1. Ciencia

III Simposio Nacional de Agricultura
Bioenergía en el Uruguay ¿cómo hacerla
productiva y sustentable?
Siri-Prieto, G.1
INTRODUCCIÓN
Las fuentes energéticas de origen
fósil (ej.: petróleo, carbón, gas natural)
seguirán siendo las principales fuentes
de recursos no renovables, pero éstas,
al ser finitas, se irán acabando. Por otro
lado, como consecuencia de un uso
desmedido de estas fuentes en el último siglo, la calidad del medio ambiente
se ha ido deteriorando (ej.: gases de
efecto invernadero, cambio climático,
etc.). Es por ello que muchos países han
comenzado a estudiar fuentes energéticas basadas en recursos renovables
en sustitución total o parcial de combustibles fósiles. Un ejemplo es el objetivo
que impuso la Organización de las Naciones Unidas, donde fijó para el año
2030, que al menos un 30% de la energía consumida en el mundo sea de fuentes renovables. ¿Que son las fuentes
de energías renovables? son aquellas
que luego de ser utilizadas, se pueden
regenerar de manera natural o artificial.
Algunas de ellas están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o
menos constante en la naturaleza. Entre varias opciones de fuentes de energía renovable se destacan: la eólica
(viento), solar (sol), biomasa (vegetación). Entre estas, la que más nos concierne a nosotros como agrónomos, es
la generada a partir de biomasa.
Como es de conocimiento público,
Uruguay no posee en la actualidad energía fósil como petróleo, gas natural o
carbón. Por otro lado, ya hay indicios
que en nuestra plataforma marítima o
en el subsuelo del norte uruguayo, existiría la posibilidad de encontrar petróleo y extraerlo de manera rentable, pero
todavía sigue siendo una posibilidad. La
realidad entonces, nos indica que es casi
un mandato ponerse a investigar en
fuentes de energía alternativas. El objetivo de cualquier gobierno, desde el
punto de vista energético, debería ser
lograr la independencia energética del
país, mediante políticas sustentables
(económicas y medioambientales) para
el uso de fuentes de energía alternativas. El sector agropecuario tiene un
gran potencial como proveedor de materias primas para la generación de
energía, a partir de productos (forestación, cultivos energéticos, residuos forestales y/o de cultivos, grano, etc.). Los cultivos energéticos han sido reconocidos
como la mayor fuente de energía renovable para disminuir el uso de petróleo
(Jefferson 2006). Dentro de los cultivos
energéticos existen varios tipos:
A. Cultivos anuales
El sorgo dulce (Sorghum bicolor L.
Moench) es citado en muchos trabajos
por poseer ventajas comparativas frente a otros cultivos (eficiencia de uso de
agua y nutrientes, balances positivos de
energía, etc.). Estos atributos lo harían
una excelente alternativa energética
para nuestro país. Sin embargo, sembrado como monocultivo puede presentar perdidas de carbono y fertilidad del
1
Facultad de Agronomía, Departamento de Producción Vegetal EEMAC, Ruta 3 Km 363, Paysandú.
Correo electrónico:[email protected]
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suelo. Además, las tasas de remoción
que se observan en este cultivo, dadas
las características del sistema (se retira el material como si fuera un silo), hacen que estas pérdidas sean muy altas.
Una característica del sorgo dulce es su
alta concentraciones de K en la planta,
que pueden llevar a una disminución de
la disponibilidad de K del suelo en el
corto plazo (Propheter y Staggenborg,
2010). En secuencias de cultivos intensas y extractivas durante muchos años,
el uso de fertilizantes tradicionales con
mayor pureza y menor contenido de micro nutrientes, pueden además generar
deficiencias de éstos en detrimento del
rendimiento del cultivo. Por lo tanto, es
necesario conocer la concentración y
las tasas de remoción de los nutrientes
de este cultivo para evaluar su viabilidad económica en el mediano plazo,
considerando la reposición de los nutrientes extraídos.
B. Cultivos lignocelulósicos
Por otro lado están, los materiales perennes lignocelulósicos que apuntan a
desarrollar la producción de energía a
gran escala a partir de la biomasa (bagazo, residuos de cosecha de cultivos
agrícolas y cultivos energéticos (Lynd et
al., 2003). Estos materiales pueden convertirse en energía, como los anteriores,
a partir de la producción de etanol, pero
también se pueden usar de otras maneras como quema directa (combustión),
pirolisis y posterior uso de los derivados gaseosos, sólidos y líquidos, cortado y peletizado, etc. (McLaughlin et al.,
1999). Estos combustibles, también llamados «biocombustibles de segunda
generación», se obtienen a partir de
materias primas sin un uso alimentario.
