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Introducción
El maíz es una de las especies de alta importancia en la dieta humana (Comisión Nacional de Buenas Prácticas Agrícolas, 2008) y su uso se ha extendido a la alimentación animal y producción de biocombustibles (Reyes, 1990; Ferraro, 2008).
En México la producción de maíz tuvo un incremento de 88% en el periodo de 1980-2010, debido fundamentalmente al avances del mejoramiento genético de la especie y los métodos modernos de cultivo, con uso de fertilizantes sintéticos, agroquímicos y maquinaria, pues la superficie sembrada sólo aumentó 3% (SIAP, 2012). Los métodos tradicionales hacen uso intensivo de mano de obra y semillas criollas, mientras que la agricultura moderna requiere de aportes de energía fósil para la producción, combustibles para la operación de maquinaria y energía eléctrica para extraer agua para el riego (Denoia y Montico, 2010), además de la energía consumida en la elaboración de fertilizantes minerales, insecticidas y herbicidas. En general, los agrosistemas actuales requieren cantidades altas y crecientes de insumos (Denoia et al., 2006), lo que implica elevados costos energéticos.
En la región Frailesca, en el estado de Chiapas, el 88% de los productores de maíz aplica fertilizantes y 76% usa insecticidas y herbicidas (Aguilar, 2010), lo que indica alto gasto de energía industrial en las comunidades rurales que contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) CEDECO (2006). Es evidente la sustitución de tecnologías tradicionales por métodos de producción de altos insumos industriales con mayor costo (Vitta, 2001; Vilche et al. 2006).
Es sabido que el uso de fertilizantes y herbicidas, aunado a las variedades e híbridos incrementan los rendimientos de los agrosistemas (Bonel et al., 2005); sin embargo, se requiere estimar el balance energético, la capacidad de producción de proteína-energía y la factibilidad económica de los sistemas de sistemas de producción. En tal caso, la evaluación de la eficiencia energética permite explicar la dinámica de la energía dentro de la finca y el balance entre la energía invertida y la energía producida (Pervanchon et al., 2002 y CEDECO, 2005).
Materiales y métodos
Área de estudio
La investigación se realizó en la comunidad California, municipio de Villaflores, Chiapas, en la zona de amortiguamiento de la Reserva de la Biosfera "La Sepultura" (REBISE), entre los 16°15'40.7" latitud norte y 93° 36'42.9" longitud oeste, con clima es tropical lluvioso, temperatura media de 24 °C, precipitación media anual de 1023 mm, topografía accidentada y suelos del tipo Regosol + Foezem + Cambisol (INEGI, 2012).
Sistemas de producción
Se evaluaron tres sistemas de producción: maíz intercalado con frijol (SPM-1), maíz criollo (SPM-2), maíz mejorado (SPM-3), cuyas características se presentan en el Cuadro 1.
Análisis de la información
Se realizó un análisis bajo el enfoque de sistemas, que implica la identificación y caracterización de los componentes del sistema de producción de maíz, entradas, salidas y relaciones entre componentes (Guevara et al. 2011). Para describir las labores de cada sistema se empleó la metodología propuesta por Geilfus (1997).
Balance energético
Se empleó el método de análisis descrito por Meul et al. (2007), que considera los ingresos de energía al sistema, flujos de materia física e insumos utilizados para la producción. Con base en la metodología de Funes (2009) se calculó la eficiencia energética, mediante las variables: área del sistema productivo, tipo y cantidad de alimentos o productos obtenidos y gastos energéticos directos o indirectos de la producción, que incluye fuerza de trabajo humano y animal, empleo de combustibles y fertilizantes, entre otros insumos. Adicionalmente se usaron los criterios expuestos por Márquez et al. (2011) que consideran la energía directa e indirecta que se utiliza en la producción.
El consumo energético se estimó con la metodología propuesta por Bowers (1992). Con los valores de entradas y salidas, se calculó la eficiencia energética, así como la cantidad de personas que pueden alimentarse, con base en las equivalencias energéticas que se muestran en el Cuadro 2.
Fuentes de energía directa e indirecta
De acuerdo con Márquez et al. (2011) la energía directa es aquella que está contenida en los insumos directos, como combustible, electricidad, fertilizantes, pesticidas, abonos orgánicos y productos biológicos, mientras que la energía indirecta se asocia a los procesos de fabricación, distribución y mantenimiento; por ejemplo, la energía necesaria para obtener el combustible a partir del petróleo crudo, así como la requerida para la fabricación de pesticidas y de la maquinaria que se amortiza en el tiempo.
