadores adaptado a escala de parcela o unidad experimental que combine
criterios cualitativos y cuantitativos
244 Metodologiacutea
2441 Orden jeraacuterquico de los indicadores
Las variables que sean consideradas como indicadores son asignadas seguacuten su jerarquiacutea en
indicadores crudos base o centrales
Indicadores crudos Son todas las variables medidas y estimadas en el experimento en cuestioacuten
de las que se esperan diferencias significativas por la aplicacioacuten de los tratamientos evaluados
Variables asociadas con investigacioacuten baacutesica que aportan informacioacuten valiosa pero no influyen de
forma directa sobre el anaacutelisis de sostenibilidad no deberiacutean tenerse en cuenta como indicadores
104 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(p ej tasas de crecimiento del cultivo anaacutelisis bioquiacutemicos o moleculares en plantas etc) Estas
variables pueden servir como informacioacuten complementaria
Indicadores base Son aquellos indicadores crudos que hayan cumplido con los criterios de
seleccioacuten obligatorios expuestos maacutes adelante En este grupo se encuentran todos los indicadores
que obtuvieron un puntaje mayor a cero despueacutes de correr la lista de chequeo de criterios
obligatorios
Indicadores centrales Son aquellos indicadores base que obtuvieron la mayor puntuacioacuten
despueacutes de correr toda la lista de chequeo de los criterios de seleccioacuten expuesta maacutes adelante
Conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) El CMI estaacute compuesto por los indicadores centrales
que hayan obtenido la mayor puntuacioacuten Se espera que cada atributo y dimensioacuten de la
sostenibilidad esteacute representado con al menos un indicador Con los indicadores que constituyen el
CMI se realiza el anaacutelisis de sostenibilidad
2442 Criterios de seleccioacuten
Como punto de referencia se utilizoacute la lista de criterios de seleccioacuten de indicadores sintetizada por
de Olde et al (2016b) y expuesta en la Tabla 2-23 Esta lista se modificoacute y adaptoacute a la escala
geograacutefica y el objetivo de este estudio
Para que el proceso de seleccioacuten de indicadores se realizara de una forma cuantitativa se
establecioacute un sistema de puntuacioacuten basada en el cumplimiento total o parcial de los diferentes
criterios de seleccioacuten Esta es una lista de chequeo tipo ldquoNo cumple = 0 oacute Siacute cumple = 1rdquo y de
calificacioacuten (p ej de 0 a 3) seguacuten las reglas correspondientes al criterio de seleccioacuten que le
adjudica al indicador una puntuacioacuten de acuerdo con el cumplimiento parcial o total del criterio
Los criterios de seleccioacuten se agruparon en cuatro categoriacuteas criterios obligatorios directos
criterios no obligatorios principales criterios no obligatorios alternos y criterios de correlacioacuten La
evaluacioacuten de cada criterio para cada indicador se realiza de manera secuencial obedeciendo el
siguiente orden
105 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Criterios obligatorios Son criterios de estricto cumplimiento es decir si el indicador no cumple
con alguno de los criterios de este grupo obtendraacute una puntuacioacuten total de cero seraacute descartado y
no continuaraacute en el proceso de anaacutelisis de sostenibilidad agriacutecola Son los primeros criterios para
tener en cuenta Todos los indicadores crudos deben cumplir estos criterios para avanzar al
siguiente paso convertirse en indicadores base Los criterios de seleccioacuten obligatorios son
a) Estar relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola El indicador tiene una relacioacuten
altamente significativa (2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo de sostenibilidad
agriacutecola Se debe tener en cuenta que el objetivo de sostenibilidad puede ser diferente al objetivo
del estudio Por ejemplo el efecto de los tratamientos sobre el stock de carbono del suelo (StockC)
se relaciona tanto con el objetivo del estudio como con los objetivos de sostenibilidad agriacutecola La
concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal (Ntr-Veg) no tendriacutea relacioacuten significativa directa con
los objetivos de sostenibilidad
b) Ser cuantificable Las variables continuas son maacutes favorables que los rangos (escalas
ordinales) o puntajes siacuteno (binarios) cualquier forma de cuantificacioacuten es preferible a una
evaluacioacuten totalmente cualitativa (de Olde et al 2016b) Es cuantificable (1) no es cuantificable
(0)
c) Ser especiacuteficamente interpretable El cambio del indicador puede ser interpretado por la
modificacioacuten que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos Es especiacuteficamente interpretable (1)
no es especiacuteficamente interpretable (0)
d) Ser transparente y estandarizado El indicador se basa en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que pueda repetirse de manera confiable y compararse entre siacute Es
transparente y estandarizado (1) no es transparente y estandarizado (0)
e) No ser redundante El indicador no se obtiene a partir de otra variable que hace parte del
anaacutelisis o no es una variable dentro de una funcioacuten de agregacioacuten (FAg) Una FAg es un indicador
que agrega dos o maacutes variables dentro de siacute y que mediante una ecuacioacuten obtiene el resultado de la
interaccioacuten de las variables que conforman la funcioacuten De presentarse el primer caso se da
prioridad a la variable independiente De presentarse el segundo caso se escoge la FAg pues por si
misma genera una mayor cantidad de informacioacuten Es redundante (0) no es redundante (1) es una
106 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
FAg (1) o es una variable dentro de una FAg incluida en el estudio (0) Si el indicador no
redundante resulta ser no significativo (f) se puede elegir el indicador redundante
f) Ser significativamente diferente El indicador es sensible cambia substancial y dentro del
umbral de evaluacioacuten con los tratamientos aplicados Estadiacutesticamente el indicador presenta
diferencias significativas entre los tratamientos evaluados Se realiza un anaacutelisis de varianza
(Anova) y una prueba de comparacioacuten Si existen diferencias significativas (P lt 005) entre al
menos el 20 de los tratamientos para el indicador evaluado se le asigna un puntaje de uno (1)
entre el 20 y 40 un puntaje de dos (2) entre el 40 y el 60 un puntaje de tres (3) entre el 60 y
el 80 un puntaje de cuatro (4) y entre el 80 y el 100 de los tratamientos un puntaje de cinco
(5) Si resulta que no son significativos se le asigna un puntaje de cero (0) y el indicador no
continuacutea en el proceso
Criterios no obligatorios principales Son criterios cuyo cumplimiento es altamente
recomendable pues aportan mayor validez transparencia y confianza al anaacutelisis pero no son de
estricto cumplimiento Los criterios de seleccioacuten no obligatorios principales son
a) Medicioacuten asequible La medicioacuten directa (campo o laboratorio) o estimacioacuten del indicador a
traveacutes de funciones o modelos es faacutecil y poco costosa (3) faacutecil y muy costosa (2) difiacutecil y poco
costosa (1) o difiacutecil y muy costosa (0) para la mayoriacutea de los interesados Una medicioacuten asequible
aumenta la participacioacuten y la regularidad del monitoreo (de Olde et al 2016b)
b) Parametrizado El indicador tiene rangos o umbrales preestablecidos (3 puntos) Es altamente
recomendable que los indicadores esteacuten parametrizados pues maacutes que la comparacioacuten entre
tratamientos los umbrales definen claramente si la aplicacioacuten del tratamiento genera un aumento o
una disminucioacuten en la sostenibilidad del sistema
c) Medido o estimado El indicador es medido directamente en campo o estimado a partir de
variables medidas directamente en campo (2) es medido en laboratorio o estimado a partir de
variables medidas en laboratorio (1) o es estimado mediante funciones (p ej de
pedotransferencia) o modelacioacuten (0) Siempre seraacuten preferibles los valores reales (observados) a
los estimados
107 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
d) Relacionado con el objetivo del estudio El indicador tiene una relacioacuten altamente significativa
(2) significativa (1) o no significativa (0) con el objetivo del estudio Se debe tener en cuenta que
el objetivo del estudio puede ser diferente al objetivo del anaacutelisis de sostenibilidad
e) Variable entre repeticiones El indicador muestra diferencias entre las repeticiones de un
mismo tratamiento (1) Algunos indicadores obtenidos mediante estimaciones generan
exactamente el mismo valor para todas las repeticiones del tratamiento esto podriacutea restar validez al
anaacutelisis estadiacutestico
Criterios no obligatorios alternos Son criterios cuyo cumplimiento es recomendable pero se
utilizan maacutes como medio de desempate en caso de que dos o maacutes indicadores que cumplen con los
demaacutes criterios obtienen el mismo puntaje Los criterios de seleccioacuten no obligatorios alternos son
a) Aceptacioacuten El indicador es aceptado (1) ampliamente aceptado (2) o no aceptado (0) por parte
de los principales interesados o tomadores de decisioacuten (pej productores gobernantes cientiacuteficos
etc)
b) Desarrollo participativo El indicador se escogioacute participativamente (1) o no (0) Indicadores
escogidos por las partes interesadas tienen maacutes probabilidad de ser relevantes confiables
praacutecticos considerados y utilizados (de Olde et al 2016b)
c) Balance de presente y futuro El indicador puede utilizarse para evaluar la sostenibilidad
actual y futura Algunos de los indicadores y mediciones deberiacutean monitorear posibles nuevas
amenazas y oportunidades futuras (de Olde et al 2016b)
d) Agregado El indicador es un FAg que representa un conjunto de variables (1) o no (0) Los
indicadores que corresponden una funcioacuten de agregacioacuten son preferibles pues con un solo valor se
explica el comportamiento de dos o maacutes variables o componentes del sistema de produccioacuten
Criterio de correlacioacuten Este criterio permite elegir entre indicadores que presentan una
correlacioacuten significativa Para asignar la puntuacioacuten se debe seguir el siguiente procedimiento
1 Se realiza una matriz de correlacioacuten entre los indicadores que se deseen comparar
108 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2 Se estima el factor de seleccioacuten uno (FS1) para cada indicador aplicando la Ecuacioacuten 19
FS1 = 1 ndash [ (Ck1-n)] Ecuacioacuten 19
Donde = Promedio Ck1-n = valor del coeficiente de correlacioacuten en valores absolutos (0 a 1)
entre el indicador evaluado y los demaacutes indicadores de la matriz de correlacioacuten FS1 determina el
grado de correlacioacuten global del indicador es decir su grado de correlacioacuten con los demaacutes
indicadores dentro de la matriacutez de correlacioacuten Entre mayor sea FS1 menor es la correlacioacuten global
del indicador
3 Se estima el factor de seleccioacuten dos (FS2) para cada indicador a partir de la Ecuacioacuten 20
FS2 = [sum k minus ( sum FL
FL=n
FL=1
)
k=n
k=1
] minus 1 Ecuacioacuten 20
Donde k = indicador FL = Funcioacuten loacutegica que va de 1 hasta n
FL = Si FS1 gt 07 entonces 0 de lo contrario 1
FS2 relaciona la magnitud del coeficiente de correlacioacuten con la significancia de cada indicador De
esta forma se eliminan indicadores muy correlacionados a los cuales se les asigna un valor de
cero
4 Se estima el factor de seleccioacuten tres (FS3) para cada indicador a partir de las siguientes
funciones loacutegicas
Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2 (kn)] gt 0 entonces FS3 = FS2 Si Valor maacuteximo [(FS2(k1) hellip FS2
(kn)] = 0 entonces Si FS1 lt Valor maacuteximo [(FS1(k1) hellip FS1 (kn)] entonces FS3 = 0 de lo
contrario FS3 = FS1]
FS3 permite escoger un indicador cuando todos los indicadores de la matriz estaacuten correlacionados
de una forma altamente significativa
109 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5 Se normaliza FS3 por medio de la siguiente Ecuacioacuten 21
FSN = FS3
Valor maacuteximo [FS3(k1minusn)] Ecuacioacuten 21
Donde FSN = Valor normalizado de FS3 FS3(k1-n) = Valor maacuteximo de FS3 desde el indicador uno
hasta n
Si FSN = 0 entonces se elimina el indicador
6 Puede ocurrir que dos indicadores se correlacionen significativamente con los demaacutes indicadores
de la matriz de correlacioacuten y que a su vez esos dos indicadores tengan una correlacioacuten entre siacute
altamente significativa En ese caso se debe eliminar uno de los indicadores Para definir cual
indicador se elimina primero se deben identificar los indicadores correlacionados mediante la
siguiente funcioacuten loacutegica
Si [FS1(k1) = FS1(k2) y FS1(k1) = FS1(k3) y hellip FS1(k1) = FS1(kn)] entonces se identifican los
indicadores (k) correlacionados con este siacutembolo ldquoϯrdquo Esta comparacioacuten se debe realizar con todos
los indicadores [FS1(k1) hasta FS1(kn)]
7 Para cada indicador que se le haya adjudicado un valor FSN se hace la sumatoria de los puntajes
obtenidos en los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS = ObDr + NbPr + NbAt) Si se identificaron
dos indicadores correlacionados en el paso sexto (ϯ) se escoge el que haya obtenido el mayor valor
para la suma de los puntajes de los criterios de seleccioacuten (sumCS)
8 Se calcula CrLc para cada indicador seleccionado multiplicando sumCS WCS Donde WCS es el
ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten
Al final del proceso se realiza una sumatoria de los puntajes obtenidos en cada categoriacutea (ObGt +
NbPr + NbAt + CrLc) Los indicadores que obtengan un puntaje mayor a cero haraacuten parte del CMI
110 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2443 Estudio de caso
La metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores expuesta se utilizoacute con los tres experimentos
evaluados en este trabajo de tesis (Numeral 21) En esta seccioacuten se presentan los resultados y el
procedimiento detallado de seleccioacuten de indicadores para el experimento en tomate (ExTom)
expuesto en el Numeral 211 En la Tabla 2-24 se muestran las variables evaluadas en el
experimento Los meacutetodos utilizados para medir cada variable se pueden ver en la Tabla 4-3 y
Tabla 4-5
Los anaacutelisis estadiacutesticos se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019) Para
todas las variables estudiadas se realizoacute un anaacutelisis descriptivo detectando valores extremos por
medio de graacuteficos boxplot utilizando la libreriacutea mvoutlier (Filzmoser y Gschwandtner 2017) y
realizando pruebas de normalidad (Shapirotest) y de homogeneidad de varianzas (Bartletttest) de
la libreriacutea normtest (Gavrilov y Pusev 2014) En los casos donde se detectaron faltas de ajuste
para encontrar la transformacioacuten adecuada de los datos se utilizoacute la herramienta boxcox de la
libreriacutea MASS (Ripley et al 2017) Se realizoacute el anaacutelisis de correlacioacuten de Pearson con las ayudas
de origen de R Para determinar las diferencias entre tratamientos con la libreriacutea Agricolae
(Mendiburu 2017) se realizoacute el Anova y la prueba de comparacioacuten muacuteltiple de Tukey (HSD)
Tabla 2-24 Indicadores crudos ambientales sociales y econoacutemicos evaluados en el estudio de caso
Ambiental Social
Indicador crudo Sigla Indicador crudo Sigla
Stock de carbono StockC Rendimiento Yd
pH pH Porcentaje de producto de primera categoriacutea PCat
Conductividad eleacutectrica CE Jornales por ciclo por hectaacuterea JC
Capaciadad de intercambio catioacutenica efectiva CICE Jornales por antildeo por hectaacuterea JA
Foacutesforo disponible en el suelo Pd Indicador de esfuerzo de labor ELB
Densidad aparente Db Indicador de alto y maacuteximo esfuerzo de labor ELB(45)
Capacidad de agua disponible CAD Formacioacuten de oxidantes fotoquiacutemicos PO
Concentracioacuten de nutrientes en tejido vegetal Ntr-Veg Toxicidad humana HT
Marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo SQSMAF
Indicador de calidad del suelo aditivo simple SQSA Econoacutemica
Indicador de calidad del suelo aditivo ponderado SQWP Costos variables VC
Indicador de calidad del suelo con PCA SQPCA Costos fijos FC
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr Inversioacuten IV
Cantidad de agua por kilogramo producido W-kg Ingresos brutos GI
Cantidad de nitroacutegeno por kilogramo producido N-kg Ingresos netos NI
Toxicidad de agua dulce FWT Valor presente neto NPV
Toxicidad marina MWT Relacioacuten beneficio costo BC
Eutrofizacioacuten potencial EP Tasa de oportunidad obtenida ORO
Acidificacioacuten potencial AP Tasa interna de retorno IRR
Potencial de calentamiento global potencial GWP Punto de equilibrio por cantidad BPQ
Agotamiento de la capa de ozono OLD Punto de equilibrio por precio BPP
111 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
245 Resultados
Despueacutes de correr la lista de criterios obligatorios a cada indicador crudo (Tabla 2-24) se
definieron como indicadores base de la dimensioacuten ambiental SQPCA S-Pr W-kg N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD (Tabla 2-25) Los indicadores crudos StockC pH CE CICE P Db
CAD y Txt estaacuten agregados en las funciones de calidad del suelo SQSMAF y SQPCA Por tal motivo
se les asignoacute un puntaje de cero para el criterio de redundancia (NoRd) Ntr-Veg no tiene relacioacuten
directa significativa con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) y se le asignoacute un puntaje de cero para
ese criterio (Tabla 2-25) El indicador SQSMAF no presentoacute diferencias significativas
Tabla 2-25 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores crudos para los criterios de seleccioacuten obligatorios
(ObGt) ObSt Relacionado con el objetivo de sostenibilidad agriacutecola CuAt Cuantificable EpIn
Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y estandarizado NoRd No redundante y SgDf
Significativamente diferente
Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt Ind
crudo
ObSt CuAt EpIn TrEs NoRd SgDf ObGt
0 - 2 0 oacutea 1 0 - 5 WCS = 05 0 - 2 0 oacutea 1 WCS = 05
Dimensioacuten ambiental Dimensioacuten social StockC 2 1 1 1 0 3 000 Yd 2 1 1 1 1 1 100 050
pH 1 1 1 1 0 0 000 PCat 1 1 1 1 1 0 000
CE 1 1 1 1 0 3 000 JC 2 1 1 1 1 1 100 050
CICE 1 1 1 1 0 2 000 JA 2 1 1 1 0 1 000
P 2 1 1 1 0 0 000 ELB 1 1 1 1 0 1 000
Db 1 1 0 1 0 0 000 ELB(45) 1 1 1 1 1 1 086 043
CAD 2 1 1 1 0 0 000 PO 1 1 1 1 1 1 086 043
Txt 0 0 0 1 0 0 000 HT 2 1 1 1 1 1 100 050
Ntr-
Veg 0 1 1 1 1 2 000 Dimensioacuten econoacutemica
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 000 VC 2 1 1 1 0 1 000
SQPCA 2 1 1 1 1 2 073 036 FC 2 1 1 1 0 0 000
LU 2 1 1 1 1 1 064 032 IV 2 1 1 1 0 0 000
W-kg 2 1 1 1 1 1 064 032 GI 1 1 1 1 0 1 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 064 032 NI 2 1 1 1 1 1 100 050
FWT 2 1 1 1 1 5 100 050 BC 2 1 1 1 1 1 100 050
MWT 2 1 1 1 1 5 100 050 NPV 1 1 1 1 1 1 086 043
EP 2 1 1 1 1 5 100 050 ORO 1 1 1 1 1 1 086 043
AP 1 1 1 1 1 5 091 045 IRR 1 1 1 1 1 1 086 043
GWP 2 1 1 1 1 5 100 050 BPQ 2 1 1 1 1 1 100 050
OLD 1 1 1 1 1 5 091 045 BPP 2 1 1 1 1 0 000
Las convenciones de las variables se pueden apreciar en la Tabla 2-24
En cuanto a la dimensioacuten social los indicadores crudos JA y ELB obtuvieron un puntaje de cero
por ser redundantes con JC y ELB(45) respectivamente De igual forma PCat que no presentoacute
diferencias significativas tambieacuten fue eliminado En esta dimensioacuten continuaron como indicadores
base Yd JC ELB(45) PO y HT En la dimensioacuten econoacutemica los indicadores crudos VC FC IV y
GI estaacuten agregados en las funciones de los indicadores de rentabilidad BC NPV ORO e IRR
112 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
mientras que BPP no presentoacute diferencias significativas por lo que obtuvieron un puntaje de cero
Continuaron como indicadores base NI BC NPV ORO IRR y BPQ (Tabla 2-25)
Una vez se definieron los indicadores base para cada dimensioacuten el siguiente paso fue seleccionar
los indicadores centrales Para esto primero se corrioacute la lista de chequeo de criterios no
obligatorios a todos los indicadores base Se encontroacute que la medicioacuten de estos indicadores es
asequible aunque ninguno estaacute parametrizado por lo que a todos los indicadores se les asignoacute un
puntaje de cero para este criterio En la dimensioacuten ambiental solo los indicadores S-Pr y W-kg son
medidos directamente en campo mientras que N-kg es medido en laboratorio Los demaacutes
indicadores base de esta dimensioacuten se estiman mediante funciones o modelacioacuten En la dimensioacuten
social es necesario hacer mediciones directamente en campo para calcular Yd y JC mientras que
ELB(45) PO y HT se estiman mediante funciones o modelacioacuten Todos los indicadores base se
obtienen a partir de mediciones en campo Dentro de la dimensioacuten ambiental los indicadores base
FWT MWT AP GWP y OLD no tienen una relacioacuten significativa con el objetivo del estudio Lo
mismo sucede para JC ELB(45) PO y HT en la dimensioacuten social El uacutenico indicador crudo que no
es variable entre repeticiones es JC pues todas las unidades experimentales dentro del mismo
tratamiento obtuvieron exactamente el mismo valor para este indicador
El uacutenico indicador considerado que auacuten no se ha utilizado en otros estudios es ELB(45) Al mismo
tiempo el uacutenico indicador elegido de forma participativa es Yd Dentro de los indicadores base se
considera que SQPCA S-Pr W-kg N-kg Yd JC y todos los indicadores econoacutemicos pueden ser
uacutetiles para estimaciones de la sostenibilidad futura SQPCA de la dimensioacuten ambiental y todos los
indicadores de la dimensioacuten econoacutemica excepto NI son funciones de agregacioacuten (Tabla 2-26)
Despueacutes de construir la matriz de correlacioacuten se evidencia que existen correlaciones significativas
y altamente significativas entre un gran nuacutemero de indicadores base en cada dimensioacuten De
acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 2-27 los indicadores ambientales N-kg FWT
MWT EP AP GWP y OLD estaacuten correlacionados de una forma significativa y altamente
significativa entre siacute y con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental Estos indicadores
fueron eliminados del proceso dejando en representacioacuten a N-kg pues obtuvo el mayor FS1
Los indicadores S-Pr y W-kg tambieacuten presentaron una correlacioacuten altamente significativa ademaacutes
de correlacionarse de forma equivalente con los demaacutes indicadores de la dimensioacuten ambiental En
este sentido seguacuten la puntuacioacuten obtenida con los demaacutes criterios de seleccioacuten (sumCS) siguioacute en el
113 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
proceso S-Pr Con base en esto de los indicadores base de la dimensioacuten ambiental se escogieron
como indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg (Tabla 2-27)
Tabla 2-26 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para los criterios de seleccioacuten no obligatorios
principales (NbPr) y alternos (NbAt) MdAs Medicioacuten asequible PrTZ Parametrizado MdEd Medido o
estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt Variable entre repeticiones AcTn
Aceptacioacuten DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr Agregado
Indicador
base
Principales NbPr
Alternos NbAt
MdAs PrTz MdEd ObEs VrRt AcTn DsPt PrFu AgVr
0-3 0-2 0 oacute 1 WCS = 02 0-2 0 oacute 1 WCS = 02
Dimensioacuten ambiental SQPCA 3 0 0 2 1 055 011 2 0 1 1 080 016
LU 3 0 2 1 1 064 013 2 0 1 0 060 012
W-kg 3 0 2 1 1 064 013 1 0 1 0 040 008
N-kg 3 0 1 2 1 064 013 1 0 1 0 040 008
FWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
MWT 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
EP 2 0 0 1 1 036 007 2 0 0 0 040 008
AP 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
GWP 2 0 0 0 1 027 005 2 0 0 0 040 008
OLD 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten social Yd 3 0 2 2 1 073 015 2 1 1 0 080 016
JC 2 0 2 0 0 036 007 2 0 1 0 060 012
ELB(45) 3 0 0 0 1 036 007 0 0 0 0 000 000
PO 2 0 0 0 1 027 005 1 0 0 0 020 004
HT 2 0 0 0 1 036 007 1 0 0 0 020 004
Dimensioacuten econoacutemica NI 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 0 060 012
BC 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
NPV 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
ORO 1 0 2 1 1 045 009 1 0 1 1 060 012
IRR 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
BPQ 1 0 2 1 1 045 009 2 0 1 1 080 016
En la dimensioacuten social los indicadores PO y HT presentaron la misma correlacioacuten entre siacute y con
los demaacutes indicadores de su dimensioacuten HT alcanzoacute un mayor puntaje para sumCS Con base en esto
se seleccionaron como indicadores centrales de la dimensioacuten social Yd JC ELB(45) y HT (Tabla
2-27)
En la dimensioacuten econoacutemica todos los indicadores base presentaron correlaciones altamente
significativas entre ellos El indicador BPQ obtuvo el mayor FS3 por lo que se escogioacute como
indicador central en representacioacuten de toda la dimensioacuten econoacutemica (Tabla 2-27)
Con base en los resultados mostrados en la Tabla 2-27 el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI)
estaacute conformado por los indicadores centrales SQPCA S-Pr y N-kg en la dimensioacuten ambiental Yd
114 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
JC ELB(45) y HT en la dimensioacuten social y BPQ en la dimensioacuten econoacutemica Los indicadores
SQPCA Yd S-Pr y BPQ obtuvieron el mayor puntaje (087 086 085 y 085 respectivamente)
mientras que ELB(45) mostroacute la menor puntuacioacuten (06) (Figura 2-2)
Tabla 2-27 Puntuacioacuten obtenida por los indicadores base para el criterio de correlacioacuten (CrLc) NoCv = No
covariable VCr = Puntaje asignado al indicador correspondiente con el coeficiente de correlacioacuten obtenido
en el anaacutelisis de correlacioacuten Cv = valor correspondiente al peso del anaacutelisis de covarianza en el componente
principal uno VCv = Puntaje asignado al indicador correspondiente al peso obtenido del anaacutelisis de
covarianza del PCA
Indicador
base Matriz de correlacioacutensect Factores de Seleccioacuten CrLc
Dimensioacuten ambiental
SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD FS1 FS2 FS3 FSN sumCS WCS = 01
SQPCA 039 039 076 072 072 072 072 072 072
035 100 100 100 207 100 010
LU 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 187 100 010
W-kg 039 100 054 077 077 077 077 077 077
027 100 100 100 ϯ 166
N-kg 076 054 054 095 095 095 095 095 095
016 100 100 100 167 100 010
FWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
MWT 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
EP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
AP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
GWP 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
OLD 072 077 077 095 100 100 100 100 100
009 000 000
Dimensioacuten social
Yd JC ELB(45) PO HT
Yd 019 041 077 077
047 100 100 050 253 050 005
JC 019 071 024 024
066 200 200 100 196 100 010
ELB(45) 041 071 070 070
037 200 200 100 122 100 010
PO 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 133
HT 077 024 070 100
032 100 100 050 ϯ 147 050 005
Dimensioacuten econoacutemica
NI BC NPV ORO IRR BPQ
NI 100 100 100 100 096
001 000 000
BC 100 100 100 100 096
001 000 000
NPV 100 100 100 100 096
001 000 000
ORO 100 100 100 100 097
001 000 000
IRR 100 100 100 100 097
001 000 000
BPQ 096 096 096 097 097
004 000 004 100 225 100 010
115 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 2-2 Puntaje obtenido por cada uno de los indicadores que hacen parte del conjunto miacutenimo de
indicadores (CMI) para cada conjunto de criterios de seleccioacuten
246 Discusioacuten
Tomando como referencia lo expuesto por Smith y Dumanski (1994) un indicador es una
caracteriacutestica que mide o refleja el estado o condicioacuten de cambio de un sistema Asiacute mismo un
indicador de sostenibilidad agriacutecola es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un conjunto
de variables asociadas a la dimensioacuten ambiental social o econoacutemica de un sistema de produccioacuten
agriacutecola que se establece(n) como referente para informar sobre el funcionamiento de ese
sistemardquo (de Olde et al 2016c) Un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de
distancia al objetivo es decir mide la distancia entre los valores reales o predichos y el valor de
referencia (que en este caso representa el valor con que se logra la mayor sostenibilidad)
La seleccioacuten de indicadores es un proceso que involucra anaacutelisis tanto cualitativos como
cuantitativos No obstante como lo sugiere Waas et al (2014) aunque los indicadores pueden ser
cuantitativos (nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos
sean transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida Con el procedimiento
expuesto en este trabajo se tratoacute de reducir al maacuteximo el nivel de subjetividad asociada a la
seleccioacuten de indicadores cualitativos No obstante es muy difiacutecil eliminar totalmente la
subjetividad del proceso de seleccioacuten de indicadores de sostenibilidad agriacutecola pues se deben
tomar decisiones muy relacionadas con la experiencia de los investigadores La primera eleccioacuten
subjetiva que se realiza es el peso o ponderador que se le asigna a cada grupo de criterios de
00
02
04
06
08
10
HT JC Yd ELB(45) N-kg SQPCA S-Pr BPQ
Social Ambiental Econoacutemica
Pu
nta
je
Dimensioacuten - Indicador
ObGt NbPr NbAt CrLc
116 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