Estos pueden ser switchgrass (Panicum
virgatum L.), pasto elefante (Penisetum
purpureum L.) caña común (Arundo donax L.). Estos cultivos perennes pueden
aprovechar suelos aptos y no aptos para
cultivos alimentarios, generando una
mayor eficiencia de conversión. Asimis-
22
mo, estas especies han mostrado ventajas ecológicas comparadas con cultivos anuales tradicionales. En comparación con el maíz, requieren de menores
entradas de energía, fertilizantes, plaguicidas y herbicidas, y ocasionan menor erosión, a la vez que mejoran la fertilidad del suelo (Heaton et al., 2004;
Lewandowski y Schmidt, 2006). Se han
estimado valores cercanos a seis para
la relación salida/entrada de energía
para la producción de etanol a partir de
biomasa (Berg, 2004). Sin embargo,
considerando algunos nutrientes indispensables para la generación de biomasa, la tasa de remoción producto del
retiro de toda la biomasa puede ser una
limitante en la generación de energía de
manera sustentable. Las plantas requieren grandes cantidades de macronutrientes para maximizar la producción de
biomasa. El N es generalmente el más
importante y es el que necesita mayor
energía para producirlo, por lo tanto es
el de mayor costo energético y económico para la producción de cultivos gramíneos (Boerjesson, 1996). Otro problema potencial, descripto en la literatura
es que durante el proceso de combustión directa para la generación de calor,
el N de la biomasa lignocelulósica emite
compuestos que contribuyen a la polución del aire y corroen los sistemas de
calderas (Lewandowski y Kicherer
1997).
C. Retiro de residuos agrícolas
Por último, la utilización de residuos
para la producción de energía posee un
gran potencial, al tratarse de un subproducto que es abundante y de muy bajo
costo. Esta afirmación, muy usada en
términos de la industria (químicos, empresarios) y muy positivos de los residuos de cosecha, se realiza desde el
punto de vista oportunista y economicista. Como agrónomos, conocemos
que esta decisión de colectar o no residuos deben tomar en cuenta también la
sostenibilidad a largo plazo, especial-
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mente los efectos sobre la calidad de
suelo. Muchos investigadores internacionales, especialmente en USA, están estudiando qué cantidad de residuos de
cosecha se pueden retirar sin afectar al
sistema de producción. Lynd et al.
(2003) estimaron que un 50% de los
residuos de maíz pueden ser removidos
sin causar un efecto negativo al suelo,
para condiciones frías de Norteamérica.
Pero es obvio, que los retiros de residuos y su impacto en la calidad de suelo estarán estrechamente vinculados al
sistema de producción (tipo de cultivo,
cultivos por año, rendimiento de los mismos, manejo del suelo), al tipo de suelo, condiciones ambientales (pluviosidad, temperatura, humedad) donde se
genere la información.
Es por ello que el país necesita urgentemente información sobre la inclusión de diferentes cultivos energéticos
(especies, manejo de los mismos) y el
impacto que puedan tener sobre la calidad del suelo y el medioambiente en su
conjunto, para depender menos del uso
de energía fósil. En el presente artículo, se analizan y discuten resultados
obtenidos en varios experimentos instalados en la Facultad de Agronomía Estación Experimental «Dr. Mario A. Cassinoni» (EEMAC) con el objetivo de responder parcialmente a las incertidumbres que se plantean con la generación
de bioenergía y sus implicancias en la
sostenibilidad de los recursos no renovables.
RESULTADOS
Intensidad de uso de sorgo dulce en un
sistema de agricultura y pastura
El experimento es financiado actualmente por CSIC Grupos (Rotación de
cultivos en sistemas agrícolas extensivos) y fue financiado por PDT-MEC 79.1
y el Convenio FAGRO-ANCAP. Está instalado sobre un suelo Argiudol Típico de
la Unidad San Manuel con 70 cm de profundidad y 1% de pendiente. El experimento se inicio sobre campo reestablecido con predominancia de gramíneas
estivales en agosto del 2005. La información corresponde al efecto, luego de
4 años de instalado (2009) y luego de
7-8 años (2012-2013), sobre algunas
propiedades químicas del suelo y rendimiento del sorgo dulce. Se evalúan
cuatro tratamientos compuestos de: sorgo dulce continuo (SDC) con y sin cultivo de cobertura invernal (SDCcc y
SDCsc, respectivamente) y la inclusión
de dos tipos pasturas (rotación de dos
años [ROT-2] y 4 años [ROT-4]. Los tratamientos con/sin inclusión de pasturas
(ROT-2 y ROT-4) se realizan desfasados en el tiempo para que todos los años
haya sorgo dulce en la rotación. El cultivo cobertura es avena común (Avena
sativa L.); en ROT-4 se utilizó una mezcla de especies perennes compuesta de:
lotus (Lotus corniculatus L.), trébol blanco (Trifolium repens L.) y festuca (Festuca arundinacea L.) y la ROT-2 estuvo
compuesta por las mismas especies que
ROT-4 mas avena común.
En la Figura 1 se presenta el peso
fresco de tallos limpios totales de sorgo
dulce producidos por las diferentes alternativas de la rotación durante 8 años
(2005-2012). Hubo grandes variaciones
de rendimiento según años, explicado
principalmente por el régimen hídrico de
los mismos (datos no presentados). El
tratamiento de sorgo dulce continuo, sin
cultivos de cobertura (SDC sc), fue el
de menor rendimiento y, por lo tanto,
resultó en los menores valores de etanol por hectárea. Esto podría deberse
al incipiente deterioro del recurso suelo
(analizado más adelante) por su uso intensivo sin el aporte extra de al menos
de un cultivo de cobertura invernal.
