III. AGROECOLOGÍA.BASES CIENTÍFICAS PARA UNA AGRICULTURA SUSTENTABLE. CAPÍTULO III. MIGUEL ALTIERI

Capítulo 3

El Agroecosistema: determinantes, recursos, procesos y sustentabilidad

Los términos agroecosistema, sistema agrícola y sistema agrario han sido utilizados para describir las actividades agrícolas realizadas por grupos de gente. Sistema de alimentación, en cambio, es un término más amplio que incluye producción agrícola, distribución de recursos, procesamiento y comercialización de productos dentro de una región y/o país agrícola (Krantz 1974). Obviamente, un agroecosistema se puede definir de muchas maneras, pero este libro se centra fundamentalmente en los sistemas agrícolas dentro de pequeñas unidades geográficas. De este modo, el énfasis está en las interacciones entre la gente y los recursos de producción de alimentos al interior de un predio o incluso un área específica. Resulta difícil delinear los límites exactos de un agroecosistema. Sin embargo, debería tenerse en mente que los agroecosistemas son sistemas abiertos que reciben insumos del exterior, dando como resultado productos que pueden ingresar en sistemas externos (Figura 3.1).

Una de las contribuciones importantes de la agroecología es llegar a algunos principios básicos relacionados con la estructura y función de los agroecosistemas:

1. El agroecosistema es la unidad ecológica principal. Contiene componentes abióticos y bióticos que son interdependientes e interactivos, y por intermedio de los cuales se procesan los nutrientes y el flujo de energía.

2. La función de los agroecosistemas se relaciona con el flujo de energía y con el ciclaje de los materiales a través de los componentes estructurales del ecosistema el cual se modifica mediante el manejo del nivel de insumos. El flujo de energía se refiere a la fijación inicial de la misma en el agroecosistema por fotosíntesis, su transferencia a través del sistema a lo largo de una cadena trófica y su dispersión final por respiración. El ciclaje biológico se refiere a la circulación continua de elementos desde una forma inorgánica (geo) a una orgánica (bio) y viceversa.

3. La cantidad total de energía que fluye a través de un agroecosistema depende de la cantidad fijada por las plantas o productores y los insumos provistos mediante su administración. A medida que la energía se transfiere de un nivel trófico a otro se pierde una cantidad considerable para la futura transferencia. Esto limita el número y cantidad de organismos que pueden mantenerse en cada nivel trófico.

4. El volumen total de materia viva puede ser expresado en términos de su biomasa.

La cantidad, distribución y composición de biomasa varía con el tipo de organismo, el ambiente físico, el estado de desarrollo del ecosistema y de las actividades humanas.

Una gran proporción del componente orgánico en el ecosistema esta compuesto de materia orgánica muerta (DOM), en el cual la mayor proporción esta compuesta de material de las plantas.

5. Los agroecosistemas tienden hacia la maduración. Estos pueden pasar de formas menos complejas a estados más complejos. Este cambio direccional es sin embargo inhibido en la agricultura moderna al mantener monocultivos caracterizados por la baja diversidad y la baja maduración.

6. La principal unidad funcional del agroecosistema es la población del cultivo.

Esta ocupa un nicho en el sistema, el cual juega un rol particular en el flujo de la energía y en el ciclaje de nutrientes, aunque la biodiversidad asociada también juega un rol funcional clave en el agroecosistema.

7. Un nicho dentro de un agroecosistema dado no puede ser ocupado simultánea e indefinidamente por una población autosuficiente de más de una especie.

8. Cuando una población alcanza los límites impuestos por el ecosistema, su número debe estabilizarse o, si esto no ocurre, debe declinar (a menudo bruscamente) debido a enfermedades, depredación, competencia, poca reproducción, etc.

9. Los cambios y las fluctuaciones en el ambiente (explotación, alteración y competencia) representan presiones selectivas sobre la población.

10. La diversidad de las especies esta relacionada con el ambiente físico. Un ambiente con una estructura vertical más compleja alberga en general más especies que uno con una estructura más simple. Así, un sistema silvicultural contendrá más especies que en un sistema basado en el cultivo de cereales. De manera similar, un ambiente benigno y predecible, alberga más especies que en un ambiente más impredecible y severo. Los agroecosistemas tropicales muestran una mayor diversidad que los templados.