seleccioacuten En este trabajo se considera que los criterios obligatorios tienen un mayor peso por lo
que se les asignoacute un WCS de 05 (escala 0 a 1) (Tabla 2-25) mientras que a los criterios no
obligatorios principales y alternos se les asignoacute un WCS de 02 a cada uno y al criterio de
correlacioacuten un WCS de 01 Podriacutea haber un consenso en el que se afirme que los criterios
obligatorios son maacutes importantes que los no obligatorios la pregunta es iquestcuaacutel valor de WCS se debe
asignar a cada criterio de seleccioacuten Es evidente que los criterios obligatorios tienen una mayor
importancia pues si no se cumple alguno de ellos el indicador queda eliminado del proceso
inmediatamente por lo que deben ser revisados con mayor detalle
La segunda eleccioacuten subjetiva es el puntaje asignado a algunos criterios de seleccioacuten Por ejemplo
definir si un indicador tiene una relacioacuten significativa o altamente significativa con el objetivo de
sostenibilidad podriacutea tener varios puntos de vista Determinar si un indicador tiene o no relacioacuten
con el objetivo de sostenibilidad tambieacuten puede generar una gran discusioacuten A este respecto Bell y
Morse (2008) Bockstaller et al (2009) y Parris y Kates (2003) establecen que falta consenso sobre
cuaacuteles indicadores incluir en los anaacutelisis de sostenibilidad existiendo una amplia diversidad de
enfoques
Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores estaacute disentildeada para que el proceso de seleccioacuten
subjetiva se vaya diluyendo a medida que se va avanzando de indicadores crudos a indicadores
base e indicadores centrales Al incluir anaacutelisis estadiacutesticos y criterios de seleccioacuten absolutos
(sino) se disminuye el grado de subjetividad
Como se evidencioacute en este trabajo generalmente se miden muchos indicadores pero muchos son
redundantes y correlacionados La eleccioacuten de indicadores mediante una matriz y un algoritmo de
correlacioacuten permite seleccionar los indicadores con el mayor peso estadiacutestico evitando la
redundancia en el anaacutelisis Asiacute mismo el procedimiento de seleccioacuten da mayor importancia a
aquellos indicadores que sean funciones de agregacioacuten pues un solo indicador explica el
comportamiento de todas las variables que conforman la funcioacuten
Desde una perspectiva teacutecnica un indicador es ldquouna variable o una funcioacuten de agregacioacuten de un
nuacutemero de variables relacionado con un valor de referencia que da sentido a los valores que
toman las variablesrdquo (Pinteacuter et al 2012 Singh et al 2012 Rigby et al 2000) En ese sentido un
indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Ninguno de los indicadores base
117 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estaba parametrizado es decir ninguno teniacutea ese punto de referencia Al no estar parametrizados
el nivel de sostenibilidad de los indicadores se debe realizar en teacuterminos de la comparacioacuten entre
los tratamientos evaluados El nivel de sostenibilidad se define con base en un referente dentro del
mismo experimento no con base en referentes externos En ese sentido se debe definir si el mayor
nivel de sostenibilidad se asocia con un mayor o menor nivel del indicador
Escoger solo los indicadores que muestran diferencias significativas entre los tratamientos
evaluados elimina ruido al anaacutelisis Trabajar con indicadores que tienen la misma importancia para
todos los tratamientos de un experimento solo incrementa el trabajo pero no aporta informacioacuten
sobre las diferencias que se quieren identificar entre los tratamientos Esto es maacutes evidente en aacutereas
pequentildeas como parcela o unidad experimental A esta escala indicadores asociados a poliacuteticas
gubernamentales o macroeconoacutemicas no ejerceriacutean un efecto diferencial entre los tratamientos en
evaluacioacuten por lo que no deberiacutean ser consideradas
Aunque la metodologiacutea propuesta en este estudio promueve una menor subjetividad en el proceso
de seleccioacuten de indicadores se debe seguir reconociendo que las definiciones de sostenibilidad asiacute
como la seleccioacuten de indicadores variacutean con los enfoques contextos y expectativas de los
investigadores (Bell y Morse 2008 Gasparatos 2010)
247 Conclusiones
El proceso de seleccioacuten de indicadores inicioacute con la evaluacioacuten de 40 indicadores crudos 21
ambientales ocho sociales y once econoacutemicos Al finalizar el proceso se redujeron a ocho
indicadores centrales tres ambientales (N-kg SQPCA S-Pr) cuatro sociales (HT JC Yd y ELB(45))
y uno econoacutemico (BPQ) Esta metodologiacutea de seleccioacuten de indicadores utiliza un riguroso proceso
con 22 criterios de seleccioacuten distribuidos en cuatro grupos jeraacuterquicos al mismo tiempo promueve
una menor subjetividad al incluir anaacutelisis estadiacutesticos algoritmos y procesos matemaacuteticos Al
utilizar esta metodologiacutea se incrementa la probabilidad de que todas las variables ambientales
sociales y econoacutemicas medidas en el experimento esteacuten representadas en el conjunto miacutenimo de
indicadores Ademaacutes se aumenta la posibilidad de que los indicadores centrales seleccionados
evaluacuteen con mayor confiabilidad la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Se espera que esta
metodologiacutea sea viable y ampliamente utilizada en instrumentos de evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola
118 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3 Construccioacuten de la Metodologiacutea de Evaluacioacuten
de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos
Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
31 Resumen
Existe un considerable nuacutemero de herramientas orientadas a la evaluacioacuten de la sostenibilidad
agriacutecola adaptadas a diferentes escalas geograacuteficas de medicioacuten (global nacional regional yo
finca) En la literatura revisada no se encontroacute ninguna evaluacioacuten enfocada a evaluaciones a una
menor aacuterea geograacutefica es decir hacia la comparacioacuten de parcelas o unidades experimentales a las
cuales se les aplican tratamientos de investigacioacuten Como aporte se propone la Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo
(MSEAS) En este estudio se construye MSEAS haciendo una revisioacuten de los indicadores
ambientales sociales y econoacutemicos con posibilidad de uso y se define un uacutenico iacutendice de
sostenibilidad (IS) Se recopilaron 47 indicadores para la dimensioacuten ambiental distribuidos en
cuatro atributos calidad del suelo (12) relacioacuten suelo-planta (17) relacioacuten suelo-agua (9) y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera (9) Para la dimensioacuten social ocho indicadores seguridad alimentaria (2)
generacioacuten de empleo (2) y salud humana (4) Para la dimensioacuten econoacutemica 11 indicadores
egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) y rentabilidad (6) De los tres iacutendices (meacutetodos de
agregacioacuten) evaluados suma ponderada de indicadores (ISS) producto de indicadores ponderados
(ISP) y funcioacuten multicriterio (ISλ) ISP se define como el maacutes idoacuteneo pues limita el poder de
compensacioacuten entre indicadores e iacutendices cuando estos son iguales a cero y mantiene el rango de
IS entre 0 y 1 cuando estos son mayores a 0 MSEAS es una herramienta de apoyo a la toma de
decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan sostenibles son los
diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos de campo
Palabras clave calidad del suelo relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-
atmoacutesfera indicadores de sostenibilidad iacutendice de sostenibilidad
119 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
32 Abstract
There are many established agricultural sustainability assessment tools in use at global regional
and farm geographical scales To date however there is no known assessment of their ability to
define the most sustainable cropping system at the plot-level or experimental unit geographical
scale Furthermore despite the environmental and social importance of soil in the agricultural
systems many of the sustainability assessments use very few or no indicators related to soil
properties or processes In that sense we propose the tool MSEAS (Sustainability Assessment
Methodology to Soil-Associated Agricultural Experiments) In this work MSEAS is constructed
making a review of the environmental social and economic indicators that could be utilized and
defining a single sustainability index (IS) The environmental dimension included 47 indicators
distributed in four subdimensions soil quality (12) soil-plant (17) soil-water (9) and soil-
atmosphere (9) Social dimension included eight indicators food security (2) employment
generation (2) and human health (4) For the economic dimension 13 indicators were collected
costs (2) investment (1) incomes (2) profitability (6) and crop management (2) for a total of 118
indicators From the three indices (aggregation methods) evaluated weighted sum of indicators
(ISS) product of weighted indicators (ISP) and multi-criterion function (ISλ) ISP is defined as the
most appropriate because it limits the compensation power between indicators and indices when
they are equal to zero and maintains the range of IS between 0 and 1 as long as they are higher than
0 This study provides an adaptable and quantifiable methodology for the evaluation of agricultural
sustainability on a plot or EU scale which will serve as a starting point for use with real
experiments
Key words soil quality soil-plant soil-water soil-atmosphere sustainability indicators
sustainability index
33 Introduccioacuten
El suelo ademaacutes de modificarse dependiendo de su manejo del meacutetodo de produccioacuten y de la
regioacuten de estudio estaacute sometido a procesos de erosioacuten acidificacioacuten alcalinizacioacuten salinizacioacuten
destruccioacuten de estructura compactacioacuten peacuterdida de la biodiversidad desequilibrios nutricionales
disminucioacuten de la capacidad de amortiguacioacuten y contaminacioacuten por fuentes naturales o
antropogeacutenicas entre otros que llevan a su degradacioacuten (Bone et al 2010) Este recurso es la base
de diversos servicios esenciales de provisioacuten regulacioacuten cultura y apoyo (Adhikari y Hartemink
120 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2016) ademaacutes de condicionar la produccioacuten agriacutecola A pesar de esto muchas de las evaluaciones
de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados con sus propiedades o
procesos (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) Incluso en
algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten de un nuacutemero muy reducido de indicadores (p ej
Van Asselt et al 2014) existiendo la posibilidad de no incluir ninguno relacionado con el suelo en
el proceso de seleccioacuten
Las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola se realizan a traveacutes de herramientas que mediante el
uso de indicadores comparan diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de
produccioacuten agriacutecola (de Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015
Dizdaroglu y Yigitcanlar 2014 Peano et al 2014) Generalmente estaacuten orientadas a evaluar la
sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten que ya estaacuten en marcha (pej Goacutemez-Limon y
Riesgo 2009 Van Asselt et al 2014) En la literatura no se encuentran instrumentos de anaacutelisis de
sostenibilidad orientados hacia nuevas alternativas de produccioacuten es decir hacia la definicioacuten de
cuaacutel de los meacutetodos o teacutecnicas agriacutecolas evaluados mediante experimentacioacuten cientiacutefica es la maacutes
sostenible A este respecto Deytieux et al (2016) mencionan que deberiacutea evaluarse la
sostenibilidad agriacutecola tanto para sistemas de produccioacuten en curso como para nuevas alternativas
desarrolladas mediante experimentacioacuten o modelacioacuten
Algo que tienen en comuacuten las herramientas actuales de evaluacioacuten de la sostenibilidad agriacutecola es
la medicioacuten y estimacioacuten de variables el anaacutelisis a traveacutes de indicadores y la manera como los
resultados son interpretados a traveacutes de iacutendices Este esquema permite el monitoreo del sistema
identificando de forma temprana aquellos procesos que pueden salirse de los liacutemites o umbrales
permitidos (de Olde et al 2016a) A manera de contextualizacioacuten y como se abordaraacute en este
estudio un iacutendice es un valor cuantitativo construido a partir de un conjunto combinado de
indicadores que permite hacer comparaciones entre diferentes sistemas mientras que un indicador
es la representacioacuten de un atributo de un sistema mediante una variable o un conjunto de variables
agregadas en una funcioacuten cuantitativa que relacionan su valor con un valor de referencia (Waas et
al 2014) Es decir un iacutendice se construye a partir de indicadores y un indicador se construye a
partir de variables Esto aplica para todas las herramientas independiente de la escala geograacutefica a
la cual estaacute dirigida
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue construir la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS)
121 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
34 Materiales y Meacutetodos
La construccioacuten de MSEAS incluye las siguientes actividades 1) hacer una revisioacuten y recopilar la
mayor cantidad de indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola a
escala de parcela o unidad experimental La dimensioacuten ambiental se enfatiza en las caracteriacutesticas
del suelo 2) proponer un meacutetodo de seleccioacuten de indicadores a partir del cumplimiento secuencial
de criterios (Numeral 23) 3) evaluar diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y
agregacioacuten por medio de simulaciones y 4) escoger un uacutenico iacutendice de evaluacioacuten de la
sostenibilidad de los tratamientos evaluados en los experimentos
341 Revisioacuten y tipos de indicadores
Inicialmente se hace una revisioacuten de los indicadores que podriacutean utilizarse en evaluaciones de
sostenibilidad a escala de parcela o unidad experimental partiendo de lo expuesto en el Numeral
167 y se sugieren nuevos indicadores acorde con esta propuesta metodoloacutegica
El objetivo de esta revisioacuten es tener una base de referencia para elegir los indicadores que seguacuten
los criterios de seleccioacuten (Numeral 23) y las condiciones propias de los experimentos son los maacutes
idoacuteneos para ser incluidos dentro del anaacutelisis de sostenibilidad
Para facilitar la medicioacuten y estimacioacuten de indicadores especialmente sociales y econoacutemicos se
debe construir un inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada
tratamiento Este inventario es vital para utilizar MSEAS y se realiza a partir de la recoleccioacuten de
los datos de la explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra)
342 Seleccioacuten y parametrizacioacuten de indicadores
En MSEAS la seleccioacuten del conjunto miacutenimo de indicadores se hace a partir de lo expuesto en el
Numeral 23
La parametrizacioacuten es la definicioacuten de los valores paraacutemetros umbrales o rangos ideales para un
indicador en particular es decir cual valor o dentro de cual rango se obtiene la mayor
sostenibilidad posible para el indicador considerado Estos paraacutemetros se establecen para definir
122 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuan alejado estaacute el valor real (obtenido mediante medicioacuten u observacioacuten directa o estimacioacuten) del
umbral que genera la mayor sostenibilidad
343 Definicioacuten de un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
Existen diversos meacutetodos para medir iacutendices En este trabajo se buscoacute definir un meacutetodo que
condujera a un uacutenico iacutendice que permitiera definir cuantitativamente (0 a 1) cuaacutel de los
tratamientos evaluados presenta el mayor nivel de sostenibilidad Es asiacute como se analizaron
diferentes meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten que mediante comparaciones y
simulaciones permitieron seleccionar los maacutes idoacuteneos
3431 Teacutecnicas de normalizacioacuten evaluadas
Debido a que los indicadores son usualmente medidos en diferentes unidades la normalizacioacuten o
transformacioacuten de los datos en variables adimensionales es un requisito previo para el proceso de
agregacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) En ese
sentido se evaluaron las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten o estandarizacioacuten expuestas por
Freudenberg (2003)
Desviacioacuten estaacutendar desde la media asume una distribucioacuten normal (media de 0 y desviacioacuten
estaacutendar 1) Los valores normalizados pueden ser positivos o negativos (Ecuacioacuten 22)
Vacute =v minus vx
Ds Ecuacioacuten 22
Doacutende Vacute = Valor normalizado v = valor observado a normalizar vx = promedio de todos los
valores observados y Ds = Desviacioacuten estaacutendar
Distancia desde el maacuteximo los valores de todos los indicadores normalizados variacutean entre un
rango adimensional de 0 a 1 donde 0 representa el peor valor del indicador (el menos sostenible) y
1 el mejor (el maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 23)
Vacute =v
MA Ecuacioacuten 23
123 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Donde MA = valor maacutes sostenible del conjunto de datos (puede ser el mayor o el menor valor
seguacuten la naturaleza del indicador)
Distancia desde la media donde el valor observado medio se le asigna un valor normalizado de 1
y a los demaacutes valores observados se les asignan valores dependiendo de su distancia a la media
Los valores superiores a 1 sugieren que el indicador supera el promedio (Ecuacioacuten 24)
Vacute =v
vx Ecuacioacuten 24
Distancia desde el mejor y peor valor donde el valor normalizado estaacute en relacioacuten con el valor
observado maacuteximo y miacutenimo Los valores normalizados toman valores entre 0 (menos sostenible)
y 1 (maacutes sostenible) (Ecuacioacuten 25)
Vacute =v minus vmin
vmax minus vmin Ecuacioacuten 25
Donde vmin = valor observado miacutenimo y vmax = valor observado maacuteximo
Escala categoacuterica donde a cada valor observado se le asigna un puntaje ya sea cuantitativo (p
ej entre [1hellip n] ngt 1) o cualitativo (alto medio bajo) dependiendo de si su valor estaacute por encima
o por debajo de un umbral dado
3432 Asignacioacuten de ponderadores a los indicadores centrales
La ponderacioacuten despueacutes de la seleccioacuten de los indicadores es el paso que maacutes influye en el
resultado final de la evaluacioacuten de sostenibilidad ya que dependiendo de la teacutecnica utilizada los
resultados pueden diferir Las teacutecnicas de asignacioacuten de ponderadores a los indicadores se pueden
dividir en positivas y normativas (OECD-JRC 2008) Las teacutecnicas positivas o endoacutegenas son
aquellas que utilizan procedimientos estadiacutesticos sin incluir opiniones de expertos o juicios de
valor Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas intentan asignar diferentes pesos a los indicadores como
una funcioacuten de la opinioacuten de expertos asumiendo la sostenibilidad como una construccioacuten social
(Baush et al 2014 Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
124 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
3433 Teacutecnicas de agregacioacuten evaluadas
Para evaluar cuantitativamente el nexo entre las diferentes dimensiones de la sostenibilidad es
necesario tener en cuenta que estas dimensiones no son independientes sino que estaacuten
interconectadas entre siacute (Giampietro et al 2014) Se han establecido paraacutemetros cuantificables de
comparacioacuten entre la sostenibilidad de diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola y estos
generalmente se agregan en iacutendices o indicadores compuestos (Schader et al 2014 Singh et al
2012 Bockstaller et al 2009)
En general un valor de agregacioacuten o valor agregado es un uacutenico valor representativo de un amplio
conjunto de valores arbitrarios relacionados (Pollesch y Dale 2015) Una funcioacuten de agregacioacuten es
la operacioacuten matemaacutetica que asigna los valores de entrada al valor de salida representativo o
ldquoagregadordquo (Pollesch y Dale 2015) Existen diferentes teacutecnicas de agregacioacuten cuya diferencia
radica en el tipo de funcioacuten y en el grado de compensacioacuten que utiliza (total parcial o nula)4
Para determinar cuaacutel es el IS que mejor representa la realidad a traveacutes de simulaciones de un rango
de posibles respuestas que se presentariacutean en la realidad se evaluaron las tres teacutecnicas de
agregacioacuten expuestas por Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez (2010)
Suma ponderada de indicadores es una regla de agregacioacuten ponderada lineal la cual representa
la compensacioacuten total entre indicadores La Ecuacioacuten 26 muestra la expresioacuten de agregacioacuten
ISS = sum Wk times Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 26
Doacutende ISS = Iacutendice de sostenibilidad para suma ponderada Wk = Peso asociado (ponderador) al
indicador k e Ik = Valor normalizado del indicador k Al utilizar este meacutetodo (aditivo) se aplica el
supuesto de independencia preferencial de los indicadores lo cual implica que hay compensacioacuten
total entre ellos y que independiente de su valor esta es constante (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza
2011)
4 En este contexto la compensacioacuten es la accioacuten de enmascarar el efecto de un indicador poco sostenible con
el de otro maacutes sostenible
125 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Producto de indicadores ponderados Este representa la compensacioacuten parcial entre indicadores
Su expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27
ISP = prod IkWk
k=n
k=1
Ecuacioacuten 27
Este meacutetodo (multiplicativo) tambieacuten implica la compensacioacuten entre indicadores aunque en este
caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten del valor de los
indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa lo
mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011)
Funcioacuten multi-criterio Se basa en la distancia al punto ideal Se define por la Ecuacioacuten 28
donde el paraacutemetro de compensacioacuten (120582) fluctuacutea de 0 a 1 afectando el grado de compensacioacuten
entre indicadores Se consideran cinco valores del paraacutemetro de compensacioacuten (120582 = 000 025
050 075 y 100) equivalentes a cinco IS los cuales resultan en los tres grados de compensacioacuten
mencionados a) compensacioacuten total (120582 = 1) b) varios grados de compensacioacuten parcial (0 lt 120582 gt 1)
y c) compensacioacuten nula (120582 = 0)
ISλ = (1 minus λ) lowast [Mink(Wk lowast Ik)] + λ lowast sum Wk lowast Ik
k=n
k=1
Ecuacioacuten 28
Donde Mink(Wk Ik) = valor miacutenimo ponderado y normalizado para el conjunto de indicadores
Se evaluaron todos los meacutetodos mediante simulaciones y con base en los resultados se sugirioacute el
maacutes idoacuteneo para ser utilizado en MSEAS con valores reales de campo Para realizar las
simulaciones se asumieron las tres dimensiones de la sostenibilidad (Ik) cada una con tres
diferentes posibles valores asiacute I1 = 000 033 y 100 I2 e I3 = 010 03 y 100 Cada posible
combinacioacuten de Ik se contrastoacute con un vector de ponderacioacuten (Wk) con cuatro combinaciones de
factores (W1 W2 y W3) = (033 033 033) (01 01 08) (01 08 01) (08 01 01) A cada
valor de Wk se le asignoacute un valor de Ik construyendo finalmente cuatro escenarios cada uno con
27 combinaciones IkWk (Tabla 3-1)
126 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-1 Simulaciones disentildeadas para encontrar la mejor teacutecnica de agregacioacuten Simulacioacuten 1 Simulacioacuten 2 Simulacioacuten 3 Simulacioacuten 4
Wk
W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 W1 W2 W3 033 033 033 01 01 08 01 08 01 08 01 01
Ik
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1-W1 I1-W2 I1-W3
I1
00 - 03 03 - 03 10 - 03 00 - 01 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 00 - 03 03 - 01 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 01
10 - 03 00 - 03 03 - 03 10 - 01 00 - 01 03 - 08 10 - 01 00 - 08 03 - 01 10 - 08 00 - 01 03 - 01
I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3 I2-W1 I2-W2 I2-W3
I2
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3 I3-W1 I3-W2 I3-W3
I3
01 - 03 03 - 03 10 - 03 01 - 01 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 01
03 - 03 10 - 03 01 - 03 03 - 01 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 01
10 - 03 01 - 03 03 - 03 10 - 01 01 - 01 03 - 08 10 - 01 01 - 08 03 - 01 10 - 08 01 - 01 03 - 01
35 Resultados y discusioacuten
351 Indicadores ambientales sociales y econoacutemicos con uso potencial
en MSEAS
3511 Indicadores de la dimensioacuten ambiental
En esta propuesta los indicadores ambientales giran en torno al recurso suelo y su relacioacuten con los
demaacutes sistemas del medio ambiente dando como resultado cuatro atributos calidad del suelo
relacioacuten suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada
atributo se obtienen a partir de las variables medidas en campo o laboratorio del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141) yo de la estimacioacuten mediante funciones o modelacioacuten En
cuanto a esto uacuteltimo se utiliza la metodologiacutea de anaacutelisis de ciclo de vida (LCA por sus siglas en
ingleacutes Life Cicle Assessment) (Guineacutee et al 2004) (Numeral 4143)
Atributo Calidad del suelo
En la literatura se evidencian dificultades para hacer la seleccioacuten de indicadores que realmente
representen la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten agriacutecola pues es faacutecil caer en el error
de emplear cualquier propiedad fiacutesica quiacutemica o bioloacutegica del suelo como indicador para este
propoacutesito Tambieacuten pueden evaluarse indicadores asociados con otro tipo de sistemas que no
127 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
aportan informacioacuten directa a la evaluacioacuten de la sostenibilidad del sistema de produccioacuten agriacutecola
cuyo objetivo como ya se ha mencionado es hacer comparaciones cuantitativas entre diferentes
sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola es decir entre formas de
cultivar Por otro lado aunque las estrategias evaluadas impacten directamente sobre el suelo
muchas de las evaluaciones de sostenibilidad agriacutecola utilizan muy pocos indicadores relacionados
con sus propiedades (pej Goacutemez-Limoacuten y Sanchez-Fernandez 2010 Abbona et al 2007) En
esta revisioacuten se encontroacute que se miden muy pocos indicadores relacionados con las propiedades
fiacutesicas del suelo aun cuando se evaluacutean por ejemplo sistemas diferenciales de manejo del agua
(pej Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009) e incluso en algunas publicaciones se sugiere la evaluacioacuten
de un nuacutemero muy reducido de indicadores existiendo la posibilidad de que en esta seleccioacuten no se
tenga en cuenta ninguacuten indicador relacionado con el suelo (pej van Asselt et al 2014)
La calidad de los suelos determina la sostenibilidad agriacutecola (Acton y Gregorich 1995) y como
consecuencia la salud de las plantas de los animales y de los humanos (Haberern 1992) Larson y
Pierce (1991) argumentan que la medicioacuten de la calidad del suelo en agricultura no deberiacutea
limitarse a los objetivos de productividad pues esto contribuye a aumentar su degradacioacuten Cuando
el manejo del suelo se centra en la sostenibilidad en lugar de simplemente en el rendimiento del
cultivo un iacutendice de calidad del suelo puede considerarse como un indicador primario de su
manejo sostenible (Zornoza et al 2015 Andrews 2002 Doran 2002) En muchas publicaciones
relacionadas con sostenibilidad agriacutecola se hace referencia a la calidad del suelo Sin embargo es
comuacuten que no se utilice un iacutendice o funcioacuten de agregacioacuten de propiedades que la determine sino
que se hace referencia a soacutelo una o unas pocas propiedades que se incluyen dentro del conjunto de
caracteriacutesticas de su calidad (pej Nambiar et al 2001) La calidad del suelo no se puede medir de
manera detallada con una sola variable esta se centra en la medicioacuten de un conjunto miacutenimo de
caracteriacutesticas que aparentemente tienen mayor influencia en la dinaacutemica del suelo y su relacioacuten
con el ecosistema (Garrigues et al 2012 de Paul Obade y Lal 2016) Pero la definicioacuten de
indicadores de calidad del suelo se complica por la necesidad de considerar las muacuteltiples funciones
del suelo y la integracioacuten de sus propiedades fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas las cuales definen esas
funciones y generan una imagen holiacutestica de su calidad (Nannipieri et al 1990 Papendick y Parr
1992 de Paul Obade y Lal 2016)
En la Tabla 3-2 se muestran 11 indicadores de calidad del suelo que podriacutean utilizarse dentro de
los anaacutelisis de sostenibilidad y que por medio de un solo indicador dariacutean una visioacuten global de las
caracteriacutesticas del suelo y su relacioacuten con los sistemas de produccioacuten agriacutecola
128 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-2 Indicadores del atributo calidad del suelo con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Indicador de calidad del suelo