La Figura 2 presenta información sobre la remoción de algunos nutrientes
contenidos en hojas, tallos y grano del
sorgo dulce según el sistema de rotación evaluado. Como consecuencia de
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Figura 1. Rendimiento en biomasa tallos frescos totales y etanol teórico por año por las diferentes
alternativas en la intensidad del sorgo dulce en la rotación durante 7 años en el experimento de largo plazo en Paysandú, Uruguay (2005-2012). Referencias: SDC sc = Sorgo
Dulce Continuo sin cultivo cobertura, SDC cc = Sorgo Dulce Continuo con cultivo cobertura, ROT- 2 = rotación 1.5 años pastura con un cultivo Sorgo Dulce, ROT- 4 = rotación 3,5
años pastura con un cultivo Sorgo Dulce.
Figura 2. Remoción de nutrientes luego de 8 cosechas (contenidos en tallos, hojas y panojas) del
sorgo dulce en el experimento de largo plazo en Paysandú, Uruguay (2005-2012).
que el sorgo dulce continuo, estuvo presente todos los años en sus dos alternativas (con y sin cultivo cobertura),
comparado con el sistema de 3,5 años
de pastura con un cultivo de sorgo dulce (ROT-4), donde solo aparece en un
solo año de los 4, la remoción de la bio-
24
masa aérea y por lo tanto de los diferentes nutrientes evaluados es mucho
mayor en los sistemas continuos de
mayor intensidad del uso del suelo. El
potasio fue el nutriente con mayor remoción, explicado hasta en un 90%, por
su extracción en tallos y hojas y sólo
III Simposio Nacional de Agricultura
mínima parte por la extracción como grano (datos no presentados). La cosecha
de toda la biomasa aérea producida por
el cultivo, modifica sustancialmente la
extracción de nutrientes de este sistema de producción, con relación a los sistemas agrícolas tradicionales (grano), y,
por lo tanto, modificaría la estrategia de
fertilización en el mediano y largo plazo, para que el sistema mantenga la fertilidad del suelo en el tiempo. Para el
caso del Boro, micro nutriente esencial
en el proceso de división celular y la
translocación, entre otros, si bien se
registra en cantidades bajas medidas en
concentración, el 86% del mismo está
en el tallo y hojas (datos no presentados), por lo tanto es un elemento que
se extrae en forma considerable en situaciones de producción de bioenergía
y/o alimentación animal.
En la Figura 3 se presentan las concentraciones de K en los diferentes estratos del suelo para los dos tratamientos más contrastantes (SDCsc y ROT4) para el año 2009, a sólo 4 años luego de iniciado el experimento. Como fue
presentado en la Figura 2, el sorgo dul-
ce continuo exportó más de 1800 kg ha-1
en los últimos 8 años (2005-2012). Si
bien la información presentada en la
Figura 3, representa los primeros 4 años
de evaluación (2005-2009), en el suelo
hubo una reducción significativa del 20%
del K intercambiable en el perfil (0-60 cm),
comparado con el tratamiento donde solo
hubo un cultivo de sorgo dulce en el mismo periodo (ROT-4). Esta reducción fue
mas acentuada en los primeros 20 cm
del perfil, donde la reducción alcanzo al
45% (0,60 contra 0,87 meq K /100 g suelo para SDCsc y ROT-4, respectivamente). Si bien estos niveles de K en el suelo
no son limitantes en la producción de
cultivos y pasturas, evidencia que, un
manejo de sorgo continuo sin una reposición adecuada del K, puede generar
deficiencias en el suelo en el corto plazo, comprometiendo su productividad.
Con respecto a carbono y nitrógeno
total del suelo en los primeros 20 cm,
se puede observar que sólo el tratamiento sorgo dulce continuo, sin cultivo
de cobertura, fue el que obtuvo los menores valores en SOC y NT. Esto puede
deberse a dos causas, como observa-
Figura 3. Concentración de K en el suelo (meq/100 g) según estratificación (0-10, 10-20, 20-40 y
40-60 cm profundidad) comparando dos intensidades del sorgo dulce en la rotación,
luego de 4 años de evaluación (2009) en el experimento de largo plazo en Paysandú,
Uruguay (2005-2012).
25
III Simposio Nacional de Agricultura
mos en la Figura 4, los rendimientos fueron mas bajos en este tratamiento (SDC
sc), por lo tanto las entradas de carbono y nitrógeno (principalmente raíces)
resultaron mas bajas comparado a los
otros sistemas. Por otro lado, las salidas de suelo por erosión, y por lo tanto
C y N en estos contenidos, probablemente fueron mayores también en este
tratamiento, por lo que el balance entre
entradas y salidas hace esperar un descenso en estos dos indicadores de calidad de suelo.
Los resultados sugieren que luego de
transcurridos apenas 7-8 años de implementado el experimento con diferentes intensidades del sorgo dulce en la
rotación, ya se cuantifican tendencias
negativas en algunas propiedades químicas del suelo. La información presen-
tada cuantifica la extracción diferencial
de nutrientes que se produce con diferentes frecuencias del cultivo en la rotación. La extracción de nutrientes cuya
concentración en tallos y hojas es alta,
se incrementa en el sistema de sorgo
dulce continuo (con o sin cultivos cobertura invernal), resaltando el K y como el
de mayor importancia. En estos sistemas la extracción llegó a ser de 250 kg
K ha -1 año -1. Como era de esperar, la
rotación de un año sorgo dulce- 3,5 años
de pastura (ROT-4), fue solo un 25% del
cuantificado en sorgo dulce continuo.