11. En situaciones de cultivos que están aislados, las tasas de inmigración se tienden a equilibrar con las tasas de extinción. Mientras más cerca esté el cultivo isla a una fuente de población, mayor será la tasa de inmigración por unidad de tiempo. Mientras más grande sea el cultivo isla, mayor será su capacidad de carga para cada especie. En cualquier situación isla, la inmigración de las especies declina a medida que más especies se establecen y menos inmigrantes representan nuevas especies.

 

FIGURA 3.1. Estructura general de un sistema agrícola y su relación con los sistemas externos (según Briggs y Courtney 1985).

Clasificación de los agroecosistemas

Cada región tiene una configuración única de agroecosistemas que son el resultado de las variaciones locales en el clima, el suelo, las relaciones económicas, la estructura social y la historia (Tabla 3.1). De esta manera, un estudio acerca de los agroecosistemas de una región está destinado a producir tanto agriculturas comerciales como de subsistencia, utilizando niveles altos o bajos de tecnología, dependiendo de la disponibilidad de tierra, capital y mano de obra. Algunas tecnologías en los sistemas más modernos aspiran a la preservación de recursos (dependiendo de insumos bioquímicos), mientras que otras hacen hincapié en el ahorro de mano de obra (insumos mecánicos). Los agricultores tradicionales, pobres en recursos generalmente adoptan sistemas más intensivos, y hacen hincapié en el uso óptimo y reciclaje de los recursos escasos.

A pesar de que cada finca es distinta, muchas muestran una similitud familiar y de este modo se pueden agrupar como un tipo de agricultura o agroecosistema. Una zona con tipos de agroecosistemas similares se puede denominar como una región agrícola. Whittlesay (1936) reconoció cinco criterios para clasificar a los agroecosistemas de una región: (1) la asociación de cultivos y ganado; (2) los métodos para producir los cultivos y el ganado; (3) la intensidad en el uso de la mano de obra, capital, organización y la producción resultante; (4) la distribución de los productos para el consumo (ya sea que se utilicen para la subsistencia en la finca o para la venta) y (5) el conjunto de estructuras usadas para la casa y facilitar las operaciones de la finca.

Basados en estos criterios, en ambientes tropicales es posible reconocer siete tipos específicos de sistemas agrícolas (Grigg 1974, Norman 1979):

1. Sistemas de cultivo itinerante.

2. Sistemas semi-permanente de cultivo de secano.

3. Sistemas permanente de cultivo de secano.

4. Sistemas arables bajo riego.

5. Sistemas de cultivos perennes.

6. Sistemas con ganado-cultivo (alternando cultivos arables con sembrado de pasturas).

 

Claramente estos sistemas están siempre cambiando, forzados por la población itinerante, la disponibilidad de recursos, la degradación ambiental, el crecimiento económico o decaimiento, cambio político, etc. Estos cambios pueden ser explicados por las respuestas de los agricultores a las variaciones en el ambiente físico, precios de los insumos y productos, innovación tecnológica y crecimiento poblacional.

Por ejemplo la Tabla 3.2 ilustra algunos de los factores que influyen el cambio del sistema de cultivo itinerante a sistemas permanentes más intensivos de agricultura en Africa (Protheroe 1972).

Agroecosistemas y conceptos ecológicos del paisaje

Debido a la importancia del enfoque regional para el proceso de planificación en el diseño del paisaje, los principios ecológicos paisajistas se están aplicando en forma creciente a muchas obras de planificación agrícola a fin de mejorar la ecología y el paisaje, la dispersión de especies a lo largo de éste, la coordinación de la conservación natural y la administración agrícola (Bunce et al. 1993).

Los siguientes conceptos de ecología del paisaje tienen mucha importancia para el diseño y la administración de los agroecosistemas: Jerarquía en los paisajes. Los paisajes funcionan a diferentes niveles involucrando a distintos elementos en forma de complejos. Por una parte, se pueden estudiar todo un estanque o una cuenca o, por otra parte, dentro de ese paisaje se pueden analizar estructuras tales como un campo agrícola, un bosque con sus capas protectoras de tierra adyacentes y su interrelación. Un paisaje agrícola aparte de campos, pastizales y huertos, cuenta con ríos, bosques sembrados, praderas, parques, ciudades, etc. En estos paisajes hay una gran interacción entre seres humanos, suelos, plantas y animales; agua, aire, nutrientes y energía los cuales están en constante movimiento. El paisaje cambia con el proceso que afecta generalmente a extensas áreas más bien que a campos pequeños. Por lo tanto, según como estén ubicados los campos de cultivos y praderas en un paisaje pueden afectar la calidad del agua, aire, suelo y la biodiversidad de toda una región agrícola (Figura 3.2).