Energía directa (Ed) Márquez et al. (2011)
a) Energía asociada al consumo de combustible (Edc) (Mcal/ha)
Donde: Cc= consumo de combustible (L/ha); Eeg= equivalente energético del gasóleo (41 MJ/L).
b) Energía asociada a la mano de obra empleada (Edh) (MJ/ha)
Donde: Eh= equivalente energético del trabajo humano (1.96 MJ/h para el hombre y 1.57 MJ/h para la mujer) (Mandal et al., 2002); nob= cantidad de obreros que participan en una determinada labor; Ctob= capacidad de trabajo de los obreros agrícolas (ha/h).
c) Energía asociada a los animales utilizados en labores de tiro (Eda) (MJ/ha)
Donde: Ea= equivalente energético del trabajo animal (5.05 MJ/h); na= cantidad de animales que participan en una determinada labor; Cta= capacidad de trabajo de los animales (ha/h).
Eficiencia energética
Para calcular la eficiencia energética de los sistemas de producción se utilizó la siguiente ecuación (Funes et al., 2011):
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Donde: Ee= eficiencia energética; S= número de productos; m= cantidad de producto (kg); e= contenido energético del producto (MJ/kg); T= número de insumos; I= cantidad de insumos (kg);f= Energía requerida para producir un insumo (MJ/kg).
Para calcular la energía producida y consumida se utilizaron las fórmulas siguientes:
Donde: EP= energía producida; EC= energía consumida; Producción= rendimiento (kg ha-1); Gasto= gasto de insumos; CE= contenido energético según la equivalencia energética que se muestra en el Cuadro 1 en Kcal/unidad de medida.
Se cuantificaron además los indicadores relativos a la productividad del sistema, como la cantidad de energía (MJ/ha/año) y proteína (kg/ha/año) producida y, en correspondencia, la cantidad de personas que podría sustentar el sistema de acuerdo con la demanda promedio de una persona por año de dichos nutrientes (Funes et al., 2011). Los contenidos de energía y proteína para los cálculos fueron tomados de Gebhardt et al. (2007). Las equivalencias energéticas utilizadas para calcular los gastos en insumos directos e indirectos fueron las reportadas por García-Trujillo (1996) y Funes et al. (2011).
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Donde: Pe= personas que se sustentan sobre la base de la energía producida; mi= producción de cada producto (kg); ei= contenido energético de cada producto (MJ); A= área de la finca (ha); Re= requerimiento energético de una persona (kg/ha).
Para el cálculo de la cantidad de personas que se pueden alimentar teniendo en cuenta los requerimientos proteicos se empleó la fórmula siguiente (Funes et al., 2011):
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Donde: Pe= personas que se sustentan sobre la base de la proteína producida; mi= producción de cada producto (kg); pi= contenido proteico de cada producto (MJ); A= área de la finca (ha); Rp= requerimiento proteico de una persona (kg/ha).
Según Funes (2001) el consumo energético promedio de una persona es de 1022 Mcal/año, mientras que en consumo de proteína vegetal es de 15.3 kg/año.
Eficiencia económica del sistema de producción
Para estimar la eficiencia económica de los sistemas de producción de maíz se utilizaron los costos de producción y los ingresos por la venta de la cosecha, a fin de calcular la relación Beneficio/Costo (RBC), mediante la fórmula siguiente:
Resultados y discusión
Características de los sistemas de producción de maíz
En el SPM-1 siembra la variedad de maíz criollo conocido localmente como "precoz". Se emplean 20 kg ha-1, obtenidos de la cosecha del ciclo anterior. Los productores que lo siembran lo hacen en promedio de 2 ha, con rendimiento promedio de 2 t ha-1. La producción es para autoconsumo, siendo 35% para el consumo familiar y el resto para la alimentación de animales. El frijol se cultiva durante la etapa comprendida entre la "dobla" y la cosecha del maíz, siembran la variedad "frijol vaina blanca" a razón de 48 kg ha-1 de semilla, con un rendimiento promedio de 700 kg ha-1. De la producción total, 79% se comercializa y el resto es para autoconsumo. El mayor gasto de energía del sistema proviene de fuentes externas por la compra de herbicidas, insecticidas, fungicidas, fertilizantes y combustible. La energía del trabajo humano es aportada por la mano de obra familiar y sólo en la siembra y la aplicación de fertilizantes ya que para el desgrane se requiere pago de mano de obra. El cultivo requiere 125 jornales ha-1, de los cuales el 35% se paga.