La consideración del balance de nutrientes del sistema de producción es un
criterio fundamental en la implementación de una agricultura sustentable dirigida a la producción de bioenergía. Su
producción debería contemplar el costo
Figura 4. Concentración de carbono orgánico y nitrógeno total del suelo en los
primeros 20 cm del suelo según las diferentes alternativas en la intensidad del sorgo dulce luego de 8 años de evaluación en el experimento de
largo plazo en Paysandú, Uruguay (2005-2013).
Referencias: SDC sc = Sorgo Dulce Continuo sin cultivo cobertura, SDC
cc = Sorgo Dulce Continuo con cultivo cobertura, ROT- 2 = rotación 1.5
años pastura con un cultivo Sorgo Dulce, ROT- 4 = rotación 3,5 años
pastura con un cultivo Sorgo Dulce.
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III Simposio Nacional de Agricultura
de su reposición, utilizando criterios más
racionales en la definición de la fertilización. La combinación de su producción con prácticas de manejo como la
inclusión de pasturas con gramíneas y
leguminosas para recuperar y/o mantener los niveles de COS, también parecen importantes en el mediano plazo.
Los resultados en éste corto período de
evaluación muestran la importancia de
continuar este trabajo de investigación,
de manera de brindar elementos que
permitan orientar los sistemas de producción de bioenergía sin afectar la producción del sistema agropecuario en el
mediano plazo.
Impacto de la inclusión de cultivos
energéticos y/o uso de los residuos para
la producción de etanol sobre la
productividad y la calidad del suelo
El experimento es financiado por el
Convenio FAGRO-ANCAP suscrito en el
2011. El suelo es un Argiudol típico de
la Unidad San Manuel con una profundidad que varía entre 40 y 90 cm y una
pendiente promedio dentro del ensayo
de 1%. El experimento se inicio en el
verano de 2008, sobre una rotación
agrícola pura de trigo - soja 2a - maíz (dos
años de duración) realizada entre los
años 2003-2007. El objetivo del trabajo
es evaluar las distintas fuentes de grano y/o biomasa (residuos de cosecha o
planta) para la producción de etanol y/
u otra fuente de energía y su impacto
en diferentes aspectos relacionados con
la calidad del suelo (carbono, nitrogeno
total, estimación de erosión de suelo,
extracción de nutrientes, etc.). La información presentada corresponde al efecto, luego de 4 años de instalado el ensayo (2012-2013), sobre algunas propiedades químicas del suelo y rendimiento de los cultivos. Se evalúan 9 tratamientos (Cuadro 1) compuestos en
tres grandes grupos: Grupo 1 (5 tratamientos): Rotación agrícola pura (trigosorgo 2a-maíz) variando el sorgo en grano o dulce con tres o dos niveles de remoción de residuos de cultivos (0,40 y
80%), respectivamente. Estos cinco tratamientos se realizan desfasados en el
tiempo para que todos los años haya un
tipo de cultivo en la rotación. Grupo 2
(3 tratamientos): Sorgo dulce continuo
con dos tipos de cultivos de cobertura
invernal (avena o trébol alejandrino) o
sin cultivo cobertura. Grupo 3 (1 trata-
Cuadro 1. Tratamientos (rotaciones agrícolas) planteadas y años evaluados en la EEMAC,
Paysandú, 2008-2012.
RR = retiro de Residuos en %. SD = Sorgo Dulce, se retira toda la biomasa. Las rotaciones 1,2,3,4,5 están
duplicadas para poder evaluar todos los cultivos todos los años.
27
III Simposio Nacional de Agricultura
miento): compuesto de Switchgrass
(Panicum virgatum) como cultivo perenne lignocelulósico instalado en verano
del 2008.
La Figura 5 presenta el impacto del
retiro de rastrojo sobre el rendimiento
de maíz y sorgo grano. El rendimiento
de maíz fue afectado significativamente
según el nivel de retiro de residuos,
siendo el tratamiento de 0% RR el mas
alto (44% más de rendimiento que el
promedio de 40 y 80%RR para los tres
primeros años). En el caso de sorgo grano, si bien los primeros años tuvo un
comportamiento dispar, en las dos últimas zafras el rendimiento más alto se
encontró con las situaciones de sin remoción de residuos, siendo un 27% con
respecto al promedio de 40 y 80% RR
(promedio 2011-2012).
Para el caso del trigo, el rendimiento
fue afectado por el manejo del rastrojo,
pero de manera contraria a lo que paso
con los cultivos de verano (Figura 6). El
peor tratamiento con respecto a rendimiento fue cuando se dejó todo el rastrojo en cobertura, en los 4 años de evaluación. Esto puede estar explicado por
menor implantación de trigo en las situaciones de mayor cantidad de rastrojo de maíz y menor disponibilidad de nitratos en el suelo medidos a la siembra
y a Z22 (datos no presentados).