 

Gradientes. Los paisajes involucran cambios graduales y áreas de transición. Se reconoce que muchos elementos ecológicos no presentan límites estrictos entre cada uno; más bien se nivelan gradualmente en el tiempo y en el espacio. La importancia de los efectos de borde también han sido un aspecto integral de muchos estudios con aumentos en la diversidad y estructura. La estabilidad y la dinámica de tales sistemas se basan más bien en parámetros físicos que en biológicos. Este concepto se ha usado en la planificación y la conservación de la naturaleza, pero aún no se ha aplicado a los agroecosistemas.

Biodiversidad. Con la creciente presión sobre los hábitats seminaturales ha habido mucha inquietud acerca de la biodiversidad. Este es un concepto básico en la administración de los paisajes y en su planificación. A menudo se plantean objetivos y políticas para parques naturales y reservas de la naturaleza, con el objeto de mantener una alta biodiversidad existente. La biodiversidad es el resultado de los procesos históricos y, por lo tanto, se refiere a los procesos relacionados con el tiempo y el espacio. Las actividades humanas pueden perturbar o mantener alta la biodiversidad, dependiendo o de la interacción del hombre con la naturaleza, en particular, por medio de las prácticas agrícolas. Muchos ecosistemas naturales y seminaturales, que alguna vez cubrieron grandes zonas, han sido fragmentados y sus especies se encuentran amenazadas. Los enfoques de la ecología paisajista son especialmente útiles para la administración de tierras tropicales toda vez que se necesita una mezcla óptima en el uso y conservación de la tierra, a fin de satisfacer las necesidades alimenticias y de fibras y combustible, así como también de conservar los recursos naturales. Ni la preservación absoluta de viejos bosques, ni la conservación total hacia la administración en forma intensa de los sistemas, puede ser la solución deseada para la administración de la agricultura. Usando la tierra en forma de gradiente, siembra de bosques en forma de mosaico y campos agrícolas, es la estrategia más sensible para satisfacer las necesidades de producción y conservación.

Metapoblación. Representa el concepto de las interrelaciones entre las subpoblaciones en sembrados más o menos aislados dentro de un paisaje, ayudando a entender el impacto del aislamiento progresivo de zonas individuales de vegetación y sus poblaciones animales asociadas en el paisaje agrícola moderno. La extinción temporal y la recolonización son procesos característicos de la metapoblación.

Los recursos de un agroecosistema

Norman (1979) agrupó la combinación de recursos encontrados comúnmente en un agroecosistema en cuatro categorías:

Recursos naturales. Los recursos naturales son los elementos que provienen de la tierra, del agua, del clima y de la vegetación natural siendo explotados por el agricultor para la producción agrícola. Los elementos más importantes son el área del predio, lo que incluye su topografía, el grado de fragmentación de la propiedad, su ubicación con respecto a los mercados, la profundidad del suelo, la condición química y los atributos físicos; la disponibilidad de agua subterránea y en la superficie; pluviosidad promedio, evaporación, irradiación solar y temperatura (su variabilidad estacional y anual); y la vegetación natural que puede ser una fuente importante de alimento, forraje para animales, materiales de construcción o medicinas para los seres humanos, influyendo en la productividad del suelo de los sistemas de cultivos migratorios.

 

FIGURA 3.2 Efectos de la estructura del paisaje en la dinámica del agroecosistema.

Recursos humanos. Los recursos humanos están compuestos por la gente que vive y trabaja dentro de un predio y explota sus recursos para la producción agrícola, basándose en sus incentivos tradicionales o económicos. Los factores que afectan estos recursos incluyen: (a) el número de personas que el predio tiene que sustentar en relación con la fuerza de trabajo y su productividad, la cual gobierna el superávit disponible para la venta, trueque u obligaciones culturales; (b) la capacidad para trabajar, influida por la nutrición y la salud; (c) la inclinación al trabajo, influida por el nivel económico y las actitudes culturales para el tiempo libre; y (d) la flexibilidad de la fuerza de trabajo para adaptarse a variaciones estacionales en la demanda de trabajo, es decir, la disponibilidad de la mano de obra contratada y el grado de cooperación entre los agricultores.