de Doran y Parkin SQDP
El objetivo de este indicador es hacer la evaluacioacuten de la calidad del suelo en
teacuterminos de produccioacuten sostenible (produccioacuten de alimentos y resistencia a la
erosioacuten) calidad ambiental (calidad del agua y del aire) y salud humana y animal (calidad de alimentos) (Doran y Parkin 1994)
Indicador general de calidad
del suelo GISQ
Permite la evaluacioacuten de la calidad del suelo y facilita la identificacioacuten de
problemas a traveacutes de los valores individuales de cada subindicador y sus 54 variables Ademaacutes permite monitorear del cambio a traveacutes del tiempo y puede
guiar la implementacioacuten de tecnologiacuteas de restauracioacuten de suelos (Velasquez et
al 2007)
Indicador de calidad del suelo - SMAF
SQSMAF
Este marco de referencia mide el impacto del manejo del suelo sobre sus
funciones a traveacutes de tres pasos seleccioacuten de indicadores interpretacioacuten de
indicadores e integracioacuten en un iacutendice (Andrews et al 2004)
Indicador de calidad del suelo
de Karlen Karlen-SQI
Es un marco de referencia para evaluar la calidad del suelo basado en el
concepto de sistema como apoyo a la toma de decisiones Se utiliza para cuantificar los cambios en la calidad del suelo o comparar factores como
rendimiento a corto plazo vs sostenibilidad a largo plazo o la erosioacuten hiacutedrica
frente a la percolacioacuten profunda de sustancias quiacutemicas (Karlen y Scott 1994)
Indicador de calidad del suelo aditivo simple
SQSA Mukherjee y Lal (2014) compararon tres meacutetodos matemaacuteticos para determinar
la calidad del suelo encontrando que los tres son uacutetiles para calcular SQI Se
utilizan tres paraacutemetros clave de la relacioacuten suelo - planta capacidad de desarrollo de la raiacutez capacidad de almacenamiento de agua y capacidad de
suministro de nutrientes y estos son comparados con el rendimiento del cultivo
(Mukherjee y Lal 2014)
Indicador de calidad del suelo
aditivo ponderado SQW
Indicador de calidad del suelo
modelado estadiacutestico SQPCA
Rangos de respuesta RR
Los rangos de respuesta se utilizan para comparar sistemas de produccioacuten de
forma pareada Bai et al (2018) lo utilizaron para evaluar diferentes meacutetodos y sistemas de produccioacuten en Europa y China
Herramienta de evaluacioacuten del funcionamiento bioloacutegico del
suelo
Biofunctool
Es una manera de evaluar la calidad del suelo basaacutendose en un conjunto de indicadores funcionales de baja tecnologiacutea (efectivos en costo y tiempo asiacute
como faacuteciles de usar) que se pueden medir directamente en el campo
(Thoumazeu et al 2019) Se basa en las funciones del suelo propuestas por Kiblewhitte (2008) Mantenimiento de la estructura ciclo de nutrientes y
transformacioacuten del carbono
Mapa Biogeoquiacutemico BioMap Esta aproximacioacuten considera al suelo como un sistema vivo en el cual la calidad del suelo se puede evaluar a partir de la biodiversidad de la biomasa en tiempo
real (Higueras et al 2019)
Indicador de calidad del suelo
a partir de PLSR SQPLSR
Es un meacutetodo de anaacutelisis de datos estadiacutesticos multivariado propuesto en 1968 (Haitovsky 1968) que integra la regresioacuten lineal muacuteltiple el anaacutelisis de
correlacioacuten canoacutenica y el anaacutelisis de componentes principales PLSR es un
meacutetodo de modelado de regresioacuten que estudia muacuteltiples variables independientes (propiedades del suelo) con variables dependientes individuales o muacuteltiples (p
ej manejo uso profundidad etc) (Xing et al 2020)
Atributo Relacioacuten suelondashplanta
En cuanto al atributo relacioacuten suelondashplanta se recopilaron 17 indicadores agrupados en
propiedades fiacutesicas de la relacioacuten suelondashplanta con dos indicadores propiedades y composicioacuten
quiacutemica de la relacioacuten suelondashplanta con diez indicadores y relacioacuten suelondashmanejo del cultivo con
siete indicadores (Tabla 3-3) Este atributo es el maacutes grande lo cual tiene sentido si se tiene en
cuenta que en el contexto agriacutecola todas las propiedades y caracteriacutesticas del suelo afectan el
129 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
crecimiento y desarrollo de la planta ya sea directamente (como en este atributo) o indirectamente
(como en los demaacutes atributos)
Tabla 3-3 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-planta con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Propiedades fiacutesicas del suelo - planta
Absorcioacuten de agua por la raiacutez RWU Las plantas utilizan las raiacuteces para anclaje respiracioacuten y absorcioacuten de agua y
nutrientes La libre expansioacuten de las raiacuteces en el suelo es vital para el
desarrollo de toda la planta La PE que estaacute ligada a otras propiedades fiacutesicas
del suelo puede modificar la arquitectura de la raiacutez en funcioacuten de aspectos
limitantes a dicha profundidad como la pedregosidad niveles freaacuteticos
superficiales capas endurecidas etc
Profundidad efectiva Pe
Propiedades y composicioacuten quiacutemicas del suelo - planta Reaccioacuten del suelo pH La disponibilidad de nutrientes para la planta estaacute ligada directamente al pH
del suelo elementos como el foacutesforo por ejemplo tienden a inmovilizarse
en pHs aacutecidos o alcalinos limitando su disponibilidad para la planta
(Marschner y Rengel 2012) El pH estaacute relacionado tambieacuten con la inhibicioacuten de la elongacioacuten de las raiacuteces y con toxicidad por exceso de Al
(Lynch et al 2012)
Acidez intercambiable Al+H
Conductividad eleacutectrica CE
La CE es una medida de la concentracioacuten de sales en la solucioacuten del suelo
en donde ciertos niveles pueden inhibir la absorcioacuten de agua por las raiacuteces de
las plantas (Neumann y Roumlmheld 2012)
Nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+) N Dentro de los factores que intervienen directamente en el desarrollo de las
plantas estaacute el suministro de nutrientes esenciales El suministro de estos nutrientes estaacute directamente relacionado con su concentracioacuten y
disponibilidad en el suelo con el equilibrio dinaacutemico entre ellos y con la
relacioacuten con otros factores de crecimiento como agua y clima (Engels et al 2012)
Foacutesforo disponible en el suelo Pd
Potasio K
Calcio Ca
Magnesio Mg
Elementos menores ElMn
Sodio Na
El exceso de sodio puede afectar la capacidad de retencioacuten de agua
disponible para la planta la penetracioacuten de raiacuteces (Qadir y Oster 2004) y
generar desbalances nutricionales (Qadir y Schubert 2002)
Suelo - Manejo del cultivo
Relacioacuten elemento - produccioacuten Elto-kg Es la cantidad requerida del elemento (p ej N P o K) para producir un kg
del producto cosechado
Cobertura del suelo CS Determina la cantidad de diacuteas del antildeo en que el suelo estaacute cubierto por
vegetacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Balance de N P o K NPKBal
Es la diferencia entre la cantidad de N P o K aplicada y la acumulada en el
cultivo (plantas) por unidad de aacuterea Esa diferencia es la cantidad de N P o K
que se libera al ambiente (aire suelo yo agua) (Goacutemez-Limoacuten y Riesgo 2009)
Relacioacuten suelo - productividad S-Pr Determina la cantidad de aacuterea requerida para producir un kilogramo del producto cosechado
Consumo de agua por kilogramo
producido W-kg
Determina la cantidad de agua requerida para producir un kg del producto
cosechado
Atributo Relacioacuten suelo-agua
El manejo del agua es vital en las actividades agriacutecolas y es un detonante de impacto ambiental
positivo o negativo Las plantas absorben los nutrientes de la solucioacuten del suelo cuyo solvente es
el agua (Marschner 2012) Esto indica que aun cuando en el suelo exista la cantidad suficiente de
130 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
nutrientes si el agua es escasa la planta no podraacute absorberlos Por esta razoacuten el manejo del agua es
fundamental para producir la cantidad de alimentos que el mundo necesita y su escasez se ha
convertido en una gran preocupacioacuten en muchas regiones del mundo (Drechsel et al 2015) Por
otro lado en condiciones de cultivo la emisioacuten de nutrientes como nitroacutegeno y foacutesforo a los
sistemas acuaacuteticos se exacerba considerablemente comparado con la emitida en condiciones
naturales (Yao et al 2012)
Se recopilaron nueve indicadores distribuidos en dos grupos movimiento del agua en el suelo con
cinco indicadores y contaminacioacuten de aguas superficiales y profundas desde el suelo con cuatro
indicadores (Tabla 3-4)
Tabla 3-4 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-agua con uso potencial en evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Movimiento del agua en el suelo Saturacioacuten de agua SA
Dado que solo una pequentildea cantidad de agua se almacena en las plantas
cultivadas es el suelo el que se encarga de almacenarla en sus poros y asiacute
mantener la transpiracioacuten de la planta Pero esa capacidad de almacenamiento no es igual para todos los suelos por ende es necesario conocer sus caracteriacutesticas
con miras a un correcto plan de manejo (Ritchie 1981)
Capacidad de campo CC
Punto de marchitez
permanente PMP
Infiltracioacuten In
Escorrentiacutea Esc
La escorrentiacutea tiene relacioacuten directa con la erosioacuten en zonas de ladera por
cuanto el flujo superficial de agua generalmente lleva consigo partiacuteculas de suelo
Contaminacioacuten aguas superficiales y profundas desde el suelo
Lixiviacioacuten de nitratos L-NO3 Las emisiones de nitratos y fosfatos a las aguas superficiales y profundas
ademaacutes de generar peacuterdidas a los agricultores puede generar problemas ambientales como eutrofizacioacuten Lixiviacioacuten de fosfatos L-PO4
Eutrofizacioacuten potencial EP Es la emisioacuten de nitroacutegeno y foacutesforo a los sistemas acuaacuteticos produciendo un aumento de ciertas especies como algas que reduciraacute la concentracioacuten de
oxiacutegeno del medio siendo una amenaza para la biodiversidad (Audsley 2003)
Ecotoxicidad acuaacutetica EtA Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas (plaguicidas desde el aire y
metales pesados desde el suelo) sobre los ecosistemas acuaacuteticos (Audsley 2003)
Atributo Relacioacuten suelondashatmoacutesfera
Desde el suelo se emite de manera natural dioacutexido de carbono (CO2) metano (CH4) monoacutexido de
dinitroacutegeno (N2O) y amoniaco (NH3) que son importantes gases de efecto invernadero (Oertel et
al 2016) sin embargo los sistemas agriacutecolas intensifican los procesos bioquiacutemicos en el suelo
aumentando la cantidad de estas emisiones En la Tabla 3-5 se muestran nueve indicadores
asociados al impacto que el manejo del suelo tiene sobre la atmoacutesfera y a su vez sobre el clima
131 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-5 Indicadores del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Relacioacuten con sostenibilidad
Potencial de calentamiento global PCG
El incremento en la concentracioacuten de CO2 N2O CH4 y aerosoles en la
atmoacutesfera terrestre genera una mayor absorcioacuten de energiacutea de radiacioacuten
teacutermica y en consecuencia un aumento de la temperatura (calentamiento global) (Audsley 2003)
Emisiones de amoniaco (NH3) NH3 La agricultura genera el 84 de las emisiones mundiales N2O (Smith et al 2008) y al mismo tiempo este gas tiene 298 veces maacutes potencial
de calentamiento global que el CO2 (IPCC 2013) Seguacuten Audsley
(2003) el 3 del total de N aplicado al suelo se libera en forma de NH3
Emisiones de monoacutexido de di
nitroacutegeno (N2O) N2O
Emisiones de oacutexidos de nitroacutegeno NOx
Acidificacioacuten potencial AP Emisioacuten de oacutexidos de sulfuro y nitroacutegeno a la atmoacutesfera donde puede combinarse con otras moleacuteculas y regresar a la superficie en forma de
lluvia aacutecida (Audsley 2003)
Agotamiento de la capa de ozono OLD La capa de ozono actuacutea como filtro de la radiacioacuten ultravioleta UV-B
3512 Indicadores de la dimensioacuten social
Esta dimensioacuten se enfatiza en tres atributos sociales seguridad alimentaria generacioacuten de empleo
y salud humana Los indicadores de la dimensioacuten social no abordan poliacuteticas gubernamentales o
caracteriacutesticas sociales que variacuteen dependiendo de la regioacuten o estado En el contexto del aacuterea
geograacutefica de MSEAS (parcela o unidad experimental) estas poliacuteticas o caracteriacutesticas tendriacutean la
misma influencia sobre todos los sistemas (tratamientos) a comparar y no habriacutea un impacto
diferencial sobre los mismos Estas poliacuteticas no generariacutean efecto en el anaacutelisis de sostenibilidad
Se asume que en los datos plasmados en el inventario del sistema productivo estaacuten impliacutecitas las
caracteriacutesticas sociales del lugar donde se desarrolla el experimento y que los resultados estaraacuten
dirigidos principalmente a productores de ese lugar de estudio Se recopilaron ocho indicadores
correspondientes a tres atributos seguridad alimentaria con dos indicadores generacioacuten de empleo
con dos indicadores y salud humana con cuatro indicadores (Tabla 3-6) Todos los indicadores se
pueden estimar a partir del inventario del sistema productivo (Numeral 4141)
3513 Indicadores de la dimensioacuten econoacutemica
Para estimar los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica es vital el inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) pues este permite calcular todos los ingresos y egresos de la
operacioacuten productiva No es posible realizar el anaacutelisis financiero del sistema productivo sin estos
datos A partir de los datos de costos (egresos) y ventas (ingresos) y por medio de un anaacutelisis
financiero de proyectos se obtienen todos los indicadores que para este caso fueron 11 divididos
en cuatro atributos egresos (2) inversioacuten (1) ingresos (2) rentabilidad (6) (Tabla 3-7)
132 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 3-6 Indicadores y atributos de la dimensioacuten social con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd El rendimiento es la cantidad total producida por unidad de aacuterea por ciclo de
produccioacuten Este indicador es uno de los pilares de la seguridad alimentaria
(Rosegrant y Cline 2003 Godfray et al 2010) y la sostenibilidad intensiva (GRabowski et al 2018) la cual exige maacutes y mejores alimentos con menor uso de
espacio (Rockstroumlm et al 2017) Una mayor produccioacuten del producto cosechado
dentro de las categoriacuteas mas altas de calidad fomenta un mayor flujo de dinero al sistema de produccioacuten por ende mayor sostenibilidad
Calidad categoacuterica del producto QCat
Calidad nutricional del producto QNtr Una mayor produccioacuten del producto cosechado con alto valor nutricional promueve
un mayor bienestar entre los consumidores
Generacioacuten de empleo
Jornales por ciclo por hectaacuterea JC Cantidad de personas en horario laboral completo (8 horas diarias de trabajo) que se
requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado
Jornales por antildeo por hectaacuterea JA Cantidad de personas que se requieren para llevar a cabo la produccioacuten en una hectaacuterea de terreno cultivado en un antildeo calendario
Salud humana
Indicador de esfuerzo de labor ELB
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador
Indicador de alto y maacuteximo
esfuerzo de labor ELB(45)
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos PO
Los oacutexidos de nitroacutegeno (NOx) reaccionan con compuestos orgaacutenicos volaacutetiles estos
pueden ser perjudiciales para la salud humana
Toxicidad humana HT Se contemplan los efectos de las sustancias toacutexicas que se encuentran en el ambiente
sobre los humanos
3514 Parametrizacioacuten de indicadores Definicioacuten de umbrales o valores de
referencia
Un indicador estaacute relacionado con un valor de referencia ya que el teacutermino proviene del latiacuten
indicare que significa sentildealar hacia algo (Waas et al 2014) Como se mencionoacute anteriormente
un indicador muestra la sostenibilidad como una medida de distancia al objetivo es decir mide la
distancia entre los valores reales o predichos de la variable y el valor de referencia (que representa
el valor con que se logra la sostenibilidad) Aunque los indicadores pueden ser cuantitativos
(nuacutemeros) o cualitativos (pej graacuteficos colores siacutembolos) es necesario que estos sean
transformados a valores numeacutericos y que tengan una unidad de medida (Waas et al 2014)
A diferencia de la calidad del aire y del agua la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo
estaacuten escasamente definidas Esta deficiencia puede atribuirse a la definicioacuten difusa de la calidad
del suelo acentuada por la dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad
espacial (de Paul Obade y Lal 2016) Esta situacioacuten dificulta la parametrizacioacuten pues no es claro
133 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
cuaacutel es el rango oacuteptimo para muchos de los indicadores Con base en esto los valores de referencia
de los indicadores utilizados en MSEAS se definen de dos formas primero a partir de lo
establecido para la zona y especie cultivada por ejemplo pH = 58 - 65 y segundo mediante la
comparacioacuten de los sistemas (tratamientos) evaluados definiendo previamente si es mejor cuanto
mayor o menor sea Posteriormente se comparan los valores obtenidos para todos los tratamientos
infiriendo que el de mejor comportamiento (mayor o menor) ha alcanzado el mayor valor de
sostenibilidad para ese indicador en particular
Tabla 3-7 Indicadores y atributos de la dimensioacuten econoacutemica con uso potencial en evaluaciones de
sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad experimental
Indicador Sigla Descripcioacuten
Egresos Costos variables VC Son los gastos que cambian con la actividad de la empresa o proyecto
Costos fijos FC Son costos que no variacutean con el volumen de ventas o los ingresos
Inversioacuten
Inversioacuten IV Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos Ingresos brutos GI Son los ingresos de la actividad financiera sin descontar los costos
Ingresos netos NI Son los ingresos de la actividad financiera descontando los costos
Rentabilidad
Valor presente neto NPV Permite determinar si una inversioacuten se maximiza cuando es positivo o se reduce cuando es negativo
Relacioacuten beneficio costo BC
Determina cuantos pesos se recuperan por cada peso invertido Si es gt
1 habraacute ganancias si es lt 1 habraacute perdidas y si es = 1 solo se recupera la inversioacuten
Tasa de intereacutes de oportunidad OIR Es la rentabilidad miacutenima que se le debe exigir al proyecto para renunciar a un uso alternativo
Tasa interna de retorno IRR Es la tasa de intereacutes que ofrece una inversioacuten Debe ser mayor a la
ofrecida por la banca
Punto de equilibrio por cantidad BPQ Cantidad del producto vendido donde las ventas igualan exactamente
los costos
Punto de equilibrio por precio BPP Precio del producto vendido donde las ventas igualan exactamente los costos
352 Meacutetodos de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten
seleccionados para definir un uacutenico Iacutendice de Sostenibilidad (IS)
3521 Eleccioacuten del meacutetodo de normalizacioacuten
Despueacutes de comparar los resultados de la evaluacioacuten de las cinco teacutecnicas de normalizacioacuten
(Figura 3-1) para MSEAS se utilizaraacute la teacutecnica de distancia desde el maacuteximo (N2) Esto debido a
134 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
que las teacutecnicas de desviacioacuten estaacutendar desde la media (N1) y distancia desde la media (N3)
generan valores por fuera del rango establecido (0 a 1) El meacutetodo de distancia desde el mejor y
peor valor (N4) le asigna un valor de 0 al menor valor observado Esto puede generar
inconvenientes con el meacutetodo de agregacioacuten pues el cero implica insostenibilidad absoluta lo que
en la realidad puede no darse con los valores observados mas bajos En cuanto a la teacutecnica de
escala categoacuterica que no se muestra en la Figura 3-1 se descartoacute porque su uso requiere
establecer umbrales para las variables a normalizar y esto no es posible en todos los casos ademaacutes
se busca un meacutetodo estaacutendar que se pueda utilizar con todas las variables y valores observados
Figura 3-1 Resultados de la comparacioacuten de los meacutetodos de normalizacioacuten N1 = Desviacioacuten estaacutendar
desde la media N2 = Distancia desde el maacuteximo N3 = Distancia desde la media y N4 =
Distancia desde el mejor y peor valor a partir de los valores observados (v) Promedio = 112
Desviacioacuten estaacutendar = 12 Maacuteximo = 140 Miacutenimo = 94
3522 Eleccioacuten del meacutetodo de asignacioacuten de ponderadores
Las teacutecnicas normativas o exoacutegenas requieren la realizacioacuten de encuestas para conocer la opinioacuten
de expertos Para esto es necesario 1) definir el nuacutemero miacutenimo viable y confiable
(estadiacutesticamente hablando) de expertos a contactar 2) disentildear la encuesta 3) contar con el tiempo
de los expertos que responderiacutean y los investigadores que la realizariacutean y 4) analizar los resultados
Esta teacutecnica se aplica bien a estudios a gran escala cuyos resultados impacten una poblacioacuten
considerable A escala de parcela o unidad experimental puede resultar muy dispendioso e incluso
inviable llevar a cabo este procedimiento
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N
v
N1 N2 N3 N4
135 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Teniendo en cuenta que uno de los objetivos de MSEAS es su facilidad de aplicacioacuten de las dos
teacutecnicas de ponderacioacuten maacutes utilizadas normativas o positivas se escogioacute la teacutecnica positiva o
endoacutegena por su confiabilidad y facilidad de operacioacuten
Para definir los ponderadores se escogioacute el Anaacutelisis de Componentes Principales acorde a lo
expuesto por Rossi et al (2009) quienes sugieren que la suma de las coordenadas cuadradas de un
indicador k en cada vector propio (λj) multiplicada por los porcentajes de variabilidad total (fj)
explicados por cada componente principal (PC) se usa como factor de ponderacioacuten o
ponderador (Wk) para calificar los indicadores (Ecuacioacuten 29)
Wk = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 29
A cada atributo le corresponde un Wk que seraacute el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo Cuanto maacutes alto es Wk maacutes importante es la contribucioacuten del
atributo
3523 Eleccioacuten del meacutetodo de agregacioacuten
El comportamiento de ISP e ISλ000 con las cuatro posibles formas de ponderacioacuten evidencia que
siempre que al menos uno de los Ik es 0 independiente del valor de Wk el resultado es cero
(Figura 3-2 Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) Si se fija I1 = 0 para cualquier valor de I2 e I3
los iacutendices ISP e IS120582000 son iguales a 0 sin importar el valor de Wk (Figura 3-2)
Si I1 = I2 = I3 = 1 y la ponderacioacuten es dividida en partes iguales (W1 W2 y W3 = 033) entonces
ISS = ISP = ISλ100 = 1 mientras que ISλ000 que aplica una compensacioacuten nula da como resultado
033 (Figura 3-2) Con respecto a las teacutecnicas multicriterio no compensatorias (ISλ000) Munda
(2005) sugiere su empleo para la elaboracioacuten de iacutendices de sostenibilidad a traveacutes de los cuales no
se permite que indicadores con valores bajos se compensen con aquellos que presentan valores maacutes
altos asiacute se dariacutea validez al concepto de sostenibilidad ldquofuerterdquo que implica la imposibilidad de
sustituir el efecto de un indicador por otro (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) No obstante
asumiendo que cuantitativamente 0 corresponde a insostenible y 1 corresponde al mayor grado de
136 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibilidad los resultados de las simulaciones sugieren que ni en condiciones ideales es decir
cuando se alcanza la mayor sostenibilidad del sistema que se esteacute evaluando ISλ000 seraacute igual a 1
Maacutes aun los resultados tienden a aproximarse maacutes a cero que a uno (033 en este caso) sugiriendo
que el o los sistemas tienden a ser insostenibles lo cual no es un reflejo de los valores de entrada
en este escenario
Figura 3-2 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = W2 = W3 = 033) para los iacutendices de
sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
A diferencia de lo mostrado por ISP e IS120582000 los iacutendices ISS e IS120582100 que generan exactamente el
mismo resultado tienden a compensar (enmascarar) el efecto de indicadores con valores cercanos
o iguales a cero pues al ser I1 = 0 ISP = IS120582000 = 0 mientras que ISS = IS120582100 = 066 09 09 y 02
para W1-2-3 = (033 033 033) (Figura 3-2) W1-2-3 = (01 01 08) (Figura 3-3) W1-2-3 = (01
08 01) (Figura 3-4) y W1-2-3 = (08 01 01) (Figura 3-5) respectivamente En este caso se
observa el efecto de la compensacioacuten ldquototalrdquo entre indicadores pues con ninguna de las
combinaciones de ponderacioacuten ISS e ISλ100 dan como resultado cero Este hecho evidencia el
poder de compensacioacuten que tienen estos dos iacutendices en donde si un atributo o dimensioacuten obtiene
un valor de cero esta seraacute enmascarada por otra con mayor valor Esto implica por ejemplo que
cualquier conflicto ambiental se puede solucionar con una compensacioacuten econoacutemica
Evidentemente esto es lo opuesto al concepto multidimensional e integrado de sostenibilidad ya
que valores altos de una determinada dimensioacuten podriacutean enmascarar valores bajos o nulos de otra
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137 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sin que el IS refleje tales diferencias (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) En ese sentido Goacutemez-
Limoacuten y Arriaza (2011) indican que asumir una compensacioacuten total entre indicadores se asocia al
concepto de sostenibilidad ldquodeacutebilrdquo la cual implica la posibilidad de sustituir el efecto de un
indicador por otro
Figura 3-3 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 01 W3 = 08) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Siempre que I1 = I2 = I3 = 1 independiente de cualquier combinacioacuten de Wk ISP = 1 (Figura 3-2
Figura 3-3 Figura 3-4 y Figura 3-5) ISP tambieacuten aplica la compensacioacuten entre indicadores
aunque en este caso la tasa de intercambio entre indicadores no es constante esta variacutea en funcioacuten
del valor de los indicadores y de los ponderadores De este modo a medida que un indicador se
incrementa lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten y viceversa (Goacutemez-Limoacuten y
Arriaza 2011)
A excepcioacuten de ISP e ISλ000 se aprecia que IS aumenta proporcionalmente con el incremento de Ik
y Wk Este incremento se acentuacutea cuando a I1 = 0 le corresponde Wk = 01 (Figura 3-3 y Figura
3-4) En la Figura 3-5 se puede evidenciar que cuando a I1 = 0 le corresponde el mayor Wk (08)
todos los IS son muy bajos incrementaacutendose a medida que I1 aumenta a 033 y finalmente a 1
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138 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 3-4 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 01 W2 = 08 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
Al analizar los niveles intermedios de compensacioacuten (ISλ025 ISλ050 e ISλ075) se aprecia que ISλ
toma valores maacutes altos a medida que el grado de compensacioacuten se incrementa En ese sentido
utilizar valores intermedios de compensacioacuten antildeade subjetividad al estudio pues es necesario
definir el valor y argumentar muy bien esa decisioacuten Teniendo en cuenta que el objetivo de este
anaacutelisis es disminuir el grado de subjetividad inherente a los anaacutelisis de sostenibilidad y en este
caso especiacutefico al meacutetodo de agregacioacuten de indicadores atributos o dimensiones en un uacutenico
iacutendice de sostenibilidad no se recomienda ninguacuten valor de compensacioacuten parcial intermedio dentro
de la funcioacuten multicriterio como iacutendice uacutenico de sostenibilidad Cabe aclarar que el proceso de
agregacioacuten hace referencia a atributos o dimensiones pues el meacutetodo aplica para ambos casos
Con base en estos resultados se considera que la teacutecnica de producto de indicadores ponderados
(ISP) es la que mejor representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la
que mejor se ajusta a los requerimientos de MSEAS debido a que la misma ecuacioacuten representa la
compensacioacuten total parcial y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores A medida que el valor de un atributo o dimensioacuten toma valores extremos
aproximaacutendose a 0 o 1 lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y
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139 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Arriaza 2011) Esto implica que un Ik que tiene un gran peso es decir un W alto genera un alto
grado de compensacioacuten pero si alguacuten Ik obtiene un valor de cero que indicariacutea que estaacute por fuera
del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute insostenible
Figura 3-5 Simulacioacuten de indicadores (Ik) y ponderadores (W1 = 08 W2 = 01 W3 = 01) para los iacutendices
de sostenibilidad (IS) propuestos ISS = Suma ponderada de indicadores ISP = Producto de