La Figura 7 presenta los rendimientos del sorgo dulce para los tratamientos evaluados. Es importante observar
aquí los dos manejos bien contrastantes. Por un lado, el sorgo dulce que está
inserto en la rotación de agricultura convencional de maíz-trigo y por otro lado
el monocultivo de sorgo dulce, donde las
coberturas invernales juegan un rol importante en la sostenibilidad de los sistemas (aporte de cobertura del suelo y
nitrógeno adicional vía leguminosas).
Con respecto al retiro de rastrojo, el rendimiento varió según año de evaluación,
Figura 5. Rendimiento del maíz y sorgo grano (Mg ha-1) entre los años 2009-2012 según retiro de
rastrojo y /o inclusión del sorgo dulce en la rotación en la EEMAC, 2013.
28
ha-1 )
III Simposio Nacional de Agricultura
bi
Figura 6. Rendimiento de trigo (Mg ha-1) entre los años 2009-2012 según retiro de rastrojo y las
rotaciones agrícolas planteadas en la EEMAC, 2013.
Figura 7. Rendimiento biomasa fresca de tallos limpios de sorgo dulce (Mg ha-1) entre los años
2009-2012 según rotaciones agrícolas planteadas en la EEMAC, 2013.
presentando en algunos casos mejor
comportamiento el RR0 (2010) o el RR80
(2012).
La Figura 8 presenta los valores estimados de perdida de suelo (RUSLE)
para estos 3 tratamientos contrastantes
de retiro de rastrojo, para la situación
del ensayo, y el porcentaje de cobertura que realmente quedó luego de ejecutado los retiros de residuos en cada
tratamiento. Se puede observar que el
tratamiento 80% retiro de rastrojo fue el
que presentó los mayores valores de
perdida de suelo, siendo un 50% por
encima del valor de tolerancia del mismo (5 Mg ha-1 año -1), aun en las condiciones del ensayo donde el largo de la
pendiente es de solo 30 m. Esta pérdida de suelo se dio principalmente luego
del cultivo de sorgo grano y antes del
cultivo de maíz. El retiro de residuos luego de la cosecha del sorgo determina
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III Simposio Nacional de Agricultura
Figura 8. Porcentaje de cobertura para cada cultivo de la rotación y estimación de suelo
erosionado según Modelo RUSLE (Erosión 5.91, L=30 m, S=2%) promedio de
suelo perdido por año en la EEMAC, Paysandú, 2013.
las mayores perdidas de suelo en el invierno. Por otro lado, el RR0 obtuvo los
mejores resultados de perdida de suelos estimada según la RUSLE, llegando
a solo 3 Mg ha-1 año-1), un 50% de la
tolerancia para esta unidad de suelo
(San Manuel). Esto confirma que para
esta chacra en particular, con su topografía (L=30m y S=1%), es posible practicar la agricultura continua en siembra
directa, siempre y cuando la rotación
controle la erosión a través de generar
la máxima cantidad de residuos en superfie.
El rendimiento de materia seca de
switchgrass, como era de esperar, se ha
incrementado a lo largo de los años, llegando a mas de 16 Mg ha-1 en el último
año de evaluación (Figura 9). Estos valores de materia seca, comparados con
Figura 9. Rendimiento de biomasa seca de switchgrass (Mg ha-1) entre los años 2009-2012
en la EEMAC, 2013.
30
kg ha-1
III Simposio Nacional de Agricultura
Figura 10. Extracción de N, P y K estimada (kg ha-1) entre los años 2009-2012 según diferentes
rotaciones agroenergéticas y/o retiro de rastrojo en la EEMAC, 2013.
los registros que se han publicado en
otros lugares del mundo, donde están
evaluando este cultivo para la producción de energía, pone al Uruguay en
muy buenas condiciones competitivas
para producir biomasa.
Los sistemas que extrajeron más N
fueron los de agricultura convencional
con retiro de rastrojos (Figura 10). La
extracción de nutrientes llegó a ser de
700 kg en los cuatro años de evaluación, en la rotación agrícola de trigo,
sorgo grano y maíz con un 80% de retiro de rastrojo. De esta cantidad de nitrógeno que se extrajo del sistema, un
61% correspondió a N contenido dentro
de los granos de maíz, sorgo grano y
trigo, y el resto (39%) contenido en el
rastrojo retirado de este sistema en cuatro años (18 Mg ha-1). Por otro lado, los
sistemas que menos extrajeron N fueron los que se sembraron como monocultivo de sorgo dulce, con o sin cultivos de cobertura, llegando a apenas 80
kg ha -1, en 4 años de evaluación. Es
importante resaltar que en el análisis,
solo se considero el contenido de N en
los tallos limpios y no el contenido en
las hojas y las panojas, suponiendo que
son dejadas en el suelo y por lo tanto
no salen del sistema.
Por el contrario, la extracción de
K se hizo más elevada con la incorporación del sorgo dulce, tanto en los tratamientos de monocultivo como en la rotación con maíz y trigo (Figura 10). Con
el monocultivo de sorgo dulce, en cualquiera de sus variantes de invierno (con
o sin cultivos de cobertura), se extrajeron unos 100 kg ha -1 de K al año. Esto
es debido a la gran concentración de
este nutriente en el tallo del sorgo que
llega al 1% en base seca. Con respecto
a la extracción de P, el cultivo de switchgrass es el que presenta la mayor
cantidad de exportación de este nutriente, debido a los grandes rendimientos
promedio que presentó (11,6 Mg ha -1
año-1) y por presentar una concentración
de este nutriente, promedio de los 4
años, de 0,47 mg g-1).