Recursos de capital. Los recursos de capital son los bienes y servicios creados, comprados o prestados por las personas asociadas con el predio para facilitar la explotación de los recursos naturales para la producción agrícola. Los recursos de capital pueden agruparse en cuatro categorías principales: (a) recursos permanentes, como modificaciones duraderas a los recursos de tierra o agua orientados hacia la producción agrícola; (b) recursos semipermanentes o aquellos que se deprecian y tienen que ser reemplazados periódicamente como graneros, cercas, animales de tiro, herramientas;

(c) recursos operacionales o artículos de consumo utilizados en las operaciones diarias del predio, como fertilizantes, herbicidas, abonos y semillas; y (d) recursos potenciales o aquellos que el agricultor no posee pero de los que puede disponer teniendo que reembolsarlos en el tiempo, como el crédito y la ayuda de parientes o amigos.

Recursos de producción. Los recursos de producción comprenden la producción agrícola del predio como de los cultivos y el ganado. Estos se transforman en recursos de capital si se venden y los residuos (cultivos, abono) son insumos nutrientes reinvertidos en el sistema.

Procesos ecológicos en el agroecosistema

Cada agricultor debe manipular los recursos físicos y biológicos del predio para la producción. De acuerdo con el grado de modificación tecnológica, estas actividades influyen en los cinco procesos: energéticos, hidrológicos, biogeoquímicos, sucesionales y de regulación biótica. Cada uno puede evaluarse en términos de insumos, productos, almacenamiento y transformaciones.

Procesos energéticos

La energía entra en un agroecosistema como luz solar y sufre numerosas transformaciones físicas. La energía biológica se transfiere a las plantas mediante la fotosíntesis (producción primaria) y de un organismo a otro mediante la cadena trófica (consumo). A pesar de que la luz solar es la única fuente de energía principal en la mayoría de los ecosistemas naturales, también son importantes el trabajo humano y animal, los insumos de energía mecanizados (tales como el arado con un tractor). La energía humana forma la estructura del agroecosistema, por consiguiente el flujo de energía a través de decisiones acerca de la producción primaria y la proporción de esa producción se canaliza a los productos para el uso humano (Marten 1986).

Los diversos insumos de un sistema agrícola: radiación solar, mano de obra, trabajo de las máquinas, fertilizantes y herbicidas, se pueden convertir en valores energéticos.

Asimismo, los productos del sistema: vegetales y animales, también pueden expresarse en términos de energía. Debido a que el costo y la disponibilidad de la energía proveniente de los combustibles fósiles son cuestionables, los insumos y los productos se han cuantificado para diferentes tipos de agriculturas con el objeto de comparar su intensidad, rendimiento y productividad laboral y los niveles de bienestar que estos proporcionan.

Se han reconocido tres etapas en el proceso de intensificación de la energía en la agricultura (Leach 1976), de los cuales, hoy en día, se pueden encontrar ejemplos en diferentes partes del mundo: (a) preindustrial, sólo con insumos de mano de obra relativamente bajos; (b) semindustrial, con altos insumos de fuerza animal y humana; y (c) totalmente industrial, con insumos muy altos de combustibles fósiles y maquinaria. En los EE.UU. durante los últimos 50 años, se ha generalizado una disminución en la capacidad humana, asociada a la rápida intensificación de la energía en la explotación agrícola. Este proceso de intensificación ha sido también acompañado por un aumento en la densidad de energía. Bayliss-Smith (1982) en su análisis comparativo de siete tipos de sistemas agrícolas encontró que la eficiencia total de la utilización de la energía (relación de energía) disminuye a medida que la dependencia de los combustibles fósiles aumenta. De este modo, en una agricultura industrializada la ganancia neta de la energía proveniente de la agricultura es pequeña, debido a que se gasta mucho en su producción (Figura 3.3).

 

FIGURA 3.3. Relaciones de insumos, productos y energía de siete sistemas agrícolas. I. Sistema agrícola tradicional en Nueva Guinea (sistemas de cultivos migratorios, huertos domésticos), II. Sistema de explotación británico preindustrial (sistema de cereales/ovinos), III. Sistema agrícola de Java (huertos de taro, cocoteros y pesca), IV. Sistema pre-Revolución Verde del sur de la India (caña de azúcar, arroz, mijo, pastura de novillos), V. Postrevolución Verde del sur de la India (caña de azúcar, arroz, mijo y pastura de novillos). VI. Predio colectivo Ruso (papas, cereales, pastura), VII. Agricultura británica moderna (cereales, pastizales y pastos permanentes) (Bayliss-Smith 1982).