indicadores ponderados e ISλ = Funcioacuten multicriterio para λ = 000 025 050 075 y 1
36 Conclusiones
Este estudio proporciona una metodologiacutea 1) adaptable a experimentos asociados a actividades de
manejo del suelo con diversas caracteriacutesticas espaciales temporales y de medicioacuten y 2)
cuantificable ya que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos se determina a traveacutes de un
iacutendice cuantitativo MSEAS evaluacutea la sostenibilidad agriacutecola a escala de parcela o unidad
experimental mediante el anaacutelisis de un conjunto de indicadores ambientales sociales y
econoacutemicos seleccionados a partir de una lista de criterios claros y estructurados MSEAS permite
identificar cuaacutel de los tratamientos evaluados en experimentos orientados a actividades agriacutecolas
con impacto en el suelo son los maacutes sostenibles Las salidas de MSEAS son interpretadas a traveacutes
del valor cuantitativo de un iacutendice de sostenibilidad Por lo tanto MSEAS es una herramienta de
apoyo a la toma de decisiones cuyo uso les permitiraacute a los investigadores del suelo definir cuan
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140 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
sostenibles son los diferentes tratamientos evaluados en sus experimentos De esta forma se podraacute
aumentar la confiabilidad y viabilidad de aplicacioacuten de los resultados que seraacuten compartidos con
los agricultores
141 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
4 Aplicacioacuten de MSEAS en condiciones actuales
41 Uso de MSEAS para estimar la sostenibilidad de
un cultivo de tomate frente a la aplicacioacuten de cinco
mezclas de fertilizantes
411 Resumen
En investigacioacuten orientada a actividades agriacutecolas asociadas al suelo generalmente los mejores
tratamientos son definidos a traveacutes de las diferencias significativas que resulten del anaacutelisis
estadiacutestico de variables como rendimiento Especiacuteficamente en tomate se han llevado a cabo una
considerable cantidad de experimentos que buscan aumentar el rendimiento del cultivo y cuyos
resultados se abordan desde el enfoque teacutecnico ambiental econoacutemico o mediante la combinacioacuten
de un par de estos factores pero no desde el equilibrio entre las dimensiones ambiental econoacutemica
y social es decir desde la sostenibilidad del sistema de produccioacuten Con base en esto se utilizoacute la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) con un experimento en donde se midioacute la respuesta del tomate ante la aplicacioacuten
de cinco tratamientos de fertilizacioacuten en presiembra control quiacutemico (ChC) control orgaacutenico
(OrC) mezcla 1 ldquoorgano-mineralrdquo (Mx1 - 2575) mezcla 2 (Mx2 ndash 5050) y mezcla 3 (Mx3 ndash
7525) Se encontroacute que a excepcioacuten de OrC que obtuvo el mas bajo rendimiento no se
presentaron diferencias significativas entre los tratamientos para esta variable Sin embargo
aplicando la metodologiacutea MSEAS se evidencia que el nivel de sostenibilidad de los tratamientos
sigue esta secuencia ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC que es inversamente proporcional a la
cantidad de abono orgaacutenico aplicado Con este trabajo se evidencia que no siempre los tratamientos
que generan un mayor rendimiento o utilizan abonos orgaacutenicos promueven una mayor
sostenibilidad
Palabras clave anaacutelisis de ciclo de vida fertilizacioacuten organo-mineral sostenibilidad agriacutecola
tomate bajo invernadero
142 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
412 Abstract
In research-oriented to soil-associated agricultural activities generally the best treatments are
defined through the significant differences that result from the statistical analysis of variables such
as yield Specifically in tomato an important amount of experiments have been carried out to
improve the fertilization process and whose results are approached from the technical
environmental economic or by mixing a couple of these factors but not from the balance between
the environmental economic and social dimensions ie from the production system
sustainability Based on this the sustainability assessment methodology oriented to soil-associated
agricultural experiments (MSEAS) was used with an experiment where the tomato response to the
application of five fertilization treatments was measured chemical control (ChC) organic control
(OrC) mix 1 organic-mineral (Mx1 - 2575) mix 2 (Mx2 - 5050) and mix 3 (Mx3 - 7525) It
was found that except for OrC there were no significant differences between the treatments for
yield indicator However applying the MSEAS methodology it is evident that the sustainability
level of the treatments follows this sequence ChC gt Mx1 gt Mx2 gt Mx3 gt OrC wich is inversely
proportional to the amount of organic fertilizer applied With this work it is evident that the
treatments that generate higher yield do not always promote at the same time higher sustainability
at the production system
Key words agriculture sustainability greenhouse tomato life cycle assessment organic-mineral
fertilization
413 Introduccioacuten
El tomate (Solanum lycopersicum L) es la principal hortaliza cultivada bajo el sistema de
agricultura protegida en Colombia (Monsalve et al 2011) con 2870 ha para el antildeo 2017
(Agronet 2017) Aunque el desarrollo de este sistema productivo ha permitido incrementar los
rendimientos y proteger los cultivos de las inclemencias del clima (Bojacaacute et al 2009 Jaramillo
2009) la produccioacuten de esta hortaliza afronta permanentemente otra serie de riesgos Factores
como la constante variacioacuten de los rendimientos debida a la heterogeneidad en las praacutecticas de
manejo generan incertidumbre sobre la rentabilidad real del cultivo (Monsalve et al 2011)
143 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
La nutricioacuten es un complejo proceso que involucra 16 elementos esenciales asiacute como otros
elementos que pueden ser tanto beneacuteficos como toacutexicos para el metabolismo de la planta (Passam
et al 2007) De estos elementos entre 12 y 14 se suministran a traveacutes del proceso de fertilizacioacuten
En Colombia la aplicacioacuten de fertilizantes en tomate bajo condiciones protegidas se realiza
mediante mezclas soacutelidas y fertirriego cuyas foacutermulas de fertilizacioacuten se adaptan para tal fin Los
productores generalmente realizan una correccioacuten de nutrientes con fertilizantes soacutelidos al inicio
del ciclo de produccioacuten (fertilizacioacuten presiembra) junto con la preparacioacuten del suelo (Bojacaacute et
al 2014) Algunas veces la fertilizacioacuten presiembra se complementa con enmiendas orgaacutenicas
principalmente gallinaza (compost de estieacutercol de gallina) y aproximadamente un mes despueacutes
inicia la fertilizacioacuten de mantenimiento a traveacutes del sistema de riego (fertirriego) Los fertilizantes
mezclas y dosis utilizadas por los productores tanto en la fertilizacioacuten de fondo como en la de
mantenimiento son muy variados y su eleccioacuten depende de su propio criterio y algunas veces de la
asesoriacutea de personas externas (Bojacaacute et al 2014)
Una considerable cantidad de trabajos de investigacioacuten se han desarrollado para mejorar el proceso
de fertilizacioacuten del cultivo de tomate en Colombia cuyo objetivo es recomendar el mejor
tratamiento para su aplicacioacuten en campo (pej Pentildea et al 2013 Cano-Betancur et al 2011
Balaguera-Loacutepez et al 2009) Es comuacuten que esta recomendacioacuten se base en los resultados de unas
cuantas variables generalmente asociadas a la dimensioacuten ambiental y algunas veces a la dimensioacuten
econoacutemica pero no se hacen sobre la base de la interaccioacuten y el equilibrio entre las dimensiones
ambiental social y econoacutemica es decir a partir de la sostenibilidad del sistema (p ej Gu et al
2018 Litke et al 2018 Maltas et al 2018 Shukla et al 2018 Wang et al 2018 Hosiny et al
2017)
Dado que el objetivo de la investigacioacuten aplicada es precisamente su aplicacioacuten la calificacioacuten de
un tratamiento como ldquoel mejorrdquo deberiacutea hacerse a traveacutes de evaluaciones de sostenibilidad
agriacutecola las cuales se han ido adoptando en el mundo pues incorporan e integran la perspectiva de
las tres dimensiones o enfoque de Tres Pilares (Triple Bottom Line) (Elkington 1998) que incluye
la viabilidad econoacutemica la equidad social y la integridad ecoloacutegica (De Luca et al 2017)
Se han desarrollado una serie de aproximaciones metodoloacutegicas marcos de referencia protocolos
de evaluacioacuten o sistemas de soporte a la decisioacuten cuyo objetivo es hacer comparaciones
cuantitativas entre diferentes sistemas meacutetodos alternativas yo tendencias de produccioacuten agriacutecola
(De Olde et al 2016a Schindler et al 2015 Paracchini et al 2015 Dizdaroglu y Yigitcanlar
144 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
2014 Peano et al 2014) En este trabajo de tesis se desarrolloacute una metodologiacutea enfocada en una
menor escala de parcela o de unidad experimental denominada MSEAS (Metodologiacutea de
Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo)
(Numeral 3) que permite a traveacutes de un iacutendice cuantitativo conocer el nivel de sostenibilidad de
los diferentes tratamientos evaluados en experimentos relacionados con actividades agriacutecolas de
impacto en el suelo es decir labranza riego y fertilizacioacuten principalmente
Con base en lo anterior el objetivo de este trabajo fue comparar cinco tratamientos de fertilizacioacuten
combinada oacuterganica y mineral presiembra en un cultivo de tomate y mediante el uso de MSEAS
(Numeral 3) encontrar el tratamiento que genera la mayor sostenibilidad del sistema
414 Materiales y Meacutetodos
4141 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo a escala de parcela o unidad experimental
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 211
En anaacutelisis ambientales como el de ciclo de vida (LCA) es vital la construccioacuten del inventario del
sistema productivo que es una recopilacioacuten y cuantificacioacuten de las entradas y salidas del sistema
Con este inventario se determinan las cantidades de cada insumo o recurso utilizado en el sistema y
su relacioacuten con las salidas (cosechas) Esto se obtiene a partir de la recoleccioacuten de los datos de la
explotacioacuten agriacutecola y el consumo de recursos (insumos y mano de obra) Con esta informacioacuten y
mediante una serie de funciones y factores de transformacioacuten se estima el impacto que genera
sobre el ambiente producir un kg o tonelada de producto cosechado
Al incluir el costo de los insumos de la mano de obra e informacioacuten sobre los precios de venta del
producto cosechado el inventario del sistema productivo tambieacuten genera informacioacuten sobre
ingresos y egresos Con esta informacioacuten se pueden calcular indicadores financieros como costos
variables y fijos relaciones beneficio costo puntos de equilibrio entre otros Asiacute mismo con los
datos de cantidad de mano de obra requerida en cada componente del sistema productivo el
inventario del sistema productivo permite calcular indicadores sociales como jornales por hectaacuterea
y antildeo esfuerzo de labor toxicidad humana entre otros
145 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Uno de los requisitos de MSEAS es la construccioacuten del inventario del sistema productivo
mediante el cual se obtiene la informacioacuten para estimar algunos indicadores ambientales y sociales
y todos los indicadores econoacutemicos
El inventario del sistema productivo estaacute constituido por la base de datos de insumos (Tabla 4-1) y
de datos de campo (Tabla 4-2) A partir de estas dos bases de datos se realizan los caacutelculos de uso
de recursos en el sistema productivo
Tabla 4-1 Informacioacuten requerida en la base de datos de insumos para la construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Variable Fertilizantes Pesticidas Materiales Combustibles
Nombre Geneacuterico
Comercial
Tipo Mineral orgaacutenico o
enmienda
Insecticida fungicida
bactericida acaricida
herbicida adyuvante o
bioloacutegico
Madera acero plaacutestico
caucho entre otros Gasolina gas
electricidad carboacuten
Composicioacuten ()
Molecular (pej NO3- o
P2O5) y elemental (p ej
N o P)
Ingrediente activo (IA) P ej PVC polietileno
poliestireno NA
Presentacioacuten kg L bulto 50kg bulto25
kg etc L kg 250cc 500g etc Rollo caja kg lb etc Unidad seguacuten tipo
Costo
Seguacuten presentacioacuten
g o cc ($gFr) g o cc ($gPst) kg ($kgMtr) Seguacuten unidad
($UMCmb)
Los combustibles hacen referencia a las fuentes de energiacutea
Tabla 4-2 Datos de campo que se deben recopilar para construir el inventario del sistema productivo La
informacioacuten se registra para cada unidad experimental (UE) de cada tratamiento individualmente
Variable SGL Descripcioacuten
Aacuterea experimental Localizacioacuten Loc Coordenadas geograacuteficas de la ubicacioacuten del experimento Altitud Alt Metros sobre el nivel delm mar
Tratamientos Trats Cantidad de tratamientos evaluados
Repeticiones Reps Cantidad de repeticiones por tratamiento
Unid Experimentales UE Cantidad de unidades experimentales UE = Trats Reps
Salario miacutenimo SMMV Valor del salario miacutenimo mensual vigente para el antildeo en el cual se realizoacute el estudio Valor de hora laborada $HLb Valor de la hora laborada $HLb = SMMV HLbM
Horas laboradas por diacutea HLbD Cantidad de horas establecidas legalmente de labor diaacuteria
Horas laboradas por mes HLbM Cantidad de horas establecidas legalmente de labor mensual Precio venta categoriacutea 1 $1Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad primera
Precio venta categoriacutea 2 $2Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad segunda
Precio venta categoriacutea 3 $3Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad tercera Precio venta categoriacutea 4 $4Cat Precio de venta de 1 kg del producto cosechado para la categoriacutea de calidad cuarta
Tratamientos
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica para cada parcela o UE
146 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten
Tratamiento Trat Nombre o abreviacioacuten del tratamiento
Repeticioacuten Rep Nombre o abreviacioacuten de la repeticioacuten del tratamiento evaluado
Descripcioacuten Dscr Descripcioacuten del tratamiento significado de la abreviacioacuten
Aacuterea UE ArUE Aacuterea de cada UE en m2
Densidad Dsd plantas m-2
Siembra FcSbr Diacutea de la siembra o trasplante
Fin de ciclo FnCcl Fecha del final del ciclo de cultivo Es igual al diacutea de la uacuteltima cosecha
Tiempo de ciclo TmCcl Duracioacuten del ciclo de cultivo en diacuteas Fin de ciclo menos siembra
Inclinacioacuten terreno IncTrr Inclinacioacuten del terreno 1 - Plano (Pln) 2 - Inclinado (Inc) 3 - Muy inclinado (Min)
Tipo de produccioacuten TpPr 1 - Convencional 2 - Limpio (BPA) 3 - Orgaacutenico
Tipo de ensamble TpEs 1 - Suelo 2 - Sustrato 3 - Hidroponiacutea 4 - Aeroponiacutea
Tipo de riego TpRg 1 - Aspersioacuten 2 - Goteo 3 - Fertirrigacioacuten 4 - No utiliza
Tipo de cubierta TpCb 1 - Campo abierto 2 - Invernadero 3 - Techo plaacutestico
Tutorado Ttrd Usa tutorado Si - S No - N
Acolchado plaacutestico PCAl Usa acolchado plaacutestico Si - S No - N
Agua
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcAga Fecha en que se realizoacute la aplicacioacuten de agua ya sea para riego fertirrigacioacuten o MIP
Tipo TpAga Tipo de riego realizado 1 - Irrigacioacuten (solo agua) 2 - Fertirrigacioacuten (agua maacutes solucioacuten nutritiva) 3 - Foliar (aplicacioacuten de pesticidas o fertilizantes foliares)
Caudal Cdl Cantidad de agua (L) requerida para hacer un minuto de riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar (L min-1)
Tiempo TmAga Tiempo (h) utilizado en riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar
Cantidad CtAga Cantidad (L) de agua utilizada para el riego fertirrigacioacuten o aplicacioacuten foliar en la UE CtAga (L m-2) = [(Cdl 60) TmAga] Aacuterea (m2) de la UE
Fertilizantes
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcFr Fecha de la fertilizacioacuten Si se mezcloacute maacutes de un fertilizante en la misma aplicacioacuten se debe registrar cada
producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtFr Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Soacutelida 2 - Fertirrigacioacuten 3 - Foliar
Tipo TpFr Tipo de fertilizante 1 - Mineral 2 - Orgaacutenico 3 - Enmienda
Producto PrFr Nombre geneacuterico o comercial del producto aplicado
Grado Grd Porcentaje () de los nutrientes incluidos en el fertilizante (como se reporta en el producto comercial)
Grado elemental GdElm
Porcentaje () del nutriente en forma elemental Cuando se presenta en forma molecular en el producto
comercial Por ejemplo un fertilizante reporta 15 de NO3 iquestcuaacutento N realmente contiene
GdElm (N) = [Grd(N) PM (N)] PM (NO3) = (15 14g) 60g = 35 de N PM = Peso molecular
Dosis fertilizante DsFr Dosis del fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
Dosis del elemento ElmFr Dosis del elemento en el fertilizante aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcFr)
ElmFr = DsFr GdElm
Costo fertilizante $Fr Costo ($) de los g o cc del fertilizante aplicado por m2 $Fr = $gFr DsFr (a)
Costo elemento $Elm Costo ($) de la cantidad del elemento del fertilizante aplicado (ElmFr) por m2
$Elm = $Fr GrdElm
Pesticidas
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcPst Fecha de la aplicacioacuten del producto Si se mezcloacute maacutes de un producto en la misma aplicacioacuten se debe registrar
cada producto por separado en la misma fecha
Meacutetodo MtPst Meacutetodo de aplicacioacuten 1 - Foliar 2 - Inyeccioacuten
Tipo TpPst Tipo de producto aplicado 1 - Insecticida 2 - Fungicida 3 - Bactericida 4 - acaricida 5 - Herbicida 6 -
Adyuvante 7 - Bioloacutegico
Ingrediente activo IA Nombre del ingrediente activo del producto aplicado
Producto PrPst Nombre comercial del producto aplicado
Porcentaje de IA IA Porcentaje () de IA presente en el producto aplicado
Grupo quiacutemico GqIA Grupo quiacutemico al que el IA del producto pertenece
Dosis producto DsPst Dosis del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
Dosis del IA IAPst Dosis del IA del producto aplicado en g o cc m-2 en la fecha especiacutefica (FcPst)
IAPst = DsPst IA
Costo $Pst Costo ($) de la cantidad del producto aplicado (DsPst) por m2 $Pst = $gPst DsPst (a)
Costo $IA Costo ($) de la cantidad de IA del producto aplicado (IAPst) por m2
147 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Variable SGL Descripcioacuten $IA = $Pst IA
Combustibles
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpCmb Tipo de combustible 1 - Gasolina 2 - Gas 3 - Electricidad 4 ndash Carboacuten
Producto PrCmb Nombre geneacuterico o comercial del combustible utilizado
Cantidad CtCmb Cantidad del combustible seguacuten unidad de medida por m-2
Costo $Cmb Costo ($) de la cantidad (seguacuten unidad) del combustible utilizado por m2 $Mtr = $UMCmb CtCmb (a)
Materiales
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Tipo TpMtr Tipo de material 1 - Madera 2 - Acero 3 - Poliviniol cloruro 4 - Polietileno 5 - Poliestireno 6 - Caucho entre
otros
Producto PrMtr Nombre geneacuterico o comercial del material utilizado
Cantidad CtMtr Cantidad del material en kg m-2
Costo $Mtr Costo ($) de la cantidad (kg) del material utilizado por m2 $Mtr = $kgMtr CtMtr (a)
Fuerza laboral
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcLb Fecha de realizacioacuten de la labor
Actividad IDActLb Identificacioacuten de la actividad llevada a cabo con base en lo expuesto en (b)
Grado de esfuerzo de
labor GE Grado de esfuerzo de labor seguacuten la escala de esfuerzo de labor expuesta en (b)
Tiempo TmLb Horas dedicadas a la actividad por UE No son las horas utilizadas por persona sino el total de horas empleadas por el nuacutemero total de trabajadores que realizaron la actividad
Costo $Lb Costo ($) de la labor $Lb = $HLb TmLb
Cosecha
Identificacioacuten ID Identificacioacuten uacutenica asignada a cada UE en la hoja Tratamientos
Fecha FcCos Fecha de la cosecha
Cosecha total TtCos Cantidad total cosechada (kg UE-1) en cada FcCos
Categoriacuteas total CatCos Cantidad de primera (1Cat) segunda (2Cat) etc recolectada (kg UE-1) en cada FcCos
Cosecha m2 m2Cos Cantidad total cosechada en kg m-2 m2Cos = TtCos ArUE
Categorias m2 m2Cat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg m-2 P ej m21Cat = 1CatCos ArUE
Cosecha hectaacuterea haCos Cantidad total cosechada en kg ha-1 haCos = m2Cos 10000
Categorias hectaacuterea haCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg ha-1 P ej ha1Cat = m21Cat 10000
Cosecha planta PltCos Cantidad cosechada en kg planta-1 PltCos = m2Cos Dsd
Categorias planta PltCat Cantidad cosechada de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat en kg planta-1 P ej Plt1Cat = m21Cat Dsd
Porcentaje categorias Cat Porcentaje cosechado de 1Cat 2Cat 3Cat o 4Cat P ej 1Cat = (m21Cat m2Cos) 100
Venta $Cos Ingresos obtenidos por la venta del producto cosechado por hectaacuterea $Cos = ($1Cat ha1Cat) hellip + ($4Cat
ha4Cat)
SGL Sigla (a) Tabla 4-1 (b) Numeral 23 Tabla 2-18
Se construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada uno de
los tres experimentos expuestos en el Numeral 21 ExTom (Numeral 211) ExPtSp (Numeral
212) y ExPtRo (Numeral 213) A manera de ejemplo ilustrativo y debido a que la informacioacuten
es muy extensa en este apartado se muestran algunos datos de insumos y de campo para el
experimento ExTom (Numeral 211) Este ejemplo permite definir la forma de recoleccioacuten y
diligenciamiento de toda la informacioacuten recolectada en campo para cada experimento
Dependiendo del objetivo del estudio que se lleve a cabo se puede abordar el inventario de uno o
varios componentes del sistema con un mayor o menor grado de detalle En este trabajo el
objetivo de los experimentos ExTom y ExPtSp es hacer comparaciones entre tratamientos de
148 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fertilizacioacuten Los pesticidas materiales y combustibles utilizados fueron los mismos para todos los
tratamientos La informacioacuten de estos componentes se abordoacute de forma global principalmente para
hacer evaluaciones financieras
4142 Seleccioacuten de indicadores centrales
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS El cual divide los
indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemico) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
4143 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten ambiental
Dentro de la dimensioacuten ambiental se seleccionan indicadores que muestran el impacto del manejo
del suelo y del sistema de cultivo sobre el ecosistema como un todo es decir sobre la biota el
agua la atmoacutesfera los humanos y se hace eacutenfasis en el recurso suelo Con base en esto y de
acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos calidad del suelo relacioacuten
suelo-planta relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera Los indicadores de cada atributo se
obtuvieron de las variables medidas en campo del inventario del sistema productivo (Numeral
4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment - LCA) que
permite cuantificar el impacto ambiental de los productos desde su origen como materia prima
hasta su final como residuo (Kucukvar et al 2014 Antoacuten 2004) Para el LCA se siguieron las
directrices de ISO 14040 (ISO 2006a b) a traveacutes de tres fases fase 1) inventario del sistema
productivo (Numeral 4141) fase 2) medicioacuten del impacto ambiental (ISO 2006a) en esta fase
se evaluaron las diferentes entradas y salidas dentro de los efectos ambientales tambieacuten llamadas
ldquoCategoriacuteas de Impactordquo (en este estudio corresponden a indicadores) y fase 3) interpretacioacuten de
los resultados (ISO 2006b) Se utilizaron los meacutetodos de caracterizacioacuten basal de la CML (Guineacutee
et al 2004) Todos los consumos de recursos y las emisiones se refirieron a una unidad funcional
de masa de un kg de tomates comerciales frescos El liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue
desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de la granja es decir un LCA de cuna a
puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten Los procesos de fondo incluyeron la
149 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent
V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
Dentro de la dimensioacuten ambiental se evaluaron 10 indicadores crudos distribuidos en los atributos
calidad del suelo (SQSMAF SQSA SQWP y SQPCA) relacioacuten suelo-planta (S-Pr W-kg y N-kg)
relacioacuten suelo-agua (FWT MWT y EP) y relacioacuten suelo-Atmoacutesfera (AP GWD OLD) de los
cuales seis se estimaron mediante LCA (FWT MWT EP AP GWP y OLD) Los demaacutes
indicadores se midieron en laboratorio o fueron estimados mediante ecuaciones de acuerdo con lo
expuesto en la Tabla 4-3
Tabla 4-3 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten ambiental
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Calidad del suelo
Marco de referencia de
evaluacioacuten del manejo
del suelo
SQSMAF --- 0 - 1
Acorde a lo planeteado por Andrews (2004) Se evaluaron las propiedades pH CE P
CAD Da y CO Se asignoacute un puntaje a cada propiedad y unidad experimental usando los
algoriacutetmos de SMAF en una hoja de excel
Indicador de calidad del
suelo aditivo simple SQSA --- 0 - 1
Siguiendo el meacutetodo planteado por Amacher et al 2007 y evaluado por Mukherjee y Lal
(2014) SQSA se midioacute a partir de las propiedades pH CE CICE P AD CAD Da CO y
StockC
Indicador de calidad del
suelo aditivo ponderado SQWP --- 0 - 1
Acorde a lo planteado por Mukherjee y Lal (2014) Se evaluaron las mismas propiedades
de SQSA
Indicador de calidad del
suelo con PCA SQPCA --- 0 - 1
El anaacutelisis de componentes principales (PCA) se usa para crear un conjunto miacutenimo de
datos y evitar la redundancia de los datos Se llevoacute a cabo de acuerdo con lo expuesto por
Mukherjee y Lal (2014) con las mismas variables de SQSA
Relacioacuten suelo-planta
Relacioacuten suelo produccioacuten S-Pr m2 kg-1 MNM
Ecuacioacuten 30
Consumo de agua por
kilogramo W-kg L kg-1 MNM
Ecuacioacuten 31
Consumo de nitroacutegeno por
kilogramo N-kg g kg-1 MNM
Ecuacioacuten 32
Relacioacuten suelo-agua
Toxicidad de agua dulce FWT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 33
Toxicidad marina MWT kg 14-DB eq MNM Doacutende TAP = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad de los ecosistemas acuaacuteticos fi n = fraccioacuten de la sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental
n y mi = masa emitida de cada contaminante i (Audsley 2003) Se estimoacute mediante LCA
Eutrofizacioacuten potencial EP kg PO43- eq MNM
Ecuacioacuten 34
S minus Pr = 1 m2
kg Producto
w minus kg =L agua aplicados mminus2
kg producidos mminus2
N minus kg = g N mminus2
kg Producto mminus2
F(M)WT = sum TAPin x fi n x mi
i n
EP = sum (
vi
Mi x
No2
Ae
1MPO4
3minus x
No2
Ap
) mi
i
150 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Doacutende vi = cantidad de moles de N o P en una moleacutecula del compuesto i M = masa
molecular (kg mol-1) NO2 = cantidad de moles de O2 consumidos durante la degradacioacuten
de las algas Ae = cantidad de moles de N o P contenidos en una moleacutecula de algas y mi = masa de la sustancia 1 (kg) (Guineacutee et al 2004) Se puede estimoacute mediante LCA
Relacioacuten suelo-Atmoacutesfera
Acidificacioacuten potencial AP kg SO2 eq MNM
Ecuacioacuten 35
Doacutende ηSO2 = cantidad de iones SO2 (mol kg-1) que pueden ser potencialmente
producidos por un kg de substancia i MSO2 = peso equivalente de un mol de SO2 (kg mol-
1) Mi = peso equivalente de la sustancia i y mi = masa de la sustancia i (kg) (Heijungs et
al 2012) Se estimoacute mediante LCA
Potencial de calentamiento
global potencial GWP kg CO2 eq MNM
Ecuacioacuten 36
Doacutende T = tiempo (antildeos) ai = calentamiento producido por el aumento de la
concentracioacuten de un gas i (W m-2 kg-1) ci(t) = concentracioacuten del gas i en el tiempo (t) (kg m-3) y mi = masa de la substancia i (kg) Los valores correspondientes a CO2 se incluyen
en el denominador (Heijungs y Guineacutee 2012) Se estimoacute mediante LCA
Agotamiento de la capa de
ozono OLD kg CFC-11 eq MNM
Ecuacioacuten 37
Se expresa en unidades relativas al efecto que produce 1 kg de CFC-11 Expresa la
relacioacuten entre la descomposicioacuten del ozono (O3) en el estado de equilibrio debido a las emisiones anuales (δ[O3]) (flujo en kg antildeo-1) de una cantidad de una substancia (i) emitida
a la atmoacutesfera y la descomposicioacuten del ozono en estado de equilibrio debido a una cantidad
igual de CFC-11 (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
4144 Atributos e endicadores crudos de la dimensioacuten social
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA De acuerdo con MSEAS se dio eacutenfasis a tres
aspectos sociales (atributos) seguridad alimentaria (Yd y PCat) generacioacuten de empleo (JA y JC) y
salud humana (ELB ELB(45) PO y HT) (Tabla 4-4) A excepcioacuten de PO y HT que se estimaron
mediante LCA los demaacutes indicadores se estimaron a partir de la informacioacuten del inventario del
sistema productivo (Numeral 4141)
4145 Atributos e indicadores crudos de la dimensioacuten econoacutemica
De acuerdo con lo planteado en MSEAS se abordaron cuatro atributos egresos (VC y FC)
inversioacuten (IV) ingresos (GI y NI) y rentabilidad (NPV BC OIR IRR BPQ y BPP) (Tabla 4-5)