El contenido del carbono (SOC) y nitrógeno total del suelo en los primeros
20-cm (estratificado en 0-5 y 5-20-cm
de profundidad) para los tratamientos
evaluados, se pueden observar en las
Figura 11 y 12. Para el caso del SOC,
como era de esperar, en todos los tratamientos hay una fuerte estratificación
del carbono, debido principalmente a
que todos los cultivos se siembran sin
laboreo del suelo (siembra directa).
31
III Simposio Nacional de Agricultura
Figura 11. Concentración de carbono orgánico del suelo a dos profundidades (0-5 y 5-20 cm)
según las diferentes rotaciones y/o retiro de rastrojo en la EEMAC, en el experimento
de largo plazo en Paysandú, Uruguay (2005-2013).
Figura 12. Concentración de nitrógeno total del suelo a dos profundidades (0-5 y 5-20 cm) según
las diferentes rotaciones y/o retiro de rastrojo en la EEMAC, en el experimento de largo
plazo en Paysandú, Uruguay (2005-2013).
Pero este mayor contenido de SOC en
capas superficiales fue diferente dependiendo del tipo de manejo de los sistemas de producción. Los tratamientos sin
retiro de residuos, tienden a tener más
concentración de SOC en superficie
comparados con los con mayor retiro de
residuos de cultivos, considerando la
rotación trigo-sorgo grano-maíz. En los
32
tratamientos de sorgo dulce continuo, la
estratificación es de las más altas, con
una relación de casi 2 (SOC0-5/SOC520). Considerando que en este cultivo
se extrae toda la biomasa generada por
el sorgo dulce, los bajos valores observados en el estrato inferior (5-20-cm),
hacen pensar en el poco aporte de las
raíces de estos cultivos.
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Los resultados con respecto al nitrógeno total, son similares a los observados con el SOC, pero para este nutriente no se detectaron tan altas estratificaciones. El experimento lleva solo 4
años de iniciado, y los efectos de los
últimos dos años sobre el carbono y nitrógeno del suelo probablemente no se
vean aún, por lo que es más que necesario que estos experimentos acumulen
años para ver realmente que esta sucediendo con estos dos indicadores de
calidad del suelo (Hermle et al., 2008).
El Cuadro 2 presenta el total de grano y/o residuos retirados de los diferentes sistemas agroenergéticos evaluados
en el proyecto. En la comparación dentro de la rotación de agricultura de grano (trigo-sorgo grano y maíz), se puede
observar que los mejores rendimientos
se lograron sin retiro de residuos (RR0),
llegando a las 28,7 Mg ha -1 de grano
producido en cuatro años de evalua-
ción. Por el contrario, si consideramos
que esta misma rotación, pero con el
retiro del 80% de los rastrojos, si bien
produjo menos grano (7% menos), produjo casi 4 Mg ha-1 año-1 de rastrojos que
luego serán transformados a etanol, que
se agrega a lo producido en grano.
Dentro de los tratamientos con sorgo
dulce continuo, se puede cuantificar que
la inclusión de cultivos de coberturas
invernales con avena o trébol alejandrino hizo aumentar la productividad del
sorgo dulce en un 10% en los cuatro
años evaluados comparado contra el
tratamiento sin cultivo cobertura (SD b).
Esto demuestra la importancia que tiene generar biomasa en el invierno, disminuyendo de esta manera la perdida
de suelo por erosión, incrementando la
fijación de carbono a través de los cultivos de cobertura y generando más biomasa para aumentar el agua en el verano por disminución de la evaporación.
Cuadro 2. Rendimientos totales (2009-2012) en grano, rastrojos cosechados de
trigo, sorgo grano y maíz, biomasa de tallos limpios de sorgo dulce y
biomasa seca de switchgrass en el ensayo de la EEMAC, Paysandú,
2013.
2009-2012
Rend. grano
(13%)
RR
Tratamientos
MS
Rastrojo
Tallos
frescos
——(Mg ha-1)—-
1
T-SG-M
0
28,7
2
T-SG-M
40
26,1
9,8
3
T-SG-M
80
26,8
6,0
4
T-SD-M
0
16,0
5
T-SD-M
80
15,9
6
SD b
112,1
7
SD Av
126,3
8
SD Ta
119,5
9
Sw
58,6
9,7
55,8
46,3
Referencias: T= Trigo, M= Maíz, SG= Sorgo grano, SD = Sorgo Dulce, Sw= Switchgrass,
RR= Retiro rastrojo, Av = Avena, TA= Trebol alejandrino, b= barbecho
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III Simposio Nacional de Agricultura
Cuadro 3. Rendimientos totales teóricos de etanol (2009-2012) y promedio por año a partir de
grano, rastrojos cosechados de trigo, sorgo grano y maíz, biomasa de tallos limpios
de sorgo dulce y biomasa seca de switchgrass en el ensayo de la EEMAC, Paysandú,
2013.