La productividad de los cultivos arables también depende del tipo y cantidad de subsidio de energía. La variación en los subsidios de energía y las etapas de intensificación de la energía están claramente presentadas en la Tabla 3.3. Una comparación entre las acumulaciones de energía para la producción de maíz en México y Guatemala y aquellas en los EE.UU. revela un número importante de detalles. El rendimiento de este último país es de alrededor tres a cinco veces más que en los primeros. Además, a medida que la mano de obra se ha ido reemplazando progresivamente, primero por la fuerza animal y luego por el combustible y la maquinaria, la dependencia energética aumenta casi 30 veces y la relación insumo-energía/producción energía disminuye en forma significativa.

Procesos biogeoquímicos

Los principales insumos biogeoquímicos de un agroecosistema son los nutrientes liberados del suelo, de la fijación del nitrógeno atmosférico por las leguminosas, de la fijación de nitrógeno no simbiótico (que es particularmente importante en el cultivo del arroz), de los nutrientes contenidos en la lluvia y en las aguas que fluyen constantemente, de los fertilizantes y nutrientes en los alimentos comprados por seres humanos, del forraje para el ganado o del abono animal.

Las salidas importantes incluyen nutrientes en cultivos y ganado consumidos o exportados desde el predio. Otras pérdidas se asocian con la lixiviación más allá de la zona de raíces, desnitrificación y volatilización del nitrógeno, pérdidas de nitrógeno y azufre hacia la atmósfera cuando se quema la vegetación, los nutrientes perdidos en la erosión del suelo causado por el escurrimiento o el viento y los nutrientes en excrementos humanos o del ganado que el predio pierde. Además, existe un almacenamiento bioquímico, que incluye al fertilizante almacenado y al abono acumulado, junto a los nutrientes en la zona radicular del suelo, el cultivo establecido, la vegetación y el ganado.

Durante la producción y el consumo, los nutrientes minerales se trasladan cíclicamente a través de un agroecosistema. Los ciclos de algunos de los nutrientes mas importantes (nitrógeno, fósforo y potasio), son bien conocidos en muchos ecosistemas naturales y agrícolas (Todd et al. 1986). Durante la producción, los elementos se transfieren del suelo a las plantas y animales y viceversa. Cada vez que la cadena del carbono se rompe separándose por una diversidad de procesos biológicos, los nutrientes vuelven al suelo donde pueden mantener la producción de las plantas (Marten 1986, Briggs y Courtney 1985).

 

Los agricultores sacan e incorporan nutrientes del agroecosistema cuando añaden elementos químicos o fertilizantes orgánicos (abono o compost) o remueven la cosecha o cualquier otro material vegetal del predio. En los agroecosistemas modernos, los nutrientes se reemplazan con fertilizantes comprados. Los agricultores de bajos ingresos que no pueden adquirir los fertilizantes comerciales, mantienen la fertilidad del suelo recolectando materiales nutritivos fuera de los campos cultivados, por ejemplo, abono recolectado en pasturas o recintos en los que se encierran los animales por la noche. Este material orgánico se complementa con hojarasca y otros materiales vegetales de los bosques cercanos. En regiones de América Central, los agricultores esparcen anualmente hasta 40 toneladas métricas de humus por hectárea, sobre los campos de hortalizas cultivadas en forma intensiva (Wilken 1977). Los materiales vegetales de desecho se convierten en compost con los desechos domésticos y el abono proveniente del ganado.

Otra estrategia para explotar la capacidad del sistema de cultivo es reutilizar sus propios nutrientes almacenados. En los agroecosistemas sembrados intercaladamente, la poca perturbación y los doseles cerrados promueven la conservación y el reciclaje de nutrientes (Harwood 1979). Por ejemplo, en un sistema agroforestal los minerales perdidos por los cultivos anuales son rápidamente absorbidos por los cultivos perennes.