En el SPM-2 se utiliza la variedad precoz y 20 kg ha1, también provenientes de la cosecha anterior. En promedio los productores que lo usan, siembran 1.0 ha y produce alrededor de 2 250 kg ha-1. El 55.5% de la producción se comercializa y el resto es para autoconsumo. Aproximadamente 13.5% del grano se destina a la alimentación de animales, preferentemente aves de traspatio, el resto es para el consumo de la familia. La mayor proporción de energía utilizada entra al sistema a través de herbicidas, insecticidas y fertilizantes, utiliza 103 jornales ha-1, de los cuales 78 se cubren con trabajo familiar y el resto es contratado.
En el SPM-3 se emplea en promedio 20 kg ha-1 de semilla de variedades mejoradas de maíz (híbridos comerciales). Se ha observado que estos materiales son susceptibles a la pudrición de la mazorca en temporada de lluvias intensas, que ocasionan pérdidas hasta de 50% de la cosecha. La parcelas de maíz son en promedio de 3 ha. El rendimiento promedio es de 2 600 kg ha-1. El 100% de la producción se destina a la comercialización. Al igual que los otros dos sistemas, el mayor gasto energético proviene de fuentes externas para adquirir los herbicidas, fertilizantes y el combustible. Se requieren 104 jornales ha-1 de los cuales 30 se cubren con fuerza de trabajo contratada. En el Cuadro 3 se muestran las cantidades de insumos utilizados en los sistemas evaluados.
Descripción del ciclo anual de los sistemas de producción
De manera general, el calendario de actividades agrícolas en los tres sistemas de producción de maíz es similar, excepto en el SPM-1, que tiene actividades adicionales para el manejo del frijol. Durante abril y mayo se realiza el rastrojeo (introducción de ganado vacuno sobre los residuos de la cosecha del ciclo anterior), la construcción de las brechas corta-fuegos, la quema y la aplicación de herbicidas. La siembra del maíz se realiza en junio, cuando inicia la época de lluvias. En los tres sistemas se realizan dos aplicaciones de fertilizantes durante julio y agosto. En los sistemas de maíz de monocultivo los herbicidas se aplican durante junio y julio y en el sistema SPM-1 se realizan dos aplicaciones adicionales para el cultivo del frijol entre agosto y septiembre. La cosecha se realiza en diciembre, aunque en ocasiones se pospone hasta enero o febrero del siguiente año (Cuadro 4). Aguilar (2010), realiza una descripción similar para estos sistemas de producción.
Manejo de la mano de obra
La duración de la jornada y su costo depende del tipo de trabajo y de su origen, ya sea familiar o contratada. Por ejemplo, cuando se necesita mano de obra, el máximo tiempo de trabajo es de 6 h jornal-1 y se paga a 70 $ jornal-1, en el desgrane del maíz solo se trabaja alrededor de 1 h y se paga jornal completo, cuando es trabajo familiar, el productor llega a trabajar hasta 10 hjornal-1, y en la quema, el productor permanece en la parcela hasta 24 h para el control del fuego, de acuerdo a las regulaciones de la Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas (CONANP).
Balance energético
El SPM-1 y el SPM-2 tuvieron una eficiencia energética superior a 1.0, lo cual indica factibilidad en comparación con SPM-3, el cual requirió mayor cantidad de energía que la producida por el cultivo de maíz. Al respecto, Funes et al. (2011) encontraron que los sistemas menos diversificados fueron los menos productivos, por lo tanto, aunque la producción de un cultivo sea menor, la diversificación del sistema lo hace más rentable energéticamente. Por otra parte, la eficiencia energética del SPM-3 (0.99) fue muy cercana a la obtenida por Alemán y Brito (2003) en un sistema de maíz en monocultivo, con métodos convencionales de manejo. Sin embargo, si se comparan los resultados con los estudios de Pimentel (1980), los tres sistemas muestran baja eficiencia energética, dado que promedio en el cultivo de maíz fue de 10 Mcal producidas por Mcal invertida.
El balance energético es afectado significativamente por los insumos externos para mantener las producciones agropecuarias (Valdés et al., 2009). Al analizar la intensidad energética, en los SPM-1 y el SPM-2 se muestra que para producir 1 kg de maíz se utilizan 3.18 y 3.40 Mcal, respectivamente. Ambos son dependientes de energía fósil y de agroquímicos, e ineficientes en cuanto al uso de esta fuente de energía y no son sostenibles a largo plazo, acorde a lo encontrado por Pimentel y Pimentel (2005). Del uso de energía proveniente de agroquímicos, se reporta que más de 50% depende del aporte del fertilizante sulfato de amonio (IDEA, 2007).