2009-2012
Etanol (L)
Tratamientos
RR
Grano
SD
Total
Etanol
-1
año
11624
2906
1
T-SG-M
0
11624
2
T-SG-M
40
10557
3986
14543
3636
3
T-SG-M
80
10869
6461
17329
4332
4
T-SD-M
0
6479
3514
9993
2498
5
T-SD-M
80
6433
3348
13691
3423
6
SD b
6728
6728
1682
7
SD Av
7576
7576
1894
8
SD Ta
7170
7170
1793
9
Switchgrass
15272
3818
El Cuadro 3 muestra la productividad
de los diferentes sistemas evaluados, en
rendimiento teórico de etanol por ha-1.
Como era de esperar, en base grano, la
productividad mayor se obtuvo en los
tratamientos de la rotación agrícola sin
retiro de rastrojos (RR0) llegando a los
2906 L etanol ha-1 año-1. Por otro lado a
esta secuencia, pero agregándole lo
cosechado de materia seca en su máxima cantidad (RR80), se lograron productividades que llegaron a los 4332 L
etanol ha -1 año -1. Por el contrario, las
rotaciones de sorgo dulce continuo presentaron valores muy inferiores a la secuencia anteriormente descripta, con
valores de productividad promedio de
1600-1900 L etanol ha-1 año -1. Por último cabe destacar la gran productividad
teórica de etanol que tuvo el cultivo de
switchgrass, que fue más de 3800 L etanol ha-1 año-1, considerando que además
los dos primeros años los valores de
rendimiento de MS por efecto de la implantación fueron bajos.
En resumen, dentro de las secuencias agrícolas para granos, se com-
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Rastrojo
3910
15272
prueba que el retiro de rastrojo afecta
negativamente el rendimiento del cultivo de verano siguiente (maíz o sorgo
grano). Por el contrario, para el trigo,
en la medida que haya una disminución
de la cantidad de residuos en el suelo,
el rendimiento tiende a aumentar. Este
retiro de residuos de cosecha trae como
consecuencia que los niveles de pérdida de suelo aumenten significativamente (al menos se duplican), poniendo en
riesgo el sistema de producción en el
mediano plazo.
La extracción de nutrientes depende
mucho de cuál sea el nutriente en cuestión. El N se extrajo más en las secuencias agrícolas para granos y con el retiro de 80% del rastrojo (710 kg N ha-1),
siendo muy bajo para el caso de los
monocultivos de sorgo dulce o switchgrass. Por el contrario, con respecto
al P, el switchgrass fue el que extrajo
más, en estos 4 años de evaluación,
llegando a los 218 kg P ha-1. Con respecto al K, el monocultivo de sorgo dulce, debido a su alto contenido de este
nutriente en los tallos, fue el sistema que
extrajo más K.
III Simposio Nacional de Agricultura
La mayor productividad de etanol se
obtuvo con la secuencia agrícolas para
granos y con el retiro de 80% del rastrojo (4332 L etanol ha -1 año -1 ), pero
poniendo muy en riesgo el sistema de
producción de etanol en el mediano plazo (balances de nutrientes y perdida de
suelo). Por el contrario, el switchgrass
presento muy altos valores teóricos de
etanol con muy baja o nula pérdida de
suelo, solo presentando un balance de
P negativo, pero fácilmente corregible
por el agregado de este nutriente.
Evaluación de cultivos perennes
lignocelulósicos
El experimento fue financiado por el
PDT-MEC 79.1 entre los años 2008 y
2009 y en la actualidad no tiene financiamiento. El suelo donde está instalado es un Argiudol típico de la Unidad
San Manuel con una profundidad de 6070 cm y 0,5% de pendiente. El experimento se inicio sobre campo reestablecido con predominancia de gramíneas
estivales en la primavera del 2008. La
información corresponde a algunos re-
sultados parciales de rendimiento y balance de nutrientes entre las especies
evaluadas para determinar los efectos
de diferentes manejos de los mencionados cultivos perennes estivales (fertilización, momento de corte) en rendimiento de biomasa y su impacto en diferentes aspectos relacionados al balance de
nutrientes. Las especies usadas son
pasto elefante (P. purpureum), arundo
(A. donax) y switchgrass (P. virgatum).
La Figura 13 presenta la productividad (promedio entre tratamientos de
cortes) de las diferentes especies evaluadas para la producción de energía.
Se concluye que la mejor especie en
términos de rendimiento en el promedio
de estos 4 años fue el pasto elefante.
Pero esto se logró en los primeros años
de evaluación. A partir del año 2011, los
rendimientos comenzaron a caer rápidamente, no siendo el régimen climático la razón más importante para este
comportamiento. Una de las razones,
fue que los tratamientos de dos cortes
por año comparados con los de un corte por año (datos no presentados), si
bien al inicio fueron los de mejores ren-
Figura 13. Producción de biomasa área de arundo, pasto elefante y switchgrass en el ensayo de
cantidad de cortes en la EEMAC (2007-2011)(promedio entre tratamientos; 1 o 2 cortes
por año).
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III Simposio Nacional de Agricultura
dimientos, hacia el último corte (2011),
fueron los de menores rendimientos,
probablemente debido a un uso más intensivo del cultivo. Puede suponerse
que el hecho de estar haciendo cortes
en enero y agosto, comenzó a debilitar
el sistema de reservas que tienen estas
especies perennes estivales. Pero resulta obvio que son nocesarios más
años de evaluación para tener mayor
certeza de estas afirmaciones. Las demás especies evaluadas, tuvieron un
comportamiento similar al del pasto elefante, pero esta caída de rendimientos
no fue tal hacia el último periodo de evaluación.