Los indicadores de cada atributo se estimaron a partir del inventario del sistema productivo
AP = sum (ηSO2
MSO2
Mi
)
119894
mi
GWP = sum (int aici(t)dt
T
0
int aCO2cCO2
(t)dtT
0
)
i
mi
OLD = sum (δ[O3]i
δ[O3]CFCminus11
) mi
i
151 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
(Numeral 4141) mediante un modelo empresarial en donde todos los procesos teacutecnicos
administrativos y de gestioacuten se caracterizaron por estar dentro de los paraacutemetros legales para el
gobierno colombiano (CCB 2019 DIAN 2019) Cada unidad experimental se evaluoacute como un
proyecto productivo independiente
Tabla 4-4 Atributos e indicadores crudos medidos en la dimensioacuten social
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Seguridad alimentaria
Rendimiento Yd Mg ha-1 MYM -----------------
Porcentaje de
primera
categoriacutea
PCat MYM
Ecuacioacuten 38
Doacutende PCat = Produccioacuten de primera categoriacutea (kg) del producto cosechado PTot = Produccioacuten total (kg)
Generacioacuten de empleo
Jornales por
ciclo por
hectaacuterea
JC jornal ciclo-1
ha-1 MNM -----------------
Jornales por
antildeo por
hectaacuterea
JA jornal antildeo-1
ha-1 MNM
Ecuacioacuten 39
Salud Humana Indicador de
esfuerzo de labor
ELB --- MNM
En el Numeral 23 se hace una exposicioacuten detallada de este indicador Alto y maacuteximo
esfuerzo de labor
ELB(45) MNM
Formacioacuten de oxidantes
fotoquiacutemicos
PO kg C2H4 eq MNM
Ecuacioacuten 40
Doacutende a = cambio en la concentracioacuten de ozono debido a un cambio en la emisioacuten de un
compuesto orgaacutenico volaacutetil (VOC) i b = emisioacuten del VOC i integrada en el tiempo considerado El denominador contiene estas mismas variables para el etileno (C2H4)
substancia de referencia (Guineacutee y Col 2004) Se estimoacute mediante LCA
Toxicidad
humana HT kg 14-DB eq MNM
Ecuacioacuten 41
Doacutende HT = Factor de caracterizacioacuten para la toxicidad humana fi n = fraccioacuten de la
sustancia i que se transporta desde el cultivo al compartimento ambiental n y mi = masa
emitida de cada contaminante i (Antoacuten 2004) Se estimoacute mediante LCA
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores culturales cosecha
entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de datos de entrada del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) De igual manera todos los costos variables
(material vegetal fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios
puacuteblicos salarios administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e
PCat = PCat
PTottimes 100
JA = JC X Ciclos por antildeo
PO = sum (
aibi
frasl
cC2H4
bC2H6frasl
) mi
i
HT = sum HTPin
in
times fin times mi
152 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
incluyeron en el anaacutelisis para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten
(Tabla 4-2)
Tabla 4-5 Atributos e endicadores crudos medidos en la dimensioacuten econoacutemica
Indicador Sigla Unidad Umbral Meacutetodo de medicioacuten
Egresos
Costos
variables VC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos variables
Costos fijos FC $ ha-1 MNM Sumatoria de los costos fijos
Inversioacuten
Inversioacuten IV $ ha-1 MNM Es la ubicacioacuten de un capital con la intencioacuten de obtener una ganancia futura
Ingresos
Ingresos brutos GI $ ha-1 MYM ------------------
Ingresos netos NI $ ha-1 MYM
Ecuacioacuten 42
Rentabilidad
Valor presente
neto NPV $ MYM
Ecuacioacuten 43
Relacioacuten
beneficio costo BC $ MYM Ecuacioacuten 44
Tasa de intereacutes
de oportunidad OIR MYM
Ecuacioacuten 45
Tasa interna de retorno
IRR MYM Calculada a partir de la foacutermula para el NPV donde se asume que el NPV es igual a cero y que la variable a despejar es la tasa de intereacutes i
Punto de
equilibrio por cantidad
BPQ kg ha-1 MNM
Ecuacioacuten 46
Punto de
equilibrio por
precio
BPP $ kg-1 MNM Ecuacioacuten 47
Doacutende MYM = El mayor es el mejor y MNM = El menor es el mejor
El anaacutelisis se realizoacute a partir de la teacutecnica de evaluacioacuten de proyectos de inversioacuten (Acuntildea 2009)
asumiendo que la produccioacuten es constante para un aacuterea de cultivo de una hectaacuterea en cada unidad
experimental (proyecto) transformando los valores de cada variable del aacuterea de la unidad
experimental a una ha La evaluacioacuten consideroacute una tasa de impuestos del 33 (DIAN 2019) una
vida uacutetil de activos depreciables de 5 antildeos una tasa para los depoacutesitos a teacutermino fijo (DTF) del
4 una tasa de intereacutes del 12 para un preacutestamo solicitado a 2 antildeos y una tasa de inflacioacuten anual
del 3 para todos los tratamientos
La evaluacioacuten financiera se realizoacute de tal forma que el productor obtenga una rentabilidad deseada
del 21 Se definioacute a partir de experiencias praacutecticas en campo que indican que esta oscila entre
21 y 23 para proyectos agriacutecolas rentables
NI = GI minus (VC + FC)
NPV =FC1
(1 + i)1+
FC2
(1 + i)2+
FCn
(1 + i)nminus IV
BCfrasl =
GI
VC + FC
OIR = sum(
FC + VCGI
) i
n
n
i=1
BPQ = FC
PVU minus VCU
119861119875119875 = 119865119862
1 minus119881119862
119881119890119899119905119886119904 119879119900119905119886119897119890119904
153 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para cada dimensioacuten y atributo individualmente se hace el proceso de seleccioacuten de indicadores
buscando que cada atributo esteacute representado por un indicador
4146 Anaacutelisis estadiacutestico
Dos de los criterios de seleccioacuten dentro del meacutetodo de seleccioacuten de indicadores que se incluye en
MSEAS (Numeral 23) estaacuten asociados a anaacutelisis estadiacutesticos (correlacioacuten varianza y pruebas de
comparacioacuten) Los anaacutelisis se realizaron con el software R versioacuten 402 (R Core Team 2019)
acorde con lo expuesto en el Numeral 2443
4147 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
De acuerdo con MSEAS se utilizoacute la teacutecnica de normalizacioacuten ldquodistancia desde el maacuteximordquo con
los valores de todos los indicadores normalizados en un rango adimensional (0-1) doacutende 0
representa el valor menos sostenible y 1 el maacutes sostenible (Ecuacioacuten 24 Numeral 3431)
El valor de los ponderadores se definioacute mediante anaacutelisis de componentes principales (PCA) con
la Ecuacioacuten 48 doacutende Wk = valor del ponderador λj = vector propio fj = porcentaje de
variabilidad total explicada por cada componente principal (PC) Se tuvo en cuenta hasta el PC
donde se alcanzoacute una variacioacuten acumulada mayor o igual al 90
119882119896 = sum λj times PCj
PC
j=1
Ecuacioacuten 48
A cada atributo le corresponde un Wk que es el ponderador del indicador seleccionado en
representacioacuten de ese atributo
Para medir el iacutendice de sostenibilidad (IS) se utilizoacute el meacutetodo de producto de indicadores
ponderados cuya expresioacuten algebraica se muestra en la Ecuacioacuten 27 (Numeral 3433)
Con el fin de que el proceso de compensacioacuten solo se asumiera entre atributos no entre
dimensiones el proceso de agregacioacuten se realizoacute para cada dimensioacuten por separado Asiacute para
154 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
estimar el IS que reuniera las tres dimensiones se asignoacute un ponderador de 033 a cada dimensioacuten
asumiendo que estas tienen el mismo grado de importancia (Van Asselt et al 2014)
Para corroborar lo encontrado en el proceso de simulacioacuten de los meacutetodos de agregacioacuten de
indicadores realizado en la construccioacuten de MSEAS (Numeral 3523) se estimaron los iacutendices
de sostenibilidad con los tres meacutetodos evaluados suma ponderada de indicadores producto de
indicadores ponderados y funcioacuten multicriterio
415 Resultados y discusioacuten
4151 Indicadores centrales seleccionados y definicioacuten del Conjunto
Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Como se muestra en la Tabla 4-7 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) trasparentes y estandarizados (TrEs) y especiacuteficamente interpretables (EsIn)
El cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten que sufrioacute el sistema al
aplicar los tratamientos Ademaacutes se basan en datos claramente definidos verificables y
cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y asequibles de modo
que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo salud humana de la
dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio de redundancia
(NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores estaacuten directa y
proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la dimensioacuten
econoacutemica (Tabla 4-7) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron un puntaje
de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y PCat
(Tabla 4-7 y Tabla 4-9)
En cuanto a los criterios no obligatorios principales (NbPr) y alternos (NbAt) se destaca que
ninguacuten indicador estaacute parametrizado (PrTz) Esto indica que la comparacioacuten entre tratamientos se
realiza dependiendo de si mayor o menor es mejor para cada indicador (Tabla 4-3 Tabla 4-4 y
Tabla 4-5)
155 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-6 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 034 067 078 04 30 30 10
SQSA 034 077 064 04 30 30 10 071
SQW 067 077 093 02 20 20 07 071
SQPCA 078 064 093 02 20 20 07 071
Slo-Plt
LU 100 054 02 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 054 02 20 20 07 ϯ 053
N-kg 054 054 05 30 30 10 054
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 018 08 20 20 10 ϯ 067
PCat 018 08 20 20 10 ϯ
G Epl JC --- --- --- 10 067
S Hm
ELB 090 031 031 05 30 30 10 057
ELB(45) 090 071 071 02 10 10 03
PO 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 031 071 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 087 01 10 10 10 ϯ 071
FC 087 01 10 10 10 ϯ 063
Invr IV --- --- --- 10 058
Ingr GI 100 00 10 10 10 ϯ
NI 100 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 072
NPV 100 100 100 096 097 00 10 10 10 ϯ 064
ORO 100 100 100 097 098 00 10 10 10
IRR 100 100 100 097 097 00 10 10 10 064
BPQ 096 096 097 097 100 00 10 10 10 056
BPP 097 097 098 097 100 00 10 10 10 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) se encontroacute que en la dimensioacuten ambiental existen
correlaciones muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten
suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten suelo-planta ocurre lo mismo para
todos los indicadores a excepcioacuten de N-kg que no presenta una correlacioacuten significativa con los
demaacutes indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-6) Esto tiene sentido
156 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluados lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde la base para la obtencioacuten de los
indicadores son los ingresos y los egresos (Tabla 4-5)
Tabla 4-7 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
SQPCA 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 07 007 078
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 068
W-kg 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 2 06 032 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 064
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 5 09 045 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 2 07 036 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 077
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 0 0 03 005 2 0 1 0 06 012 10 010 077
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 5 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 5 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 03 003 000
PO 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 5 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 07 007 068
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 5 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 4 09 045 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 068
Ingr GI 2 1 1 1 0 3 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 3 08 041 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 10 010 082
NPV 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 3 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 000
IRR 2 1 1 1 1 3 08 041 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 10 010 074
BPQ 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
BPP 2 1 1 1 1 2 07 036 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 066
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
157 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 4-7 el conjunto miacutenimo de indicadores
(CMI) de la dimensioacuten ambiental estaacute compuesto por los indicadores centrales SQSA (del atributo
calidad de suelo) S-Pr (del atributo relacioacuten suelo-planta) EP (del atributo relacioacuten suelo-agua) y
GWP (del atributo relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073 puntos respectivamente
El CMI de la dimensioacuten social lo componen los indicadores centrales Yd (del atributo seguridad
alimentaria) JC (del atributo generacioacuten de empleo) y HT (del atributo salud humana) con 091
077 y 068 puntos respectivamente En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el CMI se compone de
los indicadores centrales VC (del atributo egresos) INV (del atributo inversioacuten) NI (del atributo
ingresos) y BC (del atributo rentabilidad) con 081 077 091 y 091 puntos respectivamente
(Tabla 4-7)
4152 Evaluacioacuten de iacutendices de sostenibilidad (IS)
Ponderacioacuten
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente para las dimensiones ambiental y social
(Tabla 4-8) lo que indica que todos los atributos de estas dos dimensiones generaron el mismo
peso sobre la sostenibilidad del sistema En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica el atributo egresos
ejerce un menor peso en la dimensioacuten y por ende en la sostenibilidad (Tabla 4-8)
PCA es un meacutetodo que asigna los ponderadores a los atributos de manera objetiva (Rossi et al
2009) lo cual es una ventaja a la escala de evaluacioacuten geograacutefica que maneja MSEAS (parcela o
unidad experimental) A esta escala las tres dimensiones de la sostenibilidad estaacuten regidas por las
actividades agriacutecolas maacutes que por las poliacuteticas gubernamentales Con otras teacutecnicas de asignacioacuten
de ponderadores tales como toma de decisioacuten multicriterio (MCDM) o proceso jeraacuterquico
analiacutetico (AJP) en donde los ponderadores son asignados a partir de la opinioacuten de expertos el
componente social cobra mayor relevancia al tiempo que se incrementa la subjetividad del anaacutelisis
(Goacutemez y Riesgo 2009)
158 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-8 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1643 0548 0003 1330 1051 0355 1455 0940 0002
Variabilidad () 0900 0100 0000 0590 0368 0042 0706 0294 0000
Var Acumulada () 0900 1000 1000 0590 0958 1000 0706 1000 1000
pcj () 100 62 38 100
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0479 -0597 0644 0229 023
Suelo-Planta 0453 0796 0401 0205 021
Suelo-Agua 0532 -0071 -0461 0283 028
Suelo-Atmosfera 0532 -0070 -0460 0283 028
Social
Seg Alimentaria -0698 0272 0662 0488 0074 0300 0028 033
Generacioacuten empleo 0054 0942 -0330 0003 0888 0002 0341 034
Salud humana 0714 0195 0673 0509 0038 0313 0015 034
Econoacutemica
Egresos 0254 -0956 0144 0065 006
Inversioacuten 0540 0017 -0841 0292 029
Ingresos 0568 0202 0367 0322 032
Rentabilidad 0567 0211 0369 0321 032
Comparacioacuten entre tratamientos
Como se aprecia en la Tabla 4-9 el tratamiento ChC presenta los mejores resultados para los
indicadores centrales de todas las dimensiones a excepcioacuten de los indicadores del atributo calidad
del suelo En el otro extremo a excepcioacuten de los indicadores de calidad de suelo y generacioacuten de
empleo (jornales por ciclo - JC) el tratamiento OrC presenta los valores maacutes bajos Esto se debe a
que OrC tiene los menores ingresos (NI) en concordancia con su menor rendimiento (Yd) que
ademaacutes influye directamente en el impacto ambiental LCA utiliza como unidad funcional un kg de
tomate fresco es decir cuanto maacutes insumo se utilice para producir un kg de tomate mayor
impacto ambiental se va a generar Esto mismo ocurre con la cantidad de agua necesaria para
producir un kg de tomate (W-kg) pues a pesar de que se aplicoacute la misma cantidad de agua a todas
las unidades experimentales OrC presenta el mayor consumo por kg debido a su menor
produccioacuten (Tabla 4-9) Para establecer la programacioacuten de riegos se tuvo en cuenta el
requerimiento hiacutedrico del cultivo Con base en las propiedades fiacutesicas del suelo y las caracteriacutesticas
fisioloacutegicas de la planta este fue el mismo para todas las unidades experimentales Por otro lado
OrC tambieacuten necesita mayor aacuterea (S-Pr) que ChC para producir la misma cantidad de tomate
159 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-9 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 086 a 089 a 088 a 087 a 089 a
SQSA 050 b 069 a 046 b 054 ab 058 ab
SQWP 081 b 087 a 082 b 083 ab 084 ab
SQPCA 058 b 067 a 061 ab 059 ab 064 ab
Rel suelo-planta
LU 0047 a 0053 b 0046 a 0048 a 0048 a
W-kg 3857 a 4350 b 3750 a 3936 a 3919 a
N-kg 174 c 108 a 150 b 138 b 117 a
Rel suelo-agua
FWT 32E-02 a 27E-01 e 80E-02 b 14E-01 c 19E-01 d
MWT 12E+01 a 10E+02 e 31E+01 b 53E+01 c 73E+01 d
EP 26E-04 a 22E-03 e 67E-04 b 11E-03 c 16E-03 d
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 17E-02 a 14E-01 e 42E-02 b 71E-02 c 98E-02 d
GWP 57E-02 a 47E-01 e 14E-01 b 24E-01 c 33E-01 d
OLD 42E-07 a 35E-06 e 11E-06 b 18E-06 c 25E-06 d
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 2116 a 1878 b 2178 a 2073 a 2083 a
PCat 0377 a 0386 a 0390 a 0383 a 0380 a
Generacioacuten Empleo JC 16103 a 16273 b 16442 e 16391 d 16357 c
Salud Humana
ELB 28438 a 28457 d 28462 a 28456 c 28444 b
ELB(45) 01880 e 01838 a 01846 b 01849 c 01859 d
PO 583E-06 a 487E-05 e 147E-05 b 250E-05 c 344E-05 d
HT 023 a 191 e 058 b 098 c 135 d
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 1394 a 1401 b 1411 c 1406 b 1398 b
FC 607 a 607 a 608 c 608 bc 607 ab
Inversioacuten IV 16809 a 16794 b 16824 a 16806 a 16815 a
Ingresos GI 25519 a 22856 b 26543 a 24855 ab 25231 ab
NI 5511 a 2774 b 6351 a 4719 ab 5176 ab
Rentabilidad
BC 118 a 105 b 122 a 114 ab 116 ab
NPV 10836 a 4665 b 12729 a 9050 ab 10081 ab
ORO 022 a 012 b 024 a 019 ab 020 a
IRR 087 a 049 b 099 a 076 ab 083 ab
BPQ 240745 a 276947 b 237501 a 248318 a 244828 a
BPP 64471 a 72796 b 63157 a 66227 a 65456 a
A pesar de mostrar los resultados de sostenibilidad mas bajos para el atributo calidad de suelo y de
ser el uacutenico tratamiento al que no le aplicaron abonos orgaacutenicos ChC sobresale en la dimensioacuten
ambiental En cuanto a esto se observa una tendencia a aumentar el impacto ambiental (EP y
GWP) a medida que se incrementa la cantidad de abono orgaacutenico aplicado (gallinaza) en este
orden OrC gt Mx3 gt Mx2 gt Mx1 gt ChC Estos resultados concuerdan con lo reportado por Bojacaacute
et al (2014) quienes hallaron que la fertilizacioacuten es la actividad agriacutecola que genera el mayor
impacto ambiental negativo (sin tener en cuenta la infraestructura) La gallinaza es el precursor de
este resultado para la mayoriacutea de las categoriacuteas de impacto evaluadas en su estudio sobre el
impacto ambiental del cultivo de tomate bajo invernadero en Colombia Esto se debe a que la
160 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
gallinaza por su alto contenido de N se asocia con altos niveles de lixiviacioacuten y emisiones de N
(Bergstroumlm y Kirchmann 2010 Hayakawa et al 2009)
Con respecto al rendimiento (Yd) OrC fue el uacutenico tratamiento que mostroacute diferencias
significativas pues obtuvo la menor produccioacuten Los demaacutes tratamientos no presentaron
diferencias significativas entre ellos (Tabla 4-9) En cuanto a la cantidad de jornales (JC) el
anaacutelisis se puede hacer desde dos puntos de vista el del productor (duentildeo del cultivo) y el de los
operarios Si se hace desde el productor es maacutes conveniente una menor cantidad de jornales
mientras que para los operarios hay un mayor beneficio mientras maacutes jornales requiere el cultivo
Para este estudio de caso el anaacutelisis se hizo desde el punto de vista del productor pues un mayor
nuacutemero de jornales implica un mayor costo de produccioacuten lo que puede afectar por si solo la
sostenibilidad del sistema Con base en esto se puede apreciar que el mejor tratamiento es ChC
debido a que requiere un menor nuacutemero de jornales Esto tiene que ver con la cantidad de
fertilizantes utilizados ya que al aplicar en presiembra uacutenicamente fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica no abonos orgaacutenicos se requiere un menor nuacutemero de jornales
Cuando se aplican abonos orgaacutenicos se requiere una mayor cantidad de este tipo de materiales para
lograr un resultado similar al obtenido con los fertilizantes de siacutentesis quiacutemica Esto se relaciona
con el indicador de esfuerzo de labor (ELB) doacutende el mayor valor lo presentoacute OrC debido a que a
las unidades experimentales de este tratamiento se les aplicaron una gran cantidad de abonos
orgaacutenicos cuya labor incluye dos actividades fertilizacioacuten edaacutefica manual (GI = 3) y cargue y
descargue de bultos de abonos y fertilizantes (GI = 5) (Numeral 23) Por el contrario ChC fue el
tratamiento que menos abonos aplicoacute manualmente por lo que presenta el menor ELB El
tratamiento ChC genera la menor cantidad de toxicidad humana (HT) debido al menor uso de
gallinaza Mientras que el tratamiento OrC al ser el que utiliza la mayor cantidad de esta
enmienda genera la mayor HT (Tabla 4-9)
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Como se aprecia en la Figura 4-1 el tratamiento ChC presenta el mayor iacutendice de sostenibilidad
econoacutemica Esto se debe a la relacioacuten entre Yd VC y NI (Tabla 4-9) Lo contrario ocurre con el
tratamiento OrC el cual presenta el iacutendice maacutes bajo (Figura 4-1) al incurrir en mayores costos
con menores ingresos (Tabla 4-9) Una situacioacuten similar ocurre con las dimensiones ambiental y
161 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
social pues ChC es el tratamiento maacutes sostenible mientras que OrC es el menos sostenible
(Figura 4-1)
Figura 4-1 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
(ambiental social y econoacutemica) Letras iguales indican que no hay diferencias significativas
entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Analizando en conjunto las tres dimensiones de la sostenibilidad se corrobora que el tratamiento
ChC muestra el mayor IS seguido de Mx1 pues para todos los iacutendices evaluados (IS-ambiental
IS-social e IS-econoacutemico) estos dos tratamientos se ubican en los lugares maacutes altos de
sostenibilidad (Figura 4-1) En este estudio de caso a medida que se incrementa el aporte de
gallinaza la sostenibilidad del sistema de produccioacuten disminuye en este sentido ChC gt Mx1 gt
Mx2 gt Mx3 gt OrC Esto puede deberse a que el umbral de medicioacuten es muy corto para apreciar las
ventajas de la aplicacioacuten de abonos orgaacutenicos en el suelo y el ecosistema en general Peltre et al
(2012) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por efecto de la aplicacioacuten de
enmiendas orgaacutenicas son evidentes a largo plazo Otro factor puede ser el hecho de que la gallinaza
se utilizoacute para reemplazar porcentualmente la cantidad de fertilizante de siacutentesis quiacutemica es decir
se utilizoacute como fertilizante no como enmienda Comparado con los fertilizantes de siacutentesis
quiacutemica cuyos nutrientes estaacuten disponibles inmediatamente para la planta la gallinaza tiene una
menor accioacuten fertilizante
a
e
b
cd
a
e
b
cd
a
b
aab
aba
d
b
cc
00
02
04
06
08
10
ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
162 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
En este estudio de caso no se asociaron umbrales a los indicadores ambientales seleccionados por
lo que la definicioacuten del nivel de sostenibilidad se realizoacute a partir de la comparacioacuten entre los
tratamientos evaluados Esta simple comparacioacuten limita el anaacutelisis pues sobre todo para la
dimensioacuten ambiental podriacutea presentarse el caso hipoteacutetico de que en la realidad todos los
tratamientos tengan un impacto ambiental negativo pero la variacioacuten estadiacutesticamente significativa
obliga a la asignacioacuten de niveles (ponderadores) diferenciales de sostenibilidad entre tratamientos
cuando en realidad todos deberiacutean ser calificados como insostenibles ambientalmente Esta
situacioacuten se debe a que en el mundo la legislacioacuten y la poliacutetica sobre la calidad del suelo estaacuten
escasamente parametrizadas debido a la definicioacuten difusa de la calidad del suelo acentuada por la
dificultad inherente en la cuantificacioacuten y el mapeo de su variabilidad espacial (de Paul Obade y
Lal 2016)
Comprobacioacuten de ISs
A pesar de que ChC obtuvo el mayor puntaje con todos los iacutendices de sostenibilidad los resultados
variaron notablemente entre iacutendices ISS e ISλ100 (compensacioacuten total) presentaron valores
ideacutenticos y muy cercanos a ISP que se iban haciendo diferentes a ISλ075 ISλ050 ISλ025 a medida
que disminuiacutea el grado de compensacioacuten parcial hasta llegar a ISλ000 que siempre presentoacute los
valores maacutes bajos de sostenibilidad (compensacioacuten nula) (Tabla 4-10) Con base en estos
resultados y a los mostrados en el desarrollo de MSEAS (Numeral 3523) se considera que la
teacutecnica de producto de indicadores ponderados (Ecuacioacuten 27 Numeral 3433) es la que mejor
representa el proceso objetivo y subjetivo del anaacutelisis de sostenibilidad y es la que mejor se ajusta a
los requerimientos de la metodologiacutea propuesta debido a que en la misma ecuacioacuten se representa
la compensacioacuten parcial total y nula Esto se debe a que este meacutetodo utiliza una tasa de
compensacioacuten entre indicadores que variacutea en funcioacuten del valor de los indicadores y de los
ponderadores De este modo a medida que un indicador se incrementa (asymp 1) o se disminuye (asymp 0)
lo mismo ocurre con su capacidad de compensacioacuten (Goacutemez-Limoacuten y Arriaza 2011) Esto implica
que indicadores (atributos) que tienen un gran peso es decir un ponderador (Wk) alto generan un
alto grado de compensacioacuten pero si algun indicador o atributo obtiene un Ik = 0 que indicariacutea que
estaacute por fuera del umbral permitido toda la dimensioacuten y por ende el tratamiento se consideraraacute
insostenible
163 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-10 Resultados de todos los meacutetodos de agregacioacuten evaluados
IS ChC OrC Mx1 Mx2 Mx3
Dimensioacuten ambiental
ISS 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
ISP 096 a 029 e 057 b 042 c 035 d
ISλ000 019 a 003 e 011 b 006 c 005 d
ISλ025 038 a 014 e 024 b 018 c 016 d
ISλ050 058 a 025 d 037 b 030 c 028 cd
ISλ075 077 a 036 d 050 b 042 c 039 cd
ISλ100 096 a 047 d 063 b 053 c 050 cd
Dimensioacuten social
ISS 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
ISP 097 a 046 e 072 b 059 c 054 d
ISλ000 031 a 004 e 013 b 008 c 005 d
ISλ025 048 a 019 e 029 b 023 c 021 d
ISλ050 064 a 034 d 045 b 039 c 037 c
ISλ075 081 a 050 d 062 b 055 c 053 c
ISλ100 097 a 065 d 078 b 071 c 069 c
Dimensioacuten econoacutemica
ISS 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
ISP 091 a 069 b 096 a 086 ab 089 ab
ISλ000 006 a 006 a 006 a 006 a 006 a
ISλ025 028 a 024 b 029 a 027 ab 027 ab
ISλ050 049 a 041 b 051 a 047 ab 048 ab
ISλ075 070 a 058 b 074 a 067 ab 069 ab
ISλ100 092 a 076 b 096 a 087 ab 090 ab
Total
ISS 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
ISP 095 a 045 d 073 b 060 c 055 c
ISλ000 016 a 004 e 010 b 007 c 005 d
ISλ025 037 a 019 d 027 b 022 c 021 c
ISλ050 057 a 033 d 044 b 038 c 037 c
ISλ075 076 a 047 d 061 b 054 c 052 c
ISλ100 095 a 061 d 078 b 069 c 068 c
416 Conclusiones
En este estudio si se tuviera en cuenta solamente el rendimiento como indicador para designar el
mejor tratamiento se podriacutea afirmar que a excepcioacuten de aquel donde se aplicaron solamente
abonos orgaacutenicos y enmiendas como fertilizacioacuten en presiembra todos los demaacutes son
recomendables en campo pues el rendimiento que generaron no mostroacute diferencias significativas
164 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Sin embargo cuando se hace el anaacutelisis de la sostenibilidad para cada dimensioacuten e integralmente
se pueden apreciar diferencias entre todos los tratamientos siendo maacutes sostenible aquel en el que
no se mezclan fertilizantes de siacutentesis quiacutemica con abonos orgaacutenicos Asiacute mismo el tratamiento
cuya fertilizacioacuten solo utilizoacute abonos orgaacutenicos basados en gallinaza generoacute la menor
sostenibilidad del sistema productivo Esta respuesta se deriva no solo de sus menores indicadores
econoacutemicos sino de su mayor impacto ambiental generado por el uso de gallinaza
165 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
42 Rotacioacuten como estrategia para aumentar la
sostenibilidad del cultivo de papa Estudio de caso
en Mosquera Colombia
421 Resumen
La papa es el principal alimento no cereal en el mundo con una produccioacuten de maacutes de 487
millones de toneladas anuales Este cultivo se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y
por su alto uso de insumos lo que lo asocia con problemas de degradacioacuten y contaminacioacuten de