En los sistemas de producción estudiados se gastan alrededor de 5,377.5, 6,453.0 y 8,604.0 Mcal, que contribuyen a obtener 0.37, 0.35 y 0.30 kg de maíz, en cada uno de los sistemas respectivamente. Por otra parte, el mayor gasto energético de insumos como herbicidas e insecticidas en el SPM-1, se debe a los insumos requeridos para combatir las plagas y enfermedades del cultivo del frijol. Sin embargo, el aporte energético de este cultivo tiende a compensar dichos gastos. En cuanto a otros insumos, como es el aporte energético por combustible, es muy poco en los tres sistemas, pues sólo se consume en el desgrane del maíz, por el empleo de maquinaria (tractor) y la desgranadora y en algunos casos, para el traslado de la cosecha.
Cantidad de personas factibles de alimentar
La mayor producción de energía y proteína fue para el SPM-1 (Cuadro 5). Desde el punto de vista energético, los sistemas SPM-1 y SPM-3 producen suficiente energía para alimentar a nueve personas año-1 ha-1, mientras el SPM-3 tiene un potencial para alimentar a ocho personas año-1 ha-1. Estos resultados coinciden con lo planteado por Valdés et al. (2009) quienes afirman que en términos energéticos en los sistemas diversos se produce más eficientemente la proteína tanto de origen animal como vegetal.
Cuadro 5 Balance energético y potencial de producción de energía y proteínas de los sistemas de producción de maíz estudiados.
En relación a la fuente proteica, la mayor capacidad para cubrir las demandas de proteínas humanas fue en SPM-1 con 23 personas año-1 ha-1, pues incluye el frijol, con el cual el sistema casi triplica el contenido proteico. Por su parte, los sistemas SPM-2 y SPM-3 tienen una capacidad de alimentar de 14 a 16 personas año-1 ha-1, respectivamente. Schiere et al. (2002), reportaron que la cantidad de personas que se pueden alimentar con una hectárea de monocultivo (maíz), es de 10.4 respecto a las fuentes energéticas y de 5.2 a las fuentes proteicas.
Análisis de eficiencia económica de los sistemas de producción
El costo total del sistema de producción de maíz asociado con frijol (SPM-1) fue superior a los otros (Cuadro 6), debido fundamentalmente a los altos precios de la mano de obra, a pesar de invertir menos de 25% en fertilizantes, segundo concepto más importante de gasto en los tres sistemas. Un análisis detallado de los costos muestra que los agroquímicos constituyen el concepto que encarece los sistemas de producción de maíz en la comunidad estudiada, con 61.6, 40.6 y 44.25% del costo total de cada sistema, respectivamente.
Cuadro 6 Estructura de los egresos económicos (pesos mexicanos) y por ciento del total en los tres sistemas de producción de maíz estudiados.
A partir del porcentaje de la cosecha comercializada, los rendimientos y los precios de venta de los productos, SPM-3 es el que mayores ingresos económicos aporta (Cuadro 7). Estos resultados coinciden con los obtenidos por Miranda et al. (2008) quienes afirman que los sistemas diversificados tienen mejores rendimientos tanto económicos como energéticos, lo cual concuerda parcialmente con los resultados logrados en este estudio. Si se considera la comercialización sólo de 50% de la cosecha del SPM-1, este sistema se mostraría como el más eficiente desde el punto de vista económico pues permitiría ingresos de hasta 12 500 $ ha-1, considerando ambos cultivos.
El análisis de factibilidad económica de los tres sistemas de producción estudiados a partir del cálculo de la relación beneficio costo (Cuadro 8) evidencia que el SPM-3 es el más factible, con un margen de ganancia de 41 centavos por cada peso invertido.
Conclusiones
El sistema de producción que combina la siembra de maíz-frijol, con el uso de semillas criollas, es eficiente energéticamente, con 1.12 Mcal producidas por cada Mcal consumidas, respecto al sistema de monocultivo de maíz, tanto de semilla criolla como mejorada.
El sistema maíz-frijol fue eficiente en la aportación de energía y proteína para la alimentación humana, al poder alimentar a 23 personas ha-1 año-1, seguido del sistema monocultivo con el uso de material mejorado y del sistema con material criollo.
El sistema de producción de maíz con el uso de variedades mejoradas resultó ser el más eficiente desde el punto de vista económico.
Los conceptos de costos, tanto energéticos como económicos, que mayor afectan los sistemas de producción de maíz en la Reserva de la Biosfera "La Sepultura" son los insumos agroquímicos y el pago de mano de obra externa.