En lo que respecta a la exportación
de nutrientes (Figura 14), como era de
esperar, las mayores exportaciones se
lograron con la especie que rindió más
(pasto elefante) como fuera mencionado al analizar la Figura 13.
La Figura 15 presenta información
sobre el rendimiento del switchgrass
según nivel de N-P agregados. Como
puede observarse, las respuestas variaron según el año analizado. Para los
años 2009 y 2011, hubo respuesta al
agregado de N y P. Estos dos años, fueron los de más altos rendimientos, por
lo tanto, cuando las condiciones ambientales están dadas para producir altas cantidades de biomasa, esta especie demanda mucho nitrógeno y fósforo
del suelo para satisfacer sus necesidades.
Si consideramos que la biomasa de
switchgrass posee 18,5 GJ de energía
por Mg de biomasa y considerando que,
el promedio de producción de estos dos
experimentos, presentados anteriormente (nº de cortes y fertilización), fue
de aproximadamente 15 Mg ha -1 ,(sin
considerar el primer año de implantación), se estaría produciendo en la portera del establecimiento (no se consideran los otros gastos energéticos para
la producción de biocombustibles)
aproximadamente unos 280 GJ ha-1. Esto
significa 38 barriles de petróleo ha-1 al año.
Por lo tanto, este cultivo presenta un
excelente potencial para generar energía, lo que permitiría disminuir la importación de combustibles fósiles protegiendo al ambiente.
Figura 14. Extracción de nutrientes en la biomasa producida según especie estudiada (arundo,
pasto elefante y switchgrass) en el ensayo de cantidad de cortes en la EEMAC
(2007-2011).
36
´
III Simposio Nacional de Agricultura
Figura 15. Producción de biomasa áerea de switchgrass según fertilización N-P en el ensayo de
rotaciones de la EEMAC (2007-2011).
CONSIDERACIONES FINALES
Para los próximos años, se plantea
el desafío de producir energías alternativas a partir de productos generados
en el agro. En base a la incipiente información nacional que hemos obtenido, se
puede concluir que Uruguay tiene excelentes condiciones para embarcarse en
ser un país autosuficiente y exportador
de energía. La forma de que nos pongamos a producir estas fuentes de energía, será la clave del éxito o no de la
misma. Los cultivos perennes estivales
presentan un potencial muy alto para
generar biomasa y de mantener y/o aumentar la calidad del suelo y del ambiente. Estimando un área de 20.000 ha de
alguna especie lignocelulósica para la
producción de etanol se podría reducir
las importaciones de petróleo del Uruguay en un 8-10%, traduciéndose en un
ahorro de divisas al estado de más de
US$ 100 millones anuales. Además, estas especies no estarían compitiendo con
la producción de granos para alimentos,
al poder sembrarse en áreas donde la
agricultura no puede realizarse.
Por otro lado, se plantea la posibilidad de producir energía a partir de algo
que hoy casi no tiene valor comercial,
pero si tiene muchísimo valor para el
suelo, que son los rastrojos de los cultivos. Este potencial uso por parte de la
industria energética que puede instalarse en el futuro, podría distorsionar mucho nuestro sistema de producción de
granos, quitándole el calificativo de sostenible si comenzamos a vender este mal
llamado subproducto. La información de
conocer hasta donde podemos retirar residuos, si es que es posible, es crucial.
Otro punto fundamental, en lo que
respecta a la generación y uso de la biomasa, es el balance de nutrientes, pilar
elemental en la implementación de una
agricultura energética sustentable. Tendríamos que cambiar nuestra manera
de fertilizar y cambiar a una estrategia
de balance, para lograr que esta sea
sustentable en el largo plazo. Crecer
como país energéticamente independiente, nos pondría en un escalón superior al que estamos hoy, pero ello
dependerá de la capacidad e inteligencia que pongamos todos los involucra-
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III Simposio Nacional de Agricultura
dos para que estos nuevos «combustibles verdes» sean perdurables y así
enriquezcan nuestras futuras generaciones.
AGRADECIMIENTOS
El autor quiere agradecer a todos los
funcionarios de la EEMAC, en especial
a Juan Acevedo, Edith Elliot, Christian
Sawczuk, Juan y Julio Mosqueira y Reinaldo Quintana por la dedicación y esfuerzo en los trabajos de campo y laboratorio. A los investigadores que estuvieron involucrados en estos proyectos
en todos estos años: Luis Terzagui, Martin Rodriguez, David Gandolfo, Javier
Coitiño y Hernán Rodríguez. Al esfuerzo que hicieron es su trabajo de tesis:
Nicolas Fassana, Mauricio Rodríguez,
Luis Landechea, Francesca Serrentino,
Juan Grasso, Juan Rodríguez, Juan
Errandonea, Emiliano Díaz, Juan Gabrielli. A la empresa ALUR por el procesamiento de las muestras para calidad
del jugo del sorgo dulce y a los Ing. Agr.
Alfonso Marques y Juan Cano por donar semilla de diferentes cultivos.
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