suelos Para contrarrestar este efecto nocivo la praacutectica de rotacioacuten de cultivos se muestra como
una de las maacutes promisorias Con base en esto se establecioacute un estudio en el que se evaluoacute la
sostenibilidad de tres esquemas de rotacioacuten (tratamientos) Papa ndash Arveja ndash Papa (PaArPa) Papa ndash
Avena ndash Arveja (PaAvAr) y Papa ndash Papa ndash Avena (PaPaAv) Para determinar la sostenibilidad de
los tres tratamientos se utilizoacute la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a
Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS) Se encontroacute que ambiental y
econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaAvAr lo es
socialmente Al equilibrar las tres dimensiones PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible con IS =
085 y en el otro extremo se encuentra PaArPa con IS = 064 El uso de MSEAS en este estudio
permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena genera un menor impacto ambiental
negativo una mayor equidad social y un mayor retorno econoacutemico para el productor
Palabras clave MSEAS papa rotacioacuten de cultivos sostenibilidad agriacutecola LCA
422 Abstract
Potato is the leading non-cereal food globally with an annual production of more than 487 million
tons This crop is characterized by its production in hillside areas and by its high consumption of
inputs which associates it with problems of soil degradation and contamination Crop-rotation is
shown to be one of the most promising strategies to counteract this harmful effect Based on this a
study was established in which the sustainability of three rotation schemes (treatments) was
evaluated Potato-Pea-Potato (PaArPa) Potato-Oat-Pea (PaAvAr) and Potato-Potato-Oat
(PaPaAv) The sustainability evaluation methodology oriented to agricultural experiments
166 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
associated with soil management (MSEAS) was used to determine the three treatments
sustainability It was found that environmentally and economically PaPaAv is the most
sustainable treatment while PaAvAr is socially sustainable Balancing the three dimensions
PaPaAv is the most sustainable treatment with IS = 085 and at the other extreme is PaArPa with
IS = 064 The use of MSEAS in this study made it possible to define that the Potato-Potato-Oat
rotation sequence generates a lower negative environmental impact higher social equity and a
higher economic return for the farmer
Key words potato crop rotation agricultural sustainability LCA
423 Introduccioacuten
La papa (Solanum tuberosum) se clasifica como el principal producto no cereal en el sistema
alimentario mundial (FAO 2009) con un aacuterea de produccioacuten superior a 25 millones de ha y una
produccioacuten por encima de los 487 millones de Mg en 2017 (FAOSTAT 2019) Al igual que en la
mayoriacutea de los paiacuteses del mundo en Colombia la papa es uno de los principales cultivos con
94130 ha (Agronet 2019) Este se caracteriza por su produccioacuten en zonas de ladera y por el alto
uso de insumos principalmente fertilizantes lo que lo hace ser reconocido por su contribucioacuten a
los problemas de erosioacuten y de contaminacioacuten de fuentes hiacutedricas superficiales y subterraacuteneas
(Yang et al 2009 Rees et al 2011) Aunque el cultivo continuo de papa puede proporcionar
beneficios econoacutemicos a los productores debido a la mayor rentabilidad en relacioacuten con otros
cultivos la naturaleza intensiva de los sistemas actuales de produccioacuten de papa puede tener efectos
perjudiciales incluida la aplicacioacuten excesiva de fertilizantes y plaguicidas (Zegada-Lizarazu y
Monti 2011) erosioacuten (Kachanoski y Carter 1999) y reduccioacuten de la calidad del suelo (Nelson et
al 2009)
Desde organizaciones privadas y estatales se han llevado a cabo durante las uacuteltimas deacutecadas una
considerable cantidad de investigaciones para contrarrestar el efecto nocivo que ocasiona el mal
manejo del cultivo de papa Dentro de esas iniciativas la rotacioacuten de cultivos se muestra como una
de las maacutes promisorias pues se ha ido adaptando y utilizando por los productores de papa en las
regiones productoras maacutes importantes de Colombia y en el mundo (Liu et al 2019 Liang et al
2019) Se ha evidenciado que la rotacioacuten de cultivos tiene muacuteltiples efectos en el medio ambiente
incluido la optimizacioacuten del uso de energiacutea el mantenimiento de la calidad del agua superficial al
reducir la escorrentiacutea y la erosioacuten del suelo el mantenimiento de la calidad del agua subterraacutenea al
167 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
reducir la lixiviacioacuten de nutrientes y el mantenimiento de la calidad del suelo al conservar la
dinaacutemica de las comunidades microbianas (Liang et al 2019 Larkin y Honeycutt 2006
Khakbazan et al 2019) Generalmente en los estudios de rotacioacuten ademaacutes de evaluar el efecto
que esta tiene en el rendimiento del cultivo tambieacuten se evaluacutea la dinaacutemica de las propiedades del
suelo a lo largo del tiempo (He et al 2012 Wszelaczynska et al 2014 Vakhnyi et al 2018
Shibabaw et al 2018)
Muchos agricultores se enfocan en un solo cultivo a lo largo de su actividad agriacutecola El caso de la
papa es uno de los maacutes representativos en Colombia En las uacuteltimas deacutecadas las praacutecticas de
rotacioacuten se han extendido entre estos agricultores a tal punto que se ha generalizado el concepto
de no repetir maacutes de dos ciclos de papa en un mismo lugar Para asegurar que la secuencia de
rotacioacuten genere oacuteptimos resultados es necesario definir la estrategia de rotacioacuten que se adapte
mejor tanto a las condiciones agroecoloacutegicas de la regioacuten como a las condiciones particulares de
los productores No todas las combinaciones de cultivos y manejos dentro de la secuencia de
rotacioacuten tienen los mismos resultados (Liu et al 2019) A pesar de las bondades ambientales que
genera la rotacioacuten de cultivos no son ampliamente adoptadas debido a que los productores pueden
obtener ingresos menores a los obtenidos con el monocultivo (Liu et al 2019) En ese sentido si
se quiere determinar cuaacutel es la estrategia de produccioacuten que genera el menor impacto ambiental
negativo promoviendo al mismo tiempo mayores retornos econoacutemicos y una mayor equidad
social es necesario evaluar las nuevas estrategias de produccioacuten desde el enfoque de la
sostenibilidad
Con base en lo anterior el objetivo del presente estudio fue utilizar Metodologiacutea de Evaluacioacuten de
la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Manejo del Suelo (MSEAS)
para conocer cuaacutel o cuaacuteles secuencias de rotacioacuten con papa generan la mayor sostenibilidad del
sistema de produccioacuten
424 Materiales y Meacutetodos
4241 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del sistema
productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 213 ExPtRot
168 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
4242 Uso de MSEAS
La evaluacioacuten de la sostenibilidad de las tres secuencias de rotacioacuten se llevoacute a cabo con la
Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al
Suelo (MSEAS) De acuerdo con los paraacutemetros establecidos en MSEAS despueacutes del desarrollo
del experimento se hace el manejo de atributos e indicadores y se construye el iacutendice de
sostenibilidad (IS) (Numeral 3)
Acorde con lo expuesto en MSEAS (Numeral 3511) en la dimensioacuten ambiental se evaluaron
cuatro atributos cada uno con un nuacutemero variable de indicadores 1) Calidad del suelo con cuatro
indicadores marco de referencia de evaluacioacuten del manejo del suelo (SQSMAF) indicador de
calidad del suelo aditivo simple (SQSA) indicador de calidad del suelo aditivo ponderado (SQW) e
indicador de calidad del suelo con PCA (SQPCA) (ver Numeral 22) 2) Relacioacuten suelo-planta con
tres indicadores relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) consumo de agua por kg producido (W-kg) y
consumo de nitroacutegeno por kg producido (N-kg) (Tabla 4-3) 3) Relacioacuten suelo-agua con tres
indicadores toxicidad de agua dulce (FWT) toxicidad de agua marina (MWT) y eutrofizacioacuten
(EP) (Tabla 4-3) y 4) Relacioacuten suelo-atmoacutesfera con tres indicadores acidificacioacuten potencial (AP)
potencial de calentamiento global (GWP) y agotamiento de la capa de ozono (OLD) (Tabla 4-3)
Los indicadores de la dimensioacuten ambiental se obtuvieron de las variables medidas en campo del
inventario del sistema productivo (Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante Anaacutelisis de Ciclo
de Vida (Life Cycle Assessment ndash LCA Todos los consumos de recursos y las emisiones se
refirieron a una unidad funcional de masa de un kg de papa avena o arveja comercial en fresco El
liacutemite del sistema para la evaluacioacuten fue desde la extraccioacuten de la materia prima hasta la puerta de
la granja es decir un LCA de cuna a puerta Se consideroacute un uacutenico subsistema fertilizacioacuten En
este estudio la arveja no se tutoroacute por ende no se tuvo en cuenta la infraestructura como
subsistema Los procesos de fondo incluyeron la produccioacuten de fertilizantes cuyos datos para su
produccioacuten partieron de la base de datos Ecoinvent V2 Versioacuten 34 (Ecoinvent Center 2017)
169 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Los indicadores de la dimensioacuten social se enfocaron en variables asociadas con el manejo
agronoacutemico de los sistemas productivos las cuales provienen del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) y de la estimacioacuten mediante LCA Se dio eacutenfasis a tres aspectos sociales
(atributos) 1) Seguridad alimentaria con dos indicadores rendimiento (Yd) y porcentaje de
produccioacuten de primera categoriacutea (PCat) 2) Generacioacuten de empleo con dos indicadores jornales
por ciclo por hectaacuterea (JC) y jornales por antildeo por hectaacuterea (JA) y 3) Salud humana con cuatro
indicadores indicador de esfuerzo de labor (ELB) alto (G4) y maacuteximo (G5) esfuerzo de labor
(ELB(45)) oxidacioacuten fotoquiacutemica (PO) y toxicidad humana (HT)
Los indicadores rendimiento (Yd) y calidad (PCat) se calcularon asiacute Papa pesando y clasificando
todos los tubeacuterculos cosechados (20 ndash 24 semanas dds) de 10 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Arveja pesando todas las vainas de 20 plantas del aacuterea central de cada
unidad experimental Se realizaron entre dos y tres cosechas al finalizar el llenado de vainas (14 ndash
17 semanas dds) Avena pesando todas las plantas cortadas de cuatro plantillas cuadradas de 05
m2 obtenidas del aacuterea central de cada unidad experimental al finalizar el periodo vegetativo (9 ndash
10 semanas dds) Los meacutetodos de medicioacuten de los demaacutes indicadores se pueden apreciar en la
Tabla 4-4
Los indicadores de la dimensioacuten econoacutemica se obtuvieron del inventario del sistema productivo
(Numeral 4141) Toda la informacioacuten relativa a fertilizacioacuten proteccioacuten de cultivos labores
culturales cosecha entre otros se cuantificaron econoacutemicamente y se incluyeron en la matriz de
datos de entrada (Tabla 4-2) De igual manera todos los costos variables (material vegetal
fertilizantes proteccioacuten de cultivos entre otros) y fijos (arrendamiento servicios puacuteblicos salarios
administracioacuten entre otros) asociados a la produccioacuten se contabilizaron e incluyeron en el anaacutelisis
para lo cual se llevoacute registro detallado durante todo el ciclo de produccioacuten (Tabla 4-2)
Para la dimensioacuten econoacutemica se establecieron cuatro atributos cuyos meacutetodos de caacutelculo se
presentan en la Tabla 4-5 1) Egresos con dos indicadores costos variables (VC) y costos fijos
(FC) 2) Inversioacuten con un indicador (IV) 3) Ingresos con dos indicadores ingresos brutos (GI) e
ingresos netos (NI) y 4) Rentabilidad con seis indicadores relacioacuten beneficio costo (BC) valor
presente neto (VPN) tasa de intereacutes de oportunidad (OIR) tasa interna de retorno (TIR) punto de
equilibrio por cantidad (BPQ) y punto de equilibrio por precio (BPP)
170 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS Este meacutetodo divide
los indicadores de acuerdo con su dimensioacuten (ambiental social y econoacutemica) atributo y jerarquiacutea
(crudo base y central) Se aplicoacute la lista de chequeo y a partir del cumplimiento de los diferentes
tipos de criterios (obligatorios no obligatorios principales no obligatorios alternos y de
correlacioacuten) y de la puntuacioacuten obtenida se definioacute el conjunto miacutenimo de indicadores (CMI) que
representariacutea a cada atributo y dimensioacuten en el anaacutelisis de sostenibilidad
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
425 Resultados y discusioacuten
4251 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI) Indicadores
centrales seleccionados
Como se muestra en la Tabla 4-11 seguacuten los criterios de seleccioacuten obligatorios (ObGt) todos los
indicadores evaluados estaacuten relacionados con el objetivo de sostenibilidad (ObSt) son
cuantificables (CuAt) especiacuteficamente interpretables (EsIn) y son transparentes y estandarizados
(TrEs) Esto sugiere que el cambio de los indicadores puede ser interpretado por la modificacioacuten
que sufrioacute el sistema al aplicar los tratamientos y que estos se basan en datos claramente definidos
verificables y cientiacuteficamente aceptables recopilados mediante meacutetodos estandarizados y
asequibles de modo que puedan repetirse de manera confiable y compararse entre siacute En el atributo
salud humana de la dimensioacuten social el indicador ELB(45) obtuvo un puntaje de cero para el criterio
de redundancia (NoRd) pues hace parte de ELB Esto implica que estos dos indicadores esteacuten
directa y proporcionalmente relacionados Lo mismo ocurre con GI en el atributo ingresos de la
dimensioacuten econoacutemica (Tabla 4-11) En este caso GI hace parte de NI Dos indicadores obtuvieron
un puntaje de cero por no presentar diferencias significativas entre tratamientos (SgDf) SQSMAF y
SQPCA (Tabla 4-11)
171 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 4-11 Proceso de seleccioacuten de indicadores
Atrib Ind
ObGt NbPr NbAt CrLc Tt
Ob
St
Cu
At
Ep
In
TrE
s
NoR
d
SgD
f WCS
Md
As
PrT
z
Md
Ed
Ob
Es
VrR
t WCS
AcT
n
DsP
t
PrF
u
AgV
r
WCS WCS
05 02 02 01
Dimensioacuten ambiental
SQ
SQSMAF 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 1 10 020 10 010 000
SQSA 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 081
SQW 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 091
SQPCA 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 2 0 1 1 08 016 10 010 000
Slo-Plt
LU 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 1 1 06 013 2 0 1 0 06 012 07 007 081
W-kg 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 1 1 05 009 1 0 1 0 04 008 000
N-kg 1 1 1 1 1 1 09 043 3 0 2 2 1 07 015 1 0 1 0 04 008 10 010 078
Slo-Ag
FWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
MWT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
EP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 2 0 0 0 04 008 10 010 075
Slo-At
AP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
GWP 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 2 0 0 0 04 008 10 010 073
OLD 1 1 1 1 1 1 09 043 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
Dimensioacuten social
S Alm Yd 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 091
PCat 2 1 1 1 1 0 00 3 0 2 2 1 07 015 1 0 0 0 02 004 000
G Epl JC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 2 0 1 0 06 012 10 010 081
JA 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 2 1 05 011 2 0 1 0 06 012 10 010 083
S Hm
ELB 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 067
ELB(45) 2 1 1 1 0 1 00 3 0 0 0 1 04 007 0 0 0 0 00 000 10 010 000
PO 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 0 1 03 005 1 0 0 0 02 004 000
HT 2 1 1 1 1 1 10 050 2 0 0 1 1 04 007 1 0 0 0 02 004 10 010 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egr VC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 1 1 05 009 1 1 1 0 06 012 10 010 081
FC 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 000
Invr IV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 2 0 0 03 005 1 1 1 0 06 012 10 010 077
Ingr GI 2 1 1 1 0 1 00 3 0 2 1 1 06 013 1 0 1 0 04 008 000
NI 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 2 2 1 07 015 2 1 1 0 08 016 10 010 081
Rtbl
BC 2 1 1 1 1 1 10 050 3 0 0 2 1 05 011 2 1 1 1 10 020 04 004 085
NPV 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 000
ORO 2 1 1 1 0 1 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 000
IRR 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 2 0 1 1 08 016 04 004 077
BPQ 2 1 1 1 1 1 10 050 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 10 010 079
BPP 2 1 1 1 1 0 00 1 0 0 2 1 04 007 1 0 1 1 06 012 04 004 064
ObGt Obligatorio NbPr No obligatorio principal y alterno (NbAt) Atrib Atributo Ind Indicador ObSt Relacionado
con el objetivo de sostenibilidad CuAt Cuantificable EpIn Especiacuteficamente interpretable TrEs Transparente y
estandarizado NoRd No redundante NoCr No correlacionado SgDf Significativamente diferente MdAs Medicioacuten
asequible PrTz Parametrizado MdEd Medido o estimado ObEs Relacionado con el objetivo del estudio VrRt
Variable entre repeticiones AcTn Aceptado DsPt Desarrollo participativo PrFu Balance de presente y futuro AgVr
Agregado Wcs ponderador asignado para la categoriacutea de seleccioacuten Tt = Puntuacioacuten total
Con respecto al criterio de correlacioacuten (CrLc) en la dimensioacuten ambiental existen correlaciones
muy altamente significativas entre todos los indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y
relacioacuten suelo-atmoacutesfera Lo mismo se evidencia para todos los indicadores del atributo relacioacuten
suelo-planta a excepcioacuten de N-kg el cual no presenta una correlacioacuten significativa con los demaacutes
indicadores de este atributo Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente
172 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
significativas se presentan entre ELB y ELB(45) para salud humana (Tabla 4-12) Esto tiene sentido
pues hay redundancia en estos dos indicadores El esfuerzo de labor (ELB) se construye a partir de
la suma de todas las labores de cultivo incluyendo aquellas labores con alto y maacuteximo esfuerzo de
labor (G4 y G5) (Numeral 23) En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica existe una correlacioacuten
altamente significativa entre todos los indicadores de los tres atributos evaluadas lo cual se explica
porque unos indicadores estaacuten construidos a partir de otros donde los ingresos y los egresos son la
base para la obtencioacuten de los indicadores (Tabla 4-12)
De acuerdo con los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 4-11 el CMI estaacute compuesto en la
dimensioacuten ambiental por los indicadores SQW (atributo calidad del suelo) S-Pr (relacioacuten suelo-
planta) EP (relacioacuten suelo-agua) y GWP (relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 081 075 y 073
puntos respectivamente En la dimensioacuten social por los indicadores Yd (seguridad alimentaria) JA
(generacioacuten de empleo) y HT (salud humana) con 091 083 y 071 puntos respectivamente
(Tabla 4-11) En la dimensioacuten econoacutemica por los indicadores VC (Egresos) INV (Inversioacuten) NI
(Ingresos) y BC (Rentabilidad) con 081 077 081 y 085 puntos respectivamente
4252 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad (IS)
Comparacioacuten entre tratamientos
No hay un tratamiento que sobresalga en las tres dimensiones de la sostenibilidad ni en todos los
atributos de cada dimensioacuten En cuanto a la dimensioacuten ambiental PaPaAv presenta los mejores
resultados para los atributos calidad de suelo (junto con PaAvAr) y relacioacuten suelo-planta
representados por los indicadores SQSA y S-Pr PaPaAv genera un mayor rendimiento (Yd
atributo seguridad alimentaria) lo que sugiere un mejor uso de la tierra (S-Pr) y del agua (W-kg)
(Tabla 4-13) PaAvAr requiere una menor cantidad de insumos debido a que la avena no se
fertiliza Los agricultores asumen que la cantidad de nutrientes que queda como reserva despueacutes de
las dos fertilizaciones al cultivo de papa es suficiente para producir un ciclo de avena
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad medio (053) seguacuten el
indicador SQSA En trabajos donde los suelos son de baja fertilidad los cambios en las
caracteriacutesticas del suelo por efecto de los esquemas de rotacioacuten son notables (p ej Shibabaw et
al 2018 Sparrow 2015 Sharifi et al 2014) Sin embargo He et al (2012) Muthoni y Kabira
(2010) y Nyiraneza et al (2015) mencionan que los cambios en las propiedades del suelo por
173 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
efecto de la rotacioacuten de cultivos son evidentes a largo plazo En este trabajo se evaluaron tres
ciclos de cultivo (aproximadamente dos antildeos de evaluacioacuten) lo cual sugiere que el indicador de
calidad de suelo seleccionado es susceptible a la perturbacioacuten del suelo en el mediano plazo
Tabla 4-12 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc)
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 037 053 064 05 40 40 10
SQSA 037 063 066 04 40 40 10 071
SQW 053 063 069 04 40 40 10 081
SQPCA 064 066 069 03 40 40 10
Slo-Plt
LU 078 016 05 20 20 07 075
W-kg 078 049 04 20 20 07 067
N-kg 016 049 07 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 052
Dimensioacuten social
Yd PCat JC JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 034 07 20 20 10 ϯ 081
PCat 034 07 20 20 10 ϯ 059
G Epl JC 100 00 10 10 10 ϯ 071
JA 100 00 10 10 10 ϯ 073
S Hm
ELB 099 021 021 05 30 30 10 057
ELB(45) 099 007 007 06 30 30 10
PO 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 059
HT 021 007 100 06 30 30 10 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 051 05 20 20 10 ϯ 071
FC 051 05 20 20 10 ϯ 067
Invr IV --- --- --- 10 067
Ingr GI 098 00 10 10 10 ϯ
NI 098 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 098 100 097 005 071 03 20 20 04 081
NPV 098 098 092 013 057 03 30 30 06 073
ORO 100 098 096 004 071 03 20 20 04
IRR 097 092 096 027 084 02 20 20 04 073
BPQ 005 013 004 027 073 08 50 50 10 069
BPP 071 057 071 084 073 03 20 20 04 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
En cuanto a la dimensioacuten social PaPaAv obtuvo el mayor Yd mientras que PaAvAr obtuvo los
mejores resultados para generacioacuten de empleo y salud humana utilizando el menor nuacutemero de
174 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
jornales por antildeo (JA) y generando el menor esfuerzo de labor (ELB) (Tabla 4-13) La avena es el
cultivo que menos mano de obra requiere esto explica el hecho de que las rotaciones con avena
(PaAvAr y PaPaAr) requirieran el menor nuacutemero de jornales obteniendo asiacute los mejores resultados
para JA Vale la pena recordar que MSEAS asume que entre menor cantidad de jornales se
requiera mayor es la sostenibilidad social Asumiendo en este caso el punto de vista del
productor
Tabla 4-13 Resultados de la evaluacioacuten para cada dimensioacuten atributo e indicador por cada tratamiento
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt 005)
n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador PaArPa PaAvAr PaPaAv
Dimensioacuten ambiental
Calidad del Suelo
SQSMAF 087 a 086 a 089 a
SQSA 037 b 053 a 048 a
SQW 061 b 062 ab 064 a
SQPCA 046 a 048 a 048 a
Rel suelo-planta
LU 0653 b 0704 c 0273 a
W-kg 30648 c 20607 b 12214 a
N-kg 756 c 465 a 627 b
Rel suelo-agua
FWT 0033 c 0020 a 0028 b
MWT 12882 c 7919 a 10678 b
EP 34E-04 c 21E-04 a 29E-04 b
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 20E-03 c 12E-03 a 16E-03 b
GWP 70E-01 c 43E-01 a 58E-01 b
OLD 44E-08 c 27E-08 a 37E-08 b
Dimensioacuten social
Seguridad
Alimentaria
Yd 69607 c 84288 b 119535 a
PCat 0746 b 0863 a 0726 b
Generacioacuten Empleo JC 79 c 51 a 63 b
JA 237 c 154 a 189 b
Salud Humana
ELB 34740 b 34267 a 37316 c
ELB(45) 05440 b 05407 a 08195 c
PO 592E-05 c 364E-
05 a 491E-05 b
HT 024 c 015 a 020 b
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 157 c 111 a 140 b
FC 201 c 193 b 188 a
Inversioacuten IV 1442 c 1224 b 953 a
Ingresos GI 5623 a 4182 c 5448 b
NI 2042 a 1140 b 2165 a
Rentabilidad
BC 153 b 131 c 163 a
NPV 3526 b 1883 c 3821 a
ORO 033 b 022 c 039 a
IRR 383 b 266 c 512 a
BPQ 40895 a 73290 b 84318 c
BPP 102186 b 98075 b 39364 a
175 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El tratamiento PaPaAv obtuvo los mejores resultados globales para la dimensioacuten econoacutemica al
requerir una menor inversioacuten (INV) obtener los mayores ingresos netos (NI - Ingresos) y la mayor
relacioacuten beneficio costo (BC - Rentabilidad) (Tabla 4-13) Estos resultados se relacionan con el
mayor rendimiento obtenido por este tratamiento El tratamiento PaArPa requirioacute la mayor
inversioacuten (INV) y los mayores costos fijos (FC) y variables (VC) a pesar de su menor rendimiento
lo que generoacute sus pobres resultados econoacutemicos sociales y ambientales (Tabla 4-13) En este
uacuteltimo aspecto el rendimiento obtenido no compensa el mayor uso de fertilizantes Se debe
recordar que el anaacutelisis de ciclo de vida se realiza a partir de la cantidad de insumos utilizados para
producir un kg del producto cosechado El objetivo es producir maacutes con un menor uso de recursos
Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en la asignacioacuten de ponderadores realizada a traveacutes del PCA se puede apreciar que los
ponderadores (Wk) fueron asignados equitativamente a todos los atributos de cada dimensioacuten
(Tabla 4-14) lo que indica que todos los atributos tuvieron una influencia similar sobre la
sostenibilidad del sistema
Tabla 4-14 Resultados del proceso de ponderacioacuten de indicadores mediante anaacutelisis de componentes
principales (PCA)
Estimadores Ambiental (PCj) Social (PCj) Econoacutemico (PCj)
PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3 PC1 PC2 PC3
Auto-valores 1732 23E-05 35E-07 1400 1020 0036 1525 1293 0026
Variabilidad () 1000 0000 0000 0653 0347 0000 0582 0418 0000
Acumulado () 1000 1000 1000 0653 1000 1000 0582 1000 1000
pcj () 100 65 35 58 42
Dimensioacuten Atributo Auto-vectores (EPCj) (Auto-vectores)2 λj
PC1 x λ1 PC2 x λ2 Wk EPC1 EPC2 EPC3 λ1 λ2
Ambiental
Calidad suelo 0552 -0254 0794 0304 0065 0222 0018 024
Suelo-Planta 0065 0963 0263 0004 0926 0003 0252 026
Suelo-Agua -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Suelo-Atmoacutesfera -0588 -0066 0387 0346 0004 0252 0001 025
Social
Seg Alimentaria 0714 -0042 0699 0509 0002 0333 0001 033
Generacioacuten empleo -0234 0927 0294 0055 0859 0036 0298 033
Salud humana 0660 0373 -0651 0436 0139 0285 0048 033
Econoacutemica
Egresos -0453 0558 -0594 0206 0312 0120 0130 025
Inversioacuten -0542 0434 0680 0294 0188 0171 0079 025
Ingresos 0454 0558 -0222 0206 0312 0120 0130 025
Rtabilidad 0543 0434 0369 0294 0188 0171 0079 025
176 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Ambiental y econoacutemicamente PaPaAv es el tratamiento maacutes sostenible (Figura 4-2) lo cual
coincide con los resultados mostrados por sus atributos e indicadores (Tabla 4-13) Socialmente
PaAvAr es el tratamiento maacutes sostenible mientras que PaArPa muestra los resultados maacutes bajos de
sostenibilidad social y PaAvAr de sostenibilidad econoacutemica (Figura 4-2)
Figura 4-2 Comparacioacuten de los iacutendices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Se presentan los IS por
cada dimensioacuten y el IS acumulado (Total) agregando las tres dimensiones de la sostenibilidad
Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tukey Plt
005) n=15
Equilibrando las tres dimensiones PaPaAv se muestra como el tratamiento maacutes sostenible con IS
= 085 a pesar de no presentar el resultado maacutes alto para la dimensioacuten social Esto indica que la
secuencia de rotacioacuten Papa ndash Papa ndash Avena es la maacutes sostenible para las condiciones del estudio
Desde el punto de vista del productor esta rotacioacuten seriacutea favorable al ser econoacutemicamente maacutes
redituable Sin embargo se debe tener en cuenta que en este caso se evaluoacute avena forrajera
destinada a alimentacioacuten animal principalmente de bovinos Por lo que este cultivo es producido
principalmente por agricultores que alternan la actividad agriacutecola con la pecuaria
c
ba
c
ab
bc
a
c
ba
00
02
04
06
08
10
PaArPa PaAvAr PaPaAv
IS
Tratamiento
Ambiental Social Econoacutemica Total
177 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
426 Conclusiones
El uso de MSEAS en este estudio permitioacute definir que la secuencia de rotacioacuten papa-papa-avena
generaba la mayor sostenibilidad del cultivo Esta secuencia de rotacioacuten generoacute el menor impacto
ambiental el mayor retorno econoacutemico para el productor y obtuvo el segundo lugar en equidad
social
5 Aplicacioacuten de MSEAS en escenarios futuros
Estudio de caso en fraccionamiento de la
fertilizacioacuten en papa
51 Resumen
Los esfuerzos encaminados a mantener o aumentar la sostenibilidad de un sistema productivo se
deben planear y medir a corto mediano y largo plazo Una gran cantidad de herramientas se han
desarrollado para evaluar el impacto de los sistemas de produccioacuten agriacutecola en el presente pero
pocas que permitan una proyeccioacuten futura Con base en esto la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad de Experimentos Orientados al Suelo (MSEAS) se adaptoacute para evaluar la posible
sostenibilidad en el futuro Esta adaptacioacuten estaacute basada en sistemas de soporte a la decisioacuten como
DSSAT y estaacute condicionada a la construccioacuten de escenarios de clima y suelo para establecer las
condiciones de cambio Como estudio de caso se estimoacute la sostenibilidad actual (IS-A) y futura
(IS-45 e IS-85) de cinco tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa Control =
Control comercial As = Fertilizacioacuten recomendada por Agrosavia AsSp = Fraccionamiento
mensual de As AsSp25 = AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 25 AsSp50 =
AsSp disminuyendo la cantidad de fertilizante en un 50 AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
actual con IS-A = 090 y a pesar de que el rendimiento no presentoacute diferencias significativas a
largo plazo AsSp50 se mantuvo como el tratamiento maacutes sostenible en el futuro con IS-45 e IS-85
= 088
Palabras clave DSSAT LCA modelacioacuten de cultivos papa sostenibilidad actual sostenibilidad
futura
180 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
52 Abstract
Efforts to maintain or increase the sustainability of a productive system must be planned and
measured in the short medium and long term Many tools have been developed to assess the
impact of agricultural production systems in the present However when it is desired to know their
future behavior the options are reduced Based on this the Sustainability Assessment of Soil
Oriented Experiments Methodology (MSEAS) was adapted to assess possible sustainability in the
future This adaptation is based on crop modeling tools such as DSSAT It requires the
construction of climate and soil scenarios to establish the conditions of change included in these
tools As a case study the current (IS-A) and future (IS-45 and IS-85) sustainability of five
fertilization splitting treatments in potato was estimated Control = commercial control As =
Agrosavia recommended fertilization AsSp = AsSp monthly split AsSp25 = AsSp decreasing the
amount of fertilizer by 25 AsSp50 = AsSp decreasing the amount of fertilizer by 50 AsSp50
generated the highest current sustainability with IS-A = 090 Although the yield did not present
significant differences in the future AsSp50 remained the most sustainable treatment in the future
with IS-45 and IS-85 = 088
Key words crop modelling DSSAT LCA future sustainability potato present sustainability
53 Introduccioacuten
Al hacer un anaacutelisis de la definicioacuten maacutes aceptada de desarrollo sostenible ldquoAquel desarrollo que
satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones
para satisfacer sus propias necesidadesrdquo (WCED 1987) es evidente que ese desarrollo es tan
importante en condiciones actuales como en el futuro Dicha importancia tambieacuten estaacute presente en
diversas publicaciones en las que consideran la importancia de propender directa o indirectamente
por la sostenibilidad en el largo plazo (p ej Altieri y Farrell 2018 Baush et al 2014 Campbell
et al 2014 De luca et al 2015 De Olde et al 2016 Kanter et al 2016 Swart et al 2004) A
pesar de la equilibrada importancia que tiene el desarrollo sostenible actual y en el futuro las
herramientas que se han disentildeado para evaluar la sostenibilidad solo mencionan las condiciones
actuales pero muy poco se ha hecho para estimar modelar o simular cual seriacutea la sostenibilidad de
los sistemas de produccioacuten evaluados en el mediano o largo plazo
181 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para predecir el comportamiento de un determinado sistema o meacutetodo de cultivo en el futuro es
necesario llevar a cabo procesos de modelacioacuten a traveacutes de la construccioacuten de escenarios de clima
yo suelo La informacioacuten necesaria para construir estos escenarios se puede obtener de cinco
formas 1) a partir de la medicioacuten in-situ durante deacutecadas de las variables que se quieren modelar
2) a partir de informacioacuten obtenida mediante procesos de modelacioacuten 3) a partir de informacioacuten de
otros sitios de medicioacuten con condiciones agro-climaacuteticas similares 4) una combinacioacuten de las
opciones anteriores dependiendo de si solo se tiene informacioacuten de clima o suelo o 5) asumiendo
que las propiedades del suelo o las condiciones climaacuteticas permanecen constantes
Cuando los sistemas que se quieren comparar son parcelas o unidades experimentales a las cuales
se les aplican los tratamientos es posible utilizar la Metodologiacutea de Evaluacioacuten de la
Sostenibilidad Orientada a Experimentos Agriacutecolas Asociados al Suelo (MSEAS) (Numeral 3)
Mediante herramientas de modelacioacuten como DSSAT es posible estimar la respuesta de la planta
ante los tratamientos evaluados bajo diferentes escenarios de clima yo variabilidad climaacutetica Los
resultados que arrojen los modelos se podriacutean incluir en MSEAS y de esa forma se estimariacutea la
sostenibilidad futura
Los objetivos del presente estudio son i) utilizar MSEAS (Numeral 3) tanto para evaluar la
sostenibilidad actual como para evaluar la sostenibilidad futura ii) conocer cuaacutel o cuaacuteles
tratamientos de fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa (como estudio de caso) generariacutean la
mayor sostenibilidad en condiciones actuales y de cambio climaacutetico y iii) proyectar la estabilidad
de la sostenibilidad en el tiempo empleando las mismas praacutecticas de manejo
54 Materiales y Meacutetodos
En la Figura 5-1 se presenta un esquema que sintetiza a MSEAS con las actividades adaptadas
para la evaluacioacuten tanto del iacutendice de sostenibilidad actual (IS-A) como futura (IS-45 e IS-85)
541 Desarrollo del experimento y construccioacuten del inventario del
sistema productivo
Las caracteriacutesticas del experimento se exponen en el Numeral 212
182 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para estimar algunos indicadores ambientales y todos los indicadores econoacutemicos y sociales se
construyoacute el inventario del sistema productivo para cada unidad experimental de cada tratamiento
Para este propoacutesito se siguioacute el procedimiento expuesto en el Numeral 4141
Figura 5-1 Siacutentesis de la metodologiacutea de evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos
agriacutecolas asociados al suelo (MSEAS) adaptada para medicioacuten de iacutendices de sostenibilidad en
condiciones actuales (IS-A) y de escenarios futuros (IS-45 e IS-85) ISP Inventario del
sistema productivo CMI Conjunto miacutenimo de indicadores PCA Anaacutelisis de componentes
principales y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa Los cuadros azules corresponden a
macroprocesos los naranjas a subprocesos y los marroacuten a resultados Fuente El autor
542 Uso de MSEAS en condiciones actuales
La evaluacioacuten de los indicadores siguioacute el mismo procedimiento expuesto en el Numeral 4242
Ademaacutes de los indicadores enunciados en ese numeral (concernientes al cultivo de papa) se evaluoacute
la concentracioacuten de NO3- en la solucioacuten del suelo En cada unidad experimental se instaloacute un
lisiacutemetro de succioacuten a 90 cm de profundidad con el cual se recolectoacute el lixiviado descargado a esa
profundidad Al lixiviado se le midioacute su contenido de NO3- Se realizaron muestreos semanales a lo
largo del ciclo de produccioacuten y se reporta la concentracioacuten promedio
183 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Para definir los indicadores que se incluyeron en el anaacutelisis de sostenibilidad se utilizoacute el meacutetodo
de seleccioacuten de indicadores expuesto en el Numeral 23 e incluido en MSEAS
El anaacutelisis estadiacutestico y los procesos de normalizacioacuten asignacioacuten de ponderadores y agregacioacuten
de indicadores siguieron los procedimientos expuestos en los Numerales 4146 y 4147
respectivamente
543 Uso de MSEAS para la evaluacioacuten de la sostenibilidad futura
5431 Construccioacuten de escenarios de cambio climaacutetico
La liacutenea base de las principales variables climaacuteticas se ajustoacute con los valores proyectados en el aacuterea
de estudio a traveacutes de los escenarios RCP45 y RCP85 (RCP = Representative Concentration
Pathways) Se consideraron los escenarios extremos planteados por IPCC (2013) para el periodo
2041-2070 y 2041-2100 del modelo CCSM4 del Centro Nacional de Investigacioacuten Atmosfeacuterica de
los Estados Unidos (National Center for Atmospheric Research - NCAR) con una resolucioacuten R lt
125deg Este modelo se destaca por su buena capacidad para modelar el clima presente de la regioacuten
de estudio (Mosquera Cundinamarca Colombia) tanto en las variables que describen la
circulacioacuten atmosfeacuterica viento y presioacuten como en la precipitacioacuten y temperaturas a escala anual y
estacional (Rodriguez 2012) Los datos climaacuteticos de referencia (1986 - 2018) se obtuvieron de la
base de datos del Instituto de Hidrologiacutea Meteorologiacutea y Estudios Ambientales de Colombia
(IDEAM) Los datos de referencia y proyectados de CO2 se obtuvieron de la base de datos del
Instituto para la Investgacioacuten del Cambio Climaacutetico Potsdam para los escenarios RCP 45 (Clarke
et al 2007 Smith y Wigley 2006 Wise et al 2009) y RCP 85 (Riahi et al 2007)
5432 Modelacioacuten en DSSAT
Se utilizoacute el modelo SUBSTOR-Potato que pertenece a una familia de modelos de cultivo en
DSSAT-CSM (Numeral 152) Se escogioacute porque ha sido utilizado y calibrado en las condiciones
agroecoloacutegicas donde se desarrolloacute el experimento (Sabana de Bogotaacute Mosquera Centro
Agropecuario Marengo de la Universidad Nacional de Colombia) para el cultivo de papa con la
184 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
variedad Diacol Capiro (Forero y Garzoacuten 2000) Tanto Forero y Garzoacuten (2000) como Rojas
(2011) encontraron correlaciones por encima del 70 entre los datos observados y los simulados
Para correr los modelos en DSSAT se utilizoacute la informacioacuten de los coeficientes geneacuteticos (Tabla
5-1) y el perfil de suelo (Tabla 5-2) reportados por Forero y Garzoacuten (2000) y Ordontildeez y Bolivar
(2014) respectivamente Los coeficientes geneacuteticos fueron reajustados para las condiciones del
experimento mediante el meacutetodo de Enfoque de Estimacioacuten de Incertidumbre de Probabilidad
Generalizada (GLUE) disponible en DSSAT (Jones et al 2011) (Tabla 5-1)
Tabla 5-1 Coeficientes geneacuteticos de la variedad de papa Diacol Capiro estimados por Forero y Garzoacuten
(2000) calibrados por Rojas (2011) y ajustados para este estudio
Coeficiente Unidad Rojas Ajustado
P2 ---- 07 07
TC degC 25 25
PD ---- 07 01
G2 cm2 m-2 diacutea-1 1236 1236
G3 g m-2 diacutea-1 88 88
Doacutende P2 = Sensibilidad al fotoperiodo TC = Temperatura criacutetica PD = Grado de determinancia G2 =
Tasa de expansioacuten maacutexima del aacuterea foliar y G3 = Tasa de crecimiento potencial del tubeacuterculo
Tabla 5-2 Informacioacuten del perfil de suelo ajustada al formato DSSAT Fuente Adaptado de Ordontildeez y
Bolivar (2014)
Taxonomiacutea Typic Hapludands Textura Superficie F
SLB SLMH SLLL SDUL SSAT SRGF SSKS SBDM SLOC SLCL SLSI
30 AP 0325 0431 0807 1000 ND 0820 5300 39480 56270
48 AB 0367 0695 1291 0700 ND 0810 5400 32050 53610
77 BNL 0433 0819 1466 0500 ND 0660 5400 11610 69700
109 BN2 0438 0759 1387 0200 ND 0590 5200 9310 65850
150 2CN 0280 0403 0717 0000 ND 1220 4600 78840 20730
SLB SLCF SLNI SLHW SLHB SCEC
30 0000 0457 5300 -99000 25800
48 0000 0465 5400 -99000 29000
77 0000 0465 5400 -99000 29600
109 0000 0448 5200 -99000 25800
150 0000 0397 4600 -99000 25100
SLB Profundidad del horizonte SLMH Nombre del horizonte SLLL Porcentaje de humedad para el punto
de marchitez permanente (15 bar) SDUL Porcentaje de humedad a capacidad de campo (1 bar) SSAT
Porcentaje de humedad a saturacioacuten (03 bar) SRGF Factor de crecimiento de raiacuteces SSKS Saturacioacuten
hidraacuteulica ND No disponible SBDM Densidad aparente (g cm-3) SLOC Porcentaje de carbono orgaacutenico
SLCL Porcentaje de arcilla SLSI Porcentaje de limo SLCF Fraccioacuten gruesa (gt 2mm) SLNI Porcentaje
de nitroacutegeno total SLHW pH medido en agua SLHB pH en solucioacuten de KCl SCEC Capacidad de
intercambio catioacutenico (cmolc kg-1)
185 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
El principal indicador para el proceso de modelacioacuten es el rendimiento (Yd) debido a que estaacute
asociado con las tres dimensiones de la sostenibilidad por lo que su variacioacuten afecta a un gran
nuacutemero de indicadores ambientales sociales y econoacutemicos Para el proceso de modelacioacuten en
DSSAT el rendimiento estaacute en funcioacuten del cambio climaacutetico (variaciones en temperatura
precipitacioacuten radiacioacuten y CO2) y de la dinaacutemica del carbono y el nitroacutegeno a traveacutes de la
modelacioacuten de la materia orgaacutenica del suelo con el modelo CENTURY (Parton et al 1994)
incluido en DSSAT
Para determinar el ajuste entre los datos observados de rendimiento con los simulados por DSSAT
se utilizaron los estimadores coeficiente de correlacioacuten (r) y cuadrado medio del error (RMSE)
(Smith et al 1997)
5433 Estimacioacuten del iacutendice de sostenibilidad futura (IS-45 e IS-85)
Con los resultados del proceso de simulacioacuten del rendimiento del cultivo en escenarios futuros se
recalcularon todos los indicadores centrales asociados al rendimiento Posteriormente con los
resultados asociados a las condiciones futuras se corrioacute MSEAS De esta forma se estimoacute la
sostenibilidad futura de todos los tratamientos evaluados y se obtuvieron sus iacutendices de
sostenibilidad agriacutecola en condiciones actuales (IS-A) y futuras (IS-45 e IS-85)
55 Resultados y discusioacuten
551 Escenario de cambio climaacutetico
Los escenarios de cambio climaacutetico muestran que en el periodo 2019 - 2100 con respecto al
periodo de referencia (1986 - 2018) la precipitacioacuten en el aacuterea de estudio se incrementaraacute en
promedio 13 y 19 para los escenarios RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2) En
cuanto a la temperatura maacutexima esta aumentaraacute 04 y 09 degC para RCP45 y RCP85
respectivamente La temperatura miacutenima no presentaraacute variaciones significativas mientras que la
radiacioacuten aumentaraacute 13 y 21 Mj m2 diacutea-1 para RCP45 y RCP85 respectivamente (Figura 5-2)
186 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
552 Modelacioacuten en DSSAT
Como se aprecia en la Figura 5-3 se presentoacute un ajuste altamente significativo entre los datos
observados (barras) y los simulados por DSSAT (puntos) con r = 096 RMSE = 297 lo que
concuerda con lo encontrado por Forero y Garzoacuten (2000) y Rojas (2011)
Una vez calibrado el modelo (Figura 5-3) se procedioacute a realizar las simulaciones con los
escenarios de cambio climaacutetico RCP45 y RCP85 Con el fin de conocer la variacioacuten del
rendimiento (Yd) a lo largo del tiempo y de determinar cuaacuteles variables de suelo y clima influyen
maacutes significativamente en esa variacioacuten se estudiaron las variables de suelo y clima que modela
DSSAT En la Figura 5-4 se muestran las tendencias para el tratamiento ldquoControlrdquo escenario
RCP85 (las tendencias son similares para todos los tratamientos y escenarios evaluados) y en la
Tabla 5-3 se muestran los resultados para todos los tratamientos y escenarios El contenido de
carbono orgaacutenico (CO) permaneceraacute estable a lo largo del tiempo y el de nitroacutegeno mineral (NO3-
+ NH4+) (N min) disminuiraacute levemente como respuesta al aumento en la absorcioacuten de nitroacutegeno
por parte de la planta (N abs) estimulada por el incremento de Yd (Tabla 5-3) Zhang et al (2016)
y Yang et al (2013) encontraron que los porcentajes de C y N permaneceraacuten constantes o incluso
aumentaraacuten en el futuro (2100) si se realizan aplicaciones continuas de materia orgaacutenica externa
En este experimento se aplicoacute compost en presiembra por lo que se asume que en el futuro esta
actividad se seguiraacute realizando
Yd aumentaraacute aunque el contenido de CO permaneceraacute constante en el tiempo (Figura 5-4) En
ese sentido Bedrnard et al (2012) y Chen et al (2017) encontraron que el efecto de la aplicacioacuten
de materiales orgaacutenicos y fertilizantes es apreciable principalmente en suelos con bajo nivel de
fertilidad El suelo del presente estudio seguacuten el indicador de calidad de suelo SQPCA tiene un
nivel de fertilidad alto el cual se mantiene a lo largo del tiempo (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla
5-7)
187 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-2 Ciclo anual de precipitacioacuten temperatura maacutexima y miacutenima y radiacioacuten sobre todos los puntos
de rejilla en el Municipio de Mosquera Cundinamarca (Colombia)
0
20
40
60
80
100
120
Precip
ita
cioacute
n (
mm
)
17
18
19
20
21
22
Tem
pera
tura
maacute
xim
a (
degC)
4
5
6
7
8
9
Tem
pera
tura
miacuten
ima
(degC
)
10
12
14
16
18
20
22
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ra
dia
cioacute
n (
Mj
m-2
diacutea
-1)
Mes
Actual RCP 45 RCP 85
188 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-3 Resultados observados (barras) y simulados por DSSAT (punto) para el indicador rendimiento
(Yd) en el escenario actual
Tabla 5-3 Rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (CO) nitroacutegeno mineral (NO3- + NH4
+ - Nmin) y nitroacutegeno
absorbido (Nabs) para los escenarios RCP 45 y 85 en los periodos 2016-2040 2041-2070 y
2071-2100 = Porcentaje de variacioacuten (+ = incremento - = reduccioacuten) con respecto al periodo
2016-2040
Trat
2016 - 2040 2041 - 2070 2071 - 2100
Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs Yd CO Nmin Nabs
Mg ha-1
RC
P 4
5 Control 349 2750 035 049 398 14 2750 00 034 -35 051 34 424 21 2749 00 034 -44 052 60
As 329 2750 021 040 380 15 2750 00 020 -49 041 17 409 24 2749 00 020 -63 042 47
AsSp 360 2751 017 041 411 14 2750 00 017 -26 041 19 439 22 2749 -01 017 -37 043 49
AsSp25 324 2750 016 038 376 16 2750 00 015 -21 039 18 404 25 2749 00 015 -34 040 47
AsSp50 315 2751 015 036 370 17 2750 00 014 -17 036 24 400 27 2749 00 014 -32 038 54
RC
P 8
5
Control 353 2751 035 049 411 16 2748 -01 034 -39 052 63 447 27 2746 -02 033 -71 054 96
As 330 2751 021 040 392 19 2749 -01 020 -50 043 60 429 30 2746 -02 019 -87 044 99
AsSp 362 2752 017 040 424 17 2749 -01 017 -23 043 63 460 27 2747 -02 016 -36 044 98
AsSp25 325 2752 016 038 389 20 2749 -01 015 -19 040 62 426 31 2747 -02 015 -33 042 105
AsSp50 317 2752 015 035 381 20 2749 -01 014 -16 038 64 423 34 2747 -02 014 -26 039 110
Como se aprecia en la Figura 5-5 se preveacute un incremento considerable en la concentracioacuten de
CO2 atmosfeacuterico sobre todo para el RCP85 Este incremento tiene una relacioacuten altamente
significativa con el aumento en Yd (Figura 5-4) Como lo exponen Fleischer et al (2008 y 2013)
el aumento de la concentracioacuten de CO2 atmosfeacuterico generan una mayor produccioacuten de tubeacuterculos
Las diferencias en Yd entre los RCP45 y RCP85 no son tan significativas (Tabla 5-3) si se
comparan con las diferencias en la concentracioacuten de CO2 (Figura 5-5) con un incremento
promedio del 36 y 74 respectivamente con respecto al periodo de referencia (Actual Figura
5-5) Al respecto Raymundo et al (2017) manifiestan que el modelo SUBSTOR-Potato subestima
el efecto del CO2 sobre Yd estimando rendimientos inferiores a los observados
0
10
20
30
40
TC As AsSplit AsSp25 AsSp50
Yd
( M
g h
a-1
)
Tratamiento
189 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-4 Variacioacuten del rendimiento (Yd) carbono orgaacutenico (OC) nitroacutegeno mineral (NO3
- + NH4+ - N
Min) mineralizacioacuten neta de nitroacutegeno (N mnrlz) absorcioacuten de nitroacutegeno (N abs) temperatura
maacutexima (T max) y CO2 a lo largo del tiempo (2016 - 2100) para el escenario RCP 85 Los
datos mostrados estaacuten normalizados para facilitar su visualizacioacuten y comparacioacuten
Los aumentos en la temperatura y radiacioacuten (Figura 5-2) pueden promover una mayor produccioacuten
de biomasa siempre y cuando los requerimientos hiacutedricos de las plantas sean satisfechos y no se
superen los liacutemites fisioloacutegicos establecidos sobre todo de temperatura (Kleinwechter et al 2016
Lizana et al 2016) En este estudio de caso la variedad de papa Diacol Capiro se adapta a
ambientes entre los 2000 y 3500 msnm con temperaturas promedio entre los 18 y 24 degC (Porras y
Herrera 2015) Seguacuten las simulaciones en el futuro la temperatura en el aacuterea de estudio
permaneceraacute dentro del rango adecuado para el desarrollo del cultivo y se preveacuten incrementos en la
precipitacioacuten (Figura 5-2) Estos resultados son consistentes con lo expuesto por Raymundo et al
(2018) quienes manifiestan que en las zonas montantildeosas de las regiones tropicales (como en la
regioacuten donde se llevoacute a cabo el estudio) se preveacuten incrementos en el rendimiento en las proacuteximas
deacutecadas aunque contrastan con los resultados encontrados por diversos autores quienes afirman
que en sus regiones se preveacuten disminuciones en los rendimientos por cuenta del cambio climaacutetico
(Adavi et al 2018 Kumar et al 2015 Sparks et al 2014 Daccache et al 2012) Estas
predicciones pesimistas obedecen a que se espera una menor eficiencia hiacutedrica al reducirse las
precipitaciones a que se incrementa la temperatura por encima del umbral oacuteptimo o a que se
utilizan modelos que no incluyen el efecto del CO2 atmosfeacuterico
06
07
08
09
10
Antildeo
Yd OC N Min N mnrlz N abs CO2
2016 2100
190 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Figura 5-5 Variacioacuten del CO2 atmosfeacutericoa lo largo del tiempo Actual (1971 - 2019) y RCP 45 y 85
(2020 - 2100)
553 Definicioacuten del Conjunto Miacutenimo de Indicadores (CMI)
Indicadores centrales seleccionados
Los resultados son muy similares para todos los escenarios evaluados (Actual RCP45 y RCP85)
En la dimensioacuten ambiental existen correlaciones muy altamente significativas entre todos los
indicadores de los atributos relacioacuten suelo-agua y relacioacuten suelo-atmoacutesfera En el atributo relacioacuten
suelo-planta se aprecia una correlacioacuten muy altamente significativa entre los indicadores S-Pr y W-
kg pues tanto el uso de la tierra como el consumo de agua estaacuten relacionados con la produccioacuten es
decir cuanta aacuterea de terreno y cuaacutenta agua se requieren para producir un kg de papa En este
experimento todas las unidades experimentales independiente del tratamiento aplicado tuvieron
la misma aacuterea y se les aplicoacute la misma cantidad de agua El indicador N-kg no presentoacute correlacioacuten
con los demaacutes indicadores de este atributo (Anexos Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) ya que a
diferencia de S-Pr y W-kg entre tratamientos se aplicaron cantidades diferentes de N lo que
sugiere que en este estudio el aumento en la produccioacuten no tuvo relacioacuten con la cantidad de N
aplicado
Para la dimensioacuten social las correlaciones maacutes altamente significativas se presentan entre JC y JA
para el atributo generacioacuten de empleo y entre ELB y ELB(45) para salud humana (Anexos Tabla
0
250
500
750
1000
CO
2(p
pm
)
Antildeo
Actual RCP 45 RCP 85
1971 2019
2050 2100
Actual
RCP
191 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) No existe correlacioacuten entre Yd y PCat lo cual sugiere que en este
experimento el aumento de la produccioacuten no siempre genera un incremento en la calidad
Los anaacutelisis de varianza y comparacioacuten de los indicadores presentaron muchas similitudes entre los
tres escenarios al igual que con la correlacioacuten En el escenario actual el indicador de calidad del
suelo SQW fue el uacutenico indicador que no presentoacute diferencias significativas (Tabla 5-5) Lo mismo
ocurrioacute para los indicadores W-kg Yd y JC en los escenarios RCP45 y RCP85 (Tabla 5-6 y
Tabla 5-7 respectivamente)
El suelo donde se llevoacute a cabo el experimento tiene un nivel de fertilidad alto que implica que la
planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas pues se obtienen
buenos rendimientos con pocos aportes Sumado a esto los incrementos en CO2 atmosfeacuterico
radiacioacuten precipitacioacuten temperatura y el adecuado manejo del agua que se le da al cultivo se
traduce en un alto nivel de sostenibilidad del sistema al incrementarse el rendimiento del cultivo y
mantener las emisiones de nitroacutegeno al aire y al agua en niveles bajos a lo largo del tiempo
De acuerdo con el puntaje obtenido a partir de los criterios de seleccioacuten mostrados en la Tabla 5-4
para la dimensioacuten ambiental se definieron como indicadores centrales SQPCA (atributo calidad del
suelo) N-kg (atributo relacioacuten auelo-planta) NO3- (atributo relacioacuten suelo-agua) y GWP (atributo
relacioacuten suelo-atmoacutesfera) con 091 078 079 y 073 puntos respectivamente Para los escenarios
RCP45 y RCP85 se escogioacute el indicador eutrofizacioacuten (EP)
En la dimensioacuten social se escogieron como indicadores centrales PCat (atributo seguridad
alimentaria) JC (atributo generacioacuten de empleo) y ELB (atributo salud humana) con 079 068 y
067 puntos respectivamente En los escenarios RCP 45 y 85 el atributo generacioacuten de empleo no
tuvo representante debido a que su uacutenico indicador JC no presentoacute diferencias significativas En
estos escenarios se escogioacute HT en representacioacuten del atributo salud humana por alcanzar el mayor
puntaje (071) (Tabla 5-4)
En cuanto a la dimensioacuten econoacutemica se escogieron como indicadores centrales VC (atributo
egresos) IV (atributo inversioacuten) NI (atributo ingresos) y BC (atributo rentabilidad) con 077
064 081 y 077 puntos respectivamente En el escenario RCP85 se escogioacute a GI en
representacioacuten del atributo ingresos debido a que NI no presentoacute diferencias significativas (Tabla
5-4)
192 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-4 Seleccioacuten de indicadores para los escenarios actual (antildeo 2016) RCP45 y RCP85 (periodo 2041
- 2070)
Atributo Ind Base RCP45 RCP85
Tt Wk Tt Wk Tt Wk
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 081
022
081
018
081
018 SQSA 079 079 079
SQW 000 079 079
SQPCA 091 091 091
Rel suelo-planta
LU 068
026
072
027
072
027 W-kg 000 000 000
N-kg 078 078 078
Rel suelo-agua
FWT 000
027
000
027
000
027 MWT 000 000 000
EP 071 075 075
NO3 079 --- ---
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 000
026
000
027
000
027 GWP 073 073 073
OLD 000 000 000
Dimensioacuten social
Seguridad alimentaria Yd 077
033 000
050 000
050 PCat 079 079 079
Generacioacuten empleo JC 068 035 000 --- 000 ---
Salud humana
ELB 067
032
054
050
054
050 ELB(45) 000 067 067
PO 000 000 000
HT 067 071 071
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 077
025 077
025 077
025 FC 064 064 064
Inversioacuten IV 064 021 064 021 064 021
Ingresos GI 000
027 000
027 067
027 NI 081 081 000
Rentabilidad
BC 077
027
077
027
077
027
NPV 000 000 000
ORO 000 000 000
IRR 069 069 069
BPQ 075 075 075
BPP 065 061 065
Doacutende Wk = Ponderador Ind = Indicador Tt = Puntuacioacuten total y RCP = Viacutea de concentracioacuten representativa
554 Estimacioacuten de Iacutendices de Sostenibilidad (IS)
5541 Comparacioacuten entre tratamientos
El objetivo de realizar la aplicacioacuten fraccionada de fertilizantes es aportar los nutrientes en el
momento y cantidad apropiados evitando al maacuteximo su peacuterdida Tradicionalmente en el cultivo
193 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
de papa en Colombia el aporte de fertilizantes se hace durante dos momentos del ciclo en pre
siembra y al aporque o deshierba (Guerrero 1998) En cada aplicacioacuten se suministra una gran
cantidad de fertilizante cuyos nutrientes pueden llegar a perderse por volatilizacioacuten fijacioacuten o
lixiviacioacuten De acuerdo con Guerrero (1998) el efecto de las eacutepocas de aplicacioacuten y del
fraccionamiento del fertilizante depende de factores como la variedad el ciclo de cultivo la
distribucioacuten de los estolones y las raiacuteces y el reacutegimen de precipitacioacuten
Tabla 5-5 Resultados de la evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el
escenario actual Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos
(Tuckey Plt 005) n=20 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 a 068 a 070 a 071 a 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0310 ab 0320 ab 0294 a 0326 ab 0343 b
W-kg 10932 ab 11251 ab 10349 a 11476 ab 12072 b
N-kg 906 d 478 c 440 bc 366 b 256 a
Rel suelo-agua
FWT 0040 d 0020 c 0018 c 0015 b 0011 a
MWT 15438 d 7697 c 7082 c 5889 b 4130 a
EP 41E-04 d 19E-04 c 17E-04 bc 15E-04 b 10E-04 a
NO3 1722 e 1437 d 1101 c 819 b 643 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 24E-03 d 11E-03 c 10E-03 bc 85E-04 b 60E-04 a
GWP 84E-01 d 39E-01 c 36E-01 bc 30E-01 b 21E-01 a
OLD 53E-08 d 26E-08 c 24E-08 bc 20E-08 b 14E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 325 ab 315 ab 341 a 309 ab 296 b
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 98 ab 97 a 105 b 99 ab 96 a
Salud Humana
ELB 301 a 301 b 302 e 302 d 302 c
ELB(45) 013 a 013 b 014 e 014 d 014 c
PO 710E-05 d 371E-05 c 341E-05 bc 284E-05 b 199E-05 a
HT 029 d 014 c 013 bc 011 b 008 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 195 d 163 c 171 c 150 b 132 a
FC 199 b 192 a 193 a 191 a 190 a
Inversioacuten IV 1282 b 1031 a 1032 a 1028 a 1024 a
Ingresos GI 6992 ab 6934 ab 7818 a 7116 ab 6601 b
NI 3051 b 3387 ab 4184 a 3706 ab 3377 ab
Rentabilidad
BC 176 b 194 ab 213 a 207 a 203 a
NPV 5402 b 6109 ab 7607 a 6709 ab 6091 ab
ORO 043 b 048 ab 053 a 052 a 051 a
IRR 539 b 756 ab 933 a 836 a 762 ab
BPQ 55741 c 48406 b 47597 ab 46806 ab 45061 a
BPP 54343 b 49979 ab 46777 ab 49113 ab 48917 a
Con respecto a la dimensioacuten ambiental el tratamiento AsSp50 generoacute la mayor calidad de suelo en
condiciones actuales y la generariacutea en escenarios de cambio climaacutetico AsSp generariacutea una mejor
194 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
relacioacuten suelo produccioacuten (S-Pr) y un mejor uso del agua (W-kg) en los tres escenarios gracias a
su mayor produccioacuten por unidad de aacuterea (Yd) aunque ocupoacute el tercer lugar en cuanto a cantidad de
nitroacutegeno consumido por kilogramo producido (N-kg) Aunque AsSp aportoacute los fertilizantes de
manera fraccionada aplicoacute una mayor cantidad de N con respecto a AsSp50 que fue el tratamiento
que mejor utilizoacute el N con respecto a la cantidad de papa cosechada Este tratamiento (AsSp50)
mostroacute los mejores resultados para los demaacutes indicadores evaluados en la dimensioacuten ambiental
siendo el que menor impacto ambiental negativo generariacutea al agua y a la atmoacutesfera (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
En cuanto a la dimensioacuten social en el escenario actual el tratamiento con el mayor rendimiento
(Yd) fue AsSp seguido muy de cerca por Control As y AsSp25 que no presentaron diferencias
significativas entre ellos AsSp50 generoacute el menor Yd No obstante a pesar del rendimiento la
cantidad de papa de primera categoriacutea (PCat) no mostroacute la misma tendencia siendo AsSp25 el que
obtuvo el mayor porcentaje para los tres escenarios Esto concuerda con lo mostrado por la matriz
de correlacioacuten donde se evidencia que Yd y PCat tuvieron una baja correlacioacuten (-027) (Anexos
Tabla 5-8 Tabla 5-9 y Tabla 5-10) Esto sugiere que una mayor produccioacuten no estaacute relacionada
con una mayor calidad Vale la pena recordar que en este experimento la calidad del tubeacuterculo solo
se midioacute en teacuterminos de su tamantildeo
En el escenario actual ldquoControlrdquo mostroacute los mejores resultados para generacioacuten de empleo lo que
en el contexto de este trabajo significa que requirioacute el menor nuacutemero de jornales (Tabla 5-5) Esto
es paradoacutejico si se tiene en cuenta que los trabajadores van a preferir una mayor generacioacuten de
empleo Sin embargo si la mano de obra se incrementa lo mismo ocurre con los costos de
produccioacuten Esto volveriacutea insostenible el sistema productivo pues los ingresos no cubririacutean los
costos o se tendriacutea que incrementar el precio de venta lo que impactariacutea directamente a los
consumidores muchos de ellos con escasos recursos econoacutemicos Control tambieacuten mostroacute los
mejores resultados en cuanto a esfuerzo laboral (ELB y ELB(45)) para los tres escenarios (Tabla 5-5
Tabla 5-6 y Tabla 5-7) Al aplicar una menor cantidad de fertilizantes (menor cantidad de
mezclas) en una menor frecuencia (menor cantidad de aplicaciones manuales) comparado con los
demaacutes tratamientos ldquoControlrdquo generoacute una menor cantidad de actividades dentro de este grupo de
indicadores No obstante al aplicar una mayor cantidad de nutrientes con un menor
fraccionamiento generoacute el mayor impacto en la salud humana representada por los indicadores
(PO y HT) siendo AsSp50 el que menor impacto generoacute (Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7)
Debido a fenoacutemenos de fijacioacuten lixiviacioacuten y volatilizacioacuten la fertilizacioacuten en papa generalmente
195 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
tiene una eficiencia baja 10 a 20 para foacutesforo (P) y 30 a 50 para nitroacutegeno (N) y potasio (K)
(Barrera 1998)
Tabla 5-6 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
45 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0250 ab 0258 ab 0240 a 0261 ab 0275 b
W-kg 8791 a 9088 a 8454 a 9180 a 9687 a
N-kg 728 d 386 c 359 bc 293 b 206 a
Rel suelo-agua
FWT 0032 d 0016 c 0015 c 0012 b 0009 a
MWT 12413 d 6218 c 5785 b 4711 b 3314 a
EP 33E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 12E-04 b 82E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 19E-03 d 90E-04 c 84E-04 bc 68E-04 b 48E-04 a
GWP 68E-01 d 32E-01 c 29E-01 bc 24E-01 b 17E-01 a
OLD 43E-08 d 21E-08 c 19E-08 bc 16E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 404 a 390 a 418 a 387 a 368 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 112 a 110 a 118 a 112 a 109 a
Salud Humana
ELB 30314 a 30349 a 30455 b 30461 b 30458 b
ELB(45) 01082 a 01131 b 01180 e 01225 d 01248 c
PO 571E-05 d 300E-05 c 279E-05 bc 227E-05 b 160E-05 a
HT 023 d 011 c 011 bc 009 b 006 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 210 d 177 c 185 c 164 b 146 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1035 a 1031 a 1027 a
Ingresos GI 8710 ab 8593 ab 9525 a 8897 ab 8233 b
NI 4612 b 4897 ab 5739 a 5333 ab 4865 ab
Rentabilidad
BC 211 b 230 ab 250 a 247 a 242 a
NPV 8337 b 8948 ab 10531 a 9768 ab 8890 ab
ORO 053 b 057 ab 060 a 060 a 059 a
IRR 809 b 1085 ab 1274 a 1193 a 1090 ab
BPQ 51536 c 45796 b 45468 b 44530 ab 43225 a
BPP 45234 a 41910 ab 39936 a 40933 ab 40875 ab
Se estima que en producciones de papa de bajo rendimiento la liberacioacuten anual de N-N2O es de 8
Kg ha-1 y para producciones de mayor intensidad es de 16 Kg ha-1 la cual es maacutes alta que para
muchos otros cultivos (Ruser et al 1998) Al aplicar una menor cantidad de fertilizante y de forma
fraccionada se disminuye la emisioacuten de N al ambiente Burton et al (2008) encontraron que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten en papa disminuiacutea substancialmente las emisiones de N2O al
ambiente sobre todo en tiempo de alta precipitacioacuten Aunque Peacuterez et al (2008) encontraron un
menor rendimiento y calidad de tubeacuterculos de papa criolla (Solanum phureja) cuando se
196 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
fraccionaba la fertilizacioacuten (N-P-K-Mg) en dos aplicaciones (como se hace tradicionalmente en
Colombia) comparado con una sola aplicacioacuten del fertilizante requerido en presiembra Asiacute
mismo Kuisma (2002) encontroacute que hubo un mayor rendimiento cuando se aplicoacute el 100 del N
al momento de la siembra comparado con el aporte fraccionado A pesar de esto Antildeez y Espinosa
(2006) encontraron que los rendimientos de tubeacuterculos de papa fueron superiores con los
tratamientos de aplicacioacuten de N y K de forma fraccionada Papadopoulos (1988) encontroacute que el
fraccionamiento de la fertilizacioacuten mediante el uso de la fertirrigacioacuten en el cultivo de papa permite
mantener el N en niveles adecuados para la planta aumentando asiacute el rendimiento y disminuyendo
las peacuterdidas por lixiviacioacuten Del mismo modo Battilani et al (2008) concluyeron que el aporte
fraccionado del N mediante el uso de fertirriego permite aumentar la eficiencia de uso de N en el
cultivo de papa Todo lo anterior indica que auacuten no hay consenso sobre la cantidad adecuada de
aplicaciones de fertilizantes en el cultivo de papa
Con respecto a la dimensioacuten econoacutemica AsSp50 requirioacute un menor gasto de dinero tanto en
inversioacuten (IV) como en costos fijos (FC) y variables (VC) En contraste en el tratamiento
ldquoControlrdquo se invirtioacute la mayor cantidad de dinero en estos rubros Se debe tener en cuenta que el
22 de los costos totales del tratamiento Control fue destinado a fertilizantes mientras que para
AsSp50 se destinoacute el 86 (datos no mostrados) lo cual explica estas diferencias AsSp obtuvo los
mayores ingresos brutos (GI) y netos (NI) cuya magnitud fue suficiente para que contrarrestaraacute los
costos de produccioacuten y generaraacute los mejores indicadores de rentabilidad en los tres escenarios
(Tabla 5-5 Tabla 5-6 y Tabla 5-7) En ese sentido seguacuten Fedepapa y el Ministerio de Ambiente
y Desarrollo Territorial (2004) el rubro maacutes importante en la lista de costos de produccioacuten de papa
en Colombia es el de fertilizacioacuten (fertilizantes minerales abonos y correctivos) con 2116
seguido de mano de obra (1918) plaguicidas (1449) y semilla (1167)
5542 Sostenibilidad de los tratamientos evaluados
Con base en los resultados del anaacutelisis de componentes principales (PCA) se puede apreciar que
en la dimensioacuten ambiental para los tres escenarios el atributo calidad del suelo tiene el menor
peso (Wk) (Tabla 5-4) Esto se debe a que un solo indicador (SQPCA) evaluado en este atributo
mostroacute diferencias altamente significativas entre todos los tratamientos (Tabla 5-5 Tabla 5-6
Tabla 5-7) Algo similar ocurrioacute en la dimensioacuten social para el escenario actual en donde el
atributo salud humana tiene el menor Wk En esta misma dimensioacuten para los escenarios RCP45 y
RCP85 el atributo generacioacuten de empleo no se le asignoacute Wk debido a que ninguacuteno de sus
197 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
indicadores mostroacute diferencias significativas (Tabla 5-6 Tabla 5-7) En la dimensioacuten econoacutemica
se asignoacute el valor mas bajo de Wk al atributo inversioacuten (INV) (Tabla 5-4) por presentar
diferencias significativas en un solo tratamiento (Control) (Tabla 5-5 Tabla 5-6 Tabla 5-7)
Tabla 5-7 Evaluacioacuten de los indicadores para cada dimensioacuten por cada tratamiento para el escenario RCP
85 Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entre tratamientos (Tuckey Plt
005) n=15 Indicadores resaltados corresponden a los indicadores centrales
Atributo Indicador Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Dimensioacuten ambiental
Calidad del suelo
SQSMAF 085 b 095 a 088 b 096 a 096 a
SQSA 039 b 043 ab 046 a 046 a 046 a
SQWP 068 b 068 ab 070 ab 071 ab 071 a
SQPCA 075 d 076 cd 079 bc 081 ab 084 a
Rel suelo-planta
LU 0242 ab 0250 ab 0233 a 0252 ab 0267 b
W-kg 8518 a 8809 a 8211 a 8878 a 9403 a
N-kg 706 d 374 c 349 bc 283 b 200 a
Rel suelo-agua
FWT 0031 d 0015 c 0014 c 0012 b 0008 a
MWT 12026 d 6025 c 5612 c 4554 b 3218 a
EP 32E-04 d 15E-04 c 14E-04 bc 11E-04 b 80E-05 a
Rel suelo-atmoacutesfera
AP 18E-03 d 87E-04 c 81E-04 bc 66E-04 b 47E-04 a
GWP 66E-01 d 31E-01 c 28E-01 bc 23E-01 b 16E-01 a
OLD 42E-08 d 20E-08 c 19E-08 bc 15E-08 b 11E-08 a
Dimensioacuten social
Seguridad Alimentaria Yd 417 a 403 a 430 a 400 a 380 a
PCat 0672 c 0708 bc 0770 ab 0801 a 0748 abc
Generacioacuten Empleo JC 114 a 112 a 120 a 115 a 111 a
Salud Humana
ELB 30307 a 30342 a 30446 b 30452 b 30450 b
ELB(45) 01060 a 01109 b 01158 e 01200 d 01225 c
PO 225E-01 d 111E-01 c 104E-01 bc 842E-02 b 595E-02 a
HT 000 d 000 c 000 bc 000 b 000 a
Dimensioacuten econoacutemica
Egresos VC 212 d 179 c 188 c 167 b 148 a
FC 200 b 193 a 193 a 192 a 191 a
Inversioacuten IV 1285 b 1034 a 1036 a 1032 a 1028 a
Ingresos GI 8989 ab 8866 ab 9807 a 9199 ab 8483 b
NI 4865 a 5145 a 5997 a 5609 a 5092 a
Rentabilidad
BC 216 b 236 ab 255 a 254 a 248 a
NPV 8813 b 9414 ab 11016 a 10288 ab 9316 ab
ORO 054 b 058 ab 061 a 061 a 060 a
IRR 853 b 1138 ab 1331 a 1254 a 1139 ab
BPQ 51064 a 45491 b 45202 b 44256 bc 43023 c
BPP 44089 a 40878 ab 39026 b 39860 ab 39918 ab
Como se aprecia en la Figura 5-6 para los tres escenarios AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad
ambiental y econoacutemica mientras que ldquoControlrdquo generoacute la mayor sostenibilidad social Al
equilibrar las tres dimensiones AsSp50 generoacute la mayor sostenibilidad con IS-A = 090 IS-45 =
088 e IS-85 = 088 esto a pesar de que este tratamiento generoacute el menor rendimiento (Yd) En ese
sentido es necesario recordar dos hechos 1) el impacto ambiental estimado mediante LCA basa
sus caacutelculos a partir de la produccioacuten de un kg de papa fresca y 2) los ingresos brutos (GI)
198 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
provienen de la venta del producto cosechado por ende entre maacutes produccioacuten por unidad de aacuterea
(Yd) maacutes ingresos Esto explica porque Yd interactuacutea con muchos indicadores ambientales
sociales y econoacutemicos No obstante como se pudo evidenciar generar el mayor rendimiento no
asegura la mayor sostenibilidad del sistema
Figura 5-6 Indices de sostenibilidad (IS) entre tratamientos Letras iguales indican que no hay diferencias
significativas entre tratamientos (Tukey Plt 005) n=15
Los anaacutelisis de sostenibilidad evaluacutean la interaccioacuten de las dimensiones social ambiental y
econoacutemica como un todo daacutendole la misma importancia a cada dimensioacuten Cada una de esas
dimensiones evaluacutea indicadores que no se asocian directamente con el rendimiento Por ejemplo
aunque Control mostroacute un buen rendimiento presentoacute el maacutes bajo porcentaje de papa de primera
categoriacutea y los maacutes altos costos de produccioacuten por lo que se ubicoacute en el uacuteltimo lugar en cuanto a
sostenibilidad econoacutemica Tambieacuten al utilizar una mayor cantidad de fertilizante generoacute un mayor
impacto ambiental mientras que AsSp50 que fue el tratamiento con menor rendimiento tuvo los
menores costos de produccioacuten al utilizar una menor cantidad de fertilizantes lo que le sirvioacute para
convertirse en el mejor tratamiento de la dimensioacuten ambiental Estos resultados son prometedores
e
dc
b
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
00
02
04
06
08
10
IS
Ambientala a a
a a
d
c c
b
a
d
cc
b
a
Social
b
aab a a
b
a a a a
b
a aa a
00
02
04
06
08
10
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
IS
Econoacutemico
Actual RCP 45 RCP 85
e
d cb
a
d
c c
b
a
d
c c
b
a
Control As AsSp AsSp25 AsSp50
Total
199 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
si se tiene en cuenta que la papa es uno de los cultivos con mayor consumo de fertilizantes por
unidad de superficie en las zonas friacuteas de Cundinamarca y Boyacaacute en Colombia En condiciones
comerciales se aplican dosis que oscilan entre 1000 y 2000 kg ha-1 de fertilizantes compuestos
(Barrera 1998)
56 Conclusiones
En el estudio de caso que se abordoacute en este trabajo en el cual se modeloacute el comportamiento del
rendimiento del cultivo de papa bajo diferentes tratamientos de fertilizacioacuten y escenarios de
cambio climaacutetico se aprecia que las diferencias en rendimiento entre tratamientos se hacen menos
significativas en el futuro pese a que todos los tratamientos tienden a generar una mayor
produccioacuten A pesar de este nuevo panorama el resultado del anaacutelisis de sostenibilidad arroja los
mismos resultados en el presente y en el futuro siendo el tratamiento con la menor aplicacioacuten de
fertilizante de forma fraccionada el mas sostenible a lo largo del tiempo Estos resultados sugieren
que las praacutecticas de manejo integrado de la fertilizacioacuten como construir y aplicar la foacutermula de
fertilizacioacuten de acuerdo con las propiedades del suelo y los requerimientos nutricionales y
fenologiacutea de la planta generan una mayor sostenibilidad del sistema de produccioacuten de papa
200 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
ANEXOS Capiacutetulo 5
Tabla 5-8 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario actual
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP NO3 AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 061
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ 053
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 072 01 10 10 10 ϯ 061
NO3 072 072 072 03 10 10 10 069
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 028 07 20 20 10 ϯ 067
PCat 028 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10 058
S Hm
ELB 100 075 075 02 10 10 10 ϯ 057
ELB(45) 100 075 076 02 10 10 10 ϯ
PO 075 075 100 02 10 10 10 ϯ 055
HT 075 076 100 02 10 10 10 ϯ 057
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 062 04 20 20 10 ϯ 067
FC 062 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 094 01 10 10 10 ϯ
NI 094 01 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 095 099 094 081 095 01 10 10 05 072
NPV 095 094 092 062 094 01 20 20 10 064
ORO 099 094 091 083 094 01 10 10 05
IRR 094 092 091 079 092 01 10 10 05 064
BPQ 081 062 083 079 077 02 20 20 10 065
BPP 095 094 094 092 077 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
201 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-9 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 45
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 007 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 007 05 20 20 07 ϯ
N-kg 007 007 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10 ϯ
PCat 029 07 20 20 10 ϯ 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 ϯ 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ
NI 096 00 10 10 10 ϯ 071
Rtbl
BC 092 100 092 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 055 092 02 20 20 10 064
ORO 100 091 090 082 094 01 10 10 05
IRR 092 088 090 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 055 082 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 094 091 075 01 10 10 05 056
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
202 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Tabla 5-10 Algoritmo para calcular el criterio de seleccioacuten de correlacioacuten (CrLc) en el escenario RCP 85
Atrib Ind Matriacutez de correlacioacutensect FS
sumCS 1 2 3 N
Dimensioacuten ambiental
SQSMAF SQSA SQW SQPCA LU W-kg N-kg FWT MWT EP AP GWP OLD
SQ
SQSMAF 044 058 051 05 40 40 10 071
SQSA 044 073 046 05 30 30 08 071
SQW 058 073 061 04 30 30 08 071
SQPCA 051 046 061 05 40 40 10 081
Slo-Plt
LU 100 008 05 20 20 07 ϯ 066
W-kg 100 008 05 20 20 07 ϯ
N-kg 008 008 09 30 30 10 068
Slo-Ag
FWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
MWT 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
EP 100 100 00 10 10 10 ϯ 065
Slo-At
AP 100 100 00 10 10 10 ϯ 059
GWP 100 100 00 10 10 10 ϯ 063
OLD 100 100 00 10 10 10 ϯ 055
Dimensioacuten social
Yd PCat JC ELB ELB(45) PO HT
S Alm Yd 029 07 20 20 10
PCat 029 07 20 20 10 069
G Epl JC --- --- --- 10
S Hm
ELB 085 072 072 02 10 10 03 044
ELB(45) 085 048 048 04 30 30 10 057
PO 072 048 100 03 20 20 07 059
HT 072 048 100 03 20 20 07 061
Dimensioacuten econoacutemica
VC FC IV GI NI BC NPV ORO IRR BPQ BPP
Egr VC 061 04 20 20 10 ϯ 067
FC 061 04 20 20 10 ϯ 054
Invr IV --- --- --- 10 054
Ingr GI 096 00 10 10 10 ϯ 057
NI 096 00 10 10 10 ϯ
Rtbl
BC 092 100 091 080 094 01 10 10 05 072
NPV 092 091 088 054 092 02 20 20 10 069
ORO 100 091 089 081 093 01 10 10 05
IRR 091 088 089 079 091 01 10 10 05 064
BPQ 080 054 081 079 075 03 20 20 10 065
BPP 094 092 093 091 075 01 10 10 05 060
Atrib Atributos SQ Calidad del suelo Slo-Plt Relacioacuten suelo-planta Slo-Ag Relacioacuten suelo-agua Slo-At Relacioacuten
suelo-atmoacutesfera S Alm Seguridad alimentaria G Empl Generacioacuten de empleo S Hm Salud humana Egr Egresos
Invr Inversioacuten Ingr Ingresos Rtbl Rentabilidad
Conclusiones generales
Existe un considerable nuacutemero de herramientas que permiten evaluar la sostenibilidad de
diferentes sistemas de produccioacuten agriacutecola MSEAS es comuacuten a estas en cuanto al uso de
indicadores y el proceso de normalizacioacuten ponderacioacuten y agregacioacuten No obstante MSEAS posee
cinco caracteriacutesticas que la hace diferente 1) Estaacute orientada a escala de parcela o unidad
experimental mientras que las demaacutes se utilizan a partir de escala de finca especiacuteficamente
MSEAS se utiliza para evaluar tratamientos dentro de un experimento aplicado 2) Evalua la
sostenibilidad de las actividades orientadas al manejo del suelo o con injerencia en este recurso
natural En ese sentido la dimensioacuten ambiental de MSEAS esta dividida en atributos que
relacionan al suelo con la planta el agua y la atmoacutesfera 3) MSEAS parte de un marco de seleccioacuten
de indicadores que da eacutenfasis a procesos cuantitativos mientras que las demaacutes herramientas
seleccionan los indicadores a partir de paraacutemetros principalmente subjetivos 4) MSEAS se adapta
para evaluar la sostenibilidad de los sistemas de produccioacuten en condiciones actuales o ante posibles
condiciones futuras y 5) A partir de la construccioacuten de un inventario del sistema productivo para
cada unidad experimental MSEAS incluye un importante nuacutemero de indicadores Algunos de
estos pueden estimarse mediante herramientas de modelacioacuten y simulacioacuten como LCA (Life Cicle
Assessment) y DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer)
Con el uso de MSEAS se evidencioacute que las evaluaciones de sostenibilidad como una integracioacuten
multidimensional dentro de los sistemas de produccioacuten agriacutecola son un mecanismo eficaz para
evaluar diferentes alternativas o actividades agriacutecolas relacionadas con el manejo del suelo y
definir cuaacutel es mas viable ambiental econoacutemica y socialmente El uso de MSEAS mostroacute que en
investigacioacuten aplicada para designar un tratamiento como ldquoel mejorrdquo se debe hacer sobre la base
de su sostenibilidad pues cuando solo se tienen en cuenta unas pocas variables y la recomendacioacuten
se hace basada simplemente en los resultados teacutecnicos se pueden generar sesgos al no tener en
cuenta coacutemo el tratamiento recomendado afectariacutea el entorno ambiental social y econoacutemico de los
productores Los resultados de los anaacutelisis de sostenibilidad de los diferentes experimentos
mostraron falencias que probablemente no se visibilizan sin la ayuda de este tipo de anaacutelisis Se
204 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
identificoacute por ejemplo que el uso de abonos orgaacutenicos no asegura un incremento en la
sostenibilidad ambiental
Al hacer la evaluacioacuten de sostenibilidad con MSEAS los resultados pueden contradecir las
presunciones que se hacen en campo En el experimento de evaluacioacuten de foacutermulas de fertilizacioacuten
orgaacutenico-mineral en tomate el tratamiento donde se utilizoacute uacutenicamente fuentes de siacutentesis quiacutemica
alcanzoacute el mayor nivel de sostenibilidad En el experimento de fraccionamiento de la fertilizacioacuten
en papa el tratamiento que obtuvo el menor rendimiento generoacute la mayor sostenibilidad del
sistema productivo En el experimento de rotacioacuten la secuencia papa-papa-avena generoacute la mayor
sostenibilidad mientras que papa-arveja-papa obtuvo el menor nivel de sostenibilidad a pesar de
generar los mayores ingresos econoacutemicos Esto sugiere que si se tuviera en cuenta solamente el
rendimiento como indicador para designar el mejor tratamiento los resultados seriacutean distintos a los
mostrados por los anaacutelisis de sostenibilidad llevados a cabo
Con el marco de referencia que se construyoacute para seleccionar indicadores adaptado e incluido en
MSEAS se observoacute que es posible elegir indicadores reduciendo el nivel de subjetividad
tradicionalmente ligado a este proceso Esto se logra si se siguen una serie de criterios de seleccioacuten
cuantitativos rigurosos y preestablecidos
Los anaacutelisis de sostenibilidad al enmarcar el ambiente la sociedad y la economiacutea permiten
evaluar los sistemas de produccioacuten agriacutecola de forma global Estimar cuan sostenible seriacutean los
sistemas (tratamientos) evaluados a lo largo del tiempo antildeade mayor objetividad al anaacutelisis Con
este trabajo se mostroacute que es posible estimar el nivel de sostenibilidad a lo largo del tiempo
Gracias a herramientas como DSSAT se pueden establecer muacuteltiples escenarios de evaluacioacuten En
este trabajo se evaluaron dos asociados al cambio climaacutetico
205
Recomendaciones
Con el fin de estudiar las interacciones del suelo con el ambiente se recomienda que en los anaacutelisis
de sostenibilidad cada atributo (calidad del suelo relacioacuten suelo-agua relacioacuten suelo-atmoacutesfera y
relacioacuten suelo-planta) esteacute representado por un indicador De esta forma se podriacutea mostrar un
panorama maacutes amplio del impacto del manejo del suelo sobre el ecosistema en el cual se desarrolla
el cultivo Tambieacuten es recomendable que cada atributo de las dimensiones social y econoacutemica
esteacuten representados por un indicador en el anaacutelisis de sostenibilidad
En este proyecto se utilizoacute DSSAT para hacer las modelaciones no obstante es decisioacuten de los
investigadores utilizar este software o cualquier otro que le permita llegar a los resultados deseados
con MSEAS
Se debe tener en cuenta que el alcance de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental en
donde se trata de simular las condiciones comerciales es decir la uacutenica modificacioacuten en cuanto al
manejo del sistema de produccioacuten agriacutecola es respecto a los tratamientos Experimentos en
condiciones totalmente controladas (pej en laboratorio o fitotroacuten) podriacutean tener limitaciones para
usar MSEAS pues el inventario del sistema productivo podriacutea no estar relacionado con las
condiciones reales de cultivo
El nuacutemero arrojado por el iacutendice de sostenibilidad (0 a 1) no indica que si un tratamiento obtiene
un valor de uno genera una sostenibilidad total del sistema productivo Este iacutendice se utiliza para
comparar el nivel de sostenibilidad entre diferentes tratamientos Valores cercanos a uno sugieren
el mayor nivel de sostenibilidad entre los tratamientos evaluados pero esto no quiere decir en
teacuterminos absolutos que ese sistema realmente es sostenible Puede que todos los tratamientos en
la realidad generen un muy bajo nivel de sostenibilidad pero al hacer la comparacioacuten entre ellos
uno sobresalga y obtenga un IS alto cercano a uno Esto podriacutea contrarrestarse a medida que los
indicadores utilizados esteacuten mejor parametrizados es decir que cuenten con rangos oacuteptimos
aceptados en la comunidad cientiacutefica De este modo las evaluaciones entre los tratamientos se
realizariacutean a partir de estos rangos y no de las comparaciones ldquomayor o menor es mejorrdquo
206 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Se debe tener en cuenta que con MSEAS no se pretenden hacer predicciones Esta metodologiacutea
sirve para evaluar posibles escenarios pero de ninguacuten modo se deben tomar como predicciones del
futuro Esto busca que a partir de la evaluacioacuten de multiples escenarios se evidencie si existe
consistencia con los resultados mostrados en condiciones actuales
Los suelos donde se llevaron a cabo los experimentos tienen un nivel de fertilidad alto que implica
que la planta presente un menor efecto al aporte diferencial de fertilizantes y enmiendas En
futuros trabajos se podriacutea simular el comportamiento del cultivo en un ambiente con mayores
limitaciones edafoclimaacuteticas
207
Alcance proyecciones y limitaciones
MSEAS posee el siguiente alcance
bull Escala El alcance geograacutefico de MSEAS es a nivel de parcela o unidad experimental
bull Liacutenea de investigacioacuten Manejo de suelos en actividades agriacutecolas con impacto directo en
el suelo labranza fertilizacioacuten riego y rotacioacuten
bull Tipo de investigacioacuten Investigacioacuten aplicada cuyos resultados obtenidos sean
susceptibles de aplicacioacuten directa en condiciones de produccioacuten real comercial
bull Condiciones experimentales Experimentos que emulan las condiciones de produccioacuten
comercial donde los tratamientos son las uacutenicas fuentes de variacioacuten
bull Datos de entrada obligatorios Inventario del sistema productivo e indicadores para cada
atributo de cada dimensioacuten
Proyeccioacuten El siguiente paso para MSEAS es construir una aplicacioacuten que automaacuteticamente
seleccione los indicadores y calcule el iacutendice de sostenibilidad Esto a partir del ingreso de los
resultados de todos los indicadores crudos medidos en el experimento La aplicacioacuten podriacutea tener
ademaacutes una conexioacuten a la base de datos de LCA (Ecoinvent) y todas las funciones financieras De
esta forma a partir de los datos del inventario del sistema productivo la aplicacioacuten arrojariacutea
automaacuteticamente resultados de algunos indicadores ambientales y sociales y todos los indicadores
econoacutemicos
Limitaciones
No es sencillo estimar las variaciones del suelo en el futuro a traveacutes de indicadores de calidad del
suelo debido a que no existen los modelos que permitan simular todas las propiedades incluidas en
dichos indicadores Los avances maacutes importantes se han dado con carbono orgaacutenico y nitroacutegeno
pero la mayoriacutea de los indicadores de calidad del suelo incluyen propiedades fiacutesicas quiacutemicas y
bioloacutegicas llevando a la necesidad de asumir que estas propiedades permaneceraacuten constantes y
solo se modificaraacuten las variables que se pueden modelar
208 Evaluacioacuten de la sostenibilidad orientada a experimentos agriacutecolas asociados al suelo
Otra de las limitaciones de las evaluaciones de sostenibilidad en el futuro es que el proceso de
modelacioacuten requiere que los cultivares ya esteacuten calibrados con los diferentes modelos En este
caso la variedad de papa Diacol Capiro se calibroacute en estudios anteriores por lo que fue posible
realizar el anaacutelisis Sin embargo tomate al ser producido bajo cubierta no se puede modelar con
DSSAT Del mismo modo en el estudio de rotacioacuten los cultivos de avena forrajera y arveja no
han sido modelados ni en DSSAT ni en otros softwares Esto se puede contrarrestar utilizando
softwares o modelos que si tengan establecidos los cultivares que se pretenden analizar
209
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