Además, la propensión de algunos cultivos a quitar nutrientes, es contrarrestada al agregar materia orgánica de otros cultivos. El nitrógeno del suelo puede aumentarse al incorporar leguminosas en la mezcla y la asimilación del fósforo se puede incrementar, de cierto modo, en cultivos con asociaciones de micorrizas. La diversidad incrementada en los sistemas de cultivo se asocia generalmente con las zonas radiculares más extensas, lo que aumenta la captura de nutrientes. La optimización del proceso biogeoquímico requiere del desarrollo de una estructura del suelo y de una fertilidad adecuada, dependiendo de:

Adición regular de residuos orgánicos

Nivel de actividad microbial suficiente como para asegurar el decaimiento de los materiales orgánicos

Condiciones que aseguren la actividad continua de las lombrices de tierra y otros agentes estabilizadores del suelo

Cobertura proteccional de la vegetación

Procesos hidrológicos

El agua es una parte fundamental de todos los sistemas agrícolas. Además de su papel fisiológico, el agua influye en los insumos y las pérdidas de nutrientes a y desde el sistema por medio de la lixiviación y la erosión. El agua penetra en un agroecosistema en forma de precipitaciones, aguas que fluyen constantemente y por el riego; se pierde a través de la evaporación, la transpiración, del escurrimiento y del drenaje más allá de la zona de efectividad de las raíces de las plantas. El agua consumida por la gente y el ganado en el predio puede ser importante (por ejemplo, en los sistemas de pastoreo), pero generalmente es pequeña en cuanto a su magnitud.

El agua se almacena en el suelo, en donde es utilizada directamente por los cultivos y la vegetación, en forma de agua subterránea que puede extraerse para el uso humano, del ganado o de los cultivos y en almacenamientos construidos, tales como estanques del predio.

En términos generales, el equilibrio del agua dentro de un agroecosistema en particular, se puede expresar como: S = R + Li - Et - P - Lo + So donde S es el contenido de la humedad del suelo al momento de estudiarlo, R es el agua lluvia efectiva (agua lluvia menos intercepción), Li es el flujo lateral de agua hacia el suelo, Et es la evapotranspiración, P es la percolación profunda, Lo es el flujo de salida (escurrimiento) y So es el contenido de humedad original del suelo (Norman 1979, Briggs y Courtney 1985).

Todos estos factores son afectados por las condiciones del suelo, de la vegetación y por las prácticas agrícolas. El drenaje y la labranza agrícola, por ejemplo, aceleran las pérdidas por percolación profunda; la remoción de los cultivos aumenta la cantidad de lluvia que llega al suelo y reduce la evapotranspiración; los cambios en la estructura del suelo debido al control de residuos de labranza, la rotación de cultivos o el uso de abonos afecta la tasa de percolación y el flujo lateral. Uno de los controles principales de la acumulación de humedad en el suelo es ejercido por la cobertura de los cultivos, puesto que influye en los insumos y en las pérdidas ejercidas hacia y desde la humedad del suelo. Por ejemplo, el dejar el follaje cortado de las malezas como mulch, reduce las pérdidas de agua provenientes de la evapotranspiración y aumenta los contenidos de humedad del suelo.

 

En la agricultura de secano es importante saber que cuando R es mayor que Et, la zona de raíces se encuentra completamente cargada, definiendo así la temporada efectiva de crecimiento de cultivos. Durante este período, el escurrimiento y el drenaje pueden darse, influyendo en el nivel de lixiviación de los nutrientes solubles, la tasa de erosión del suelo, etc. Dentro de la escala: R + Et/2 a R = Et/10, la maduración y el crecimiento del cultivo dependen principalmente de la disponibilidad de la reserva de agua del suelo o del riego (Norman 1979).

En la mayoría de las zonas tropicales de secano el potencial agrícola de la zona depende de la duración de la temporada lluviosa y de la distribución de las precipitaciones durante este período. Los climas satisfactorios para los cultivos son aquellos en los que las precipitaciones exceden la evapotranspiración real durante por lo menos 130 días y la extensión de un ciclo de crecimiento promedio para la mayoría de los cultivos anuales. El número de meses húmedos consecutivos, es otro criterio ambiental importante. El potencial para el cultivo secuencial (bajo condiciones de secano) es limitado si existen menos de 5 meses húmedos consecutivos (Beets 1982).

La lluvia es el principal determinante del tipo de cultivo adoptado en el sistema de cultivos local. En Africa, en donde la precipitación anual es más de 600 mm, los sistemas de cultivo se basan por lo general en maíz. En Asia tropical, donde la precipitación es más de 1.500 mm/año con al menos 200mm/mes de lluvia durante tres meses consecutivos, los sistemas de cultivo se basan por lo general en el arroz. Puesto que el arroz necesita más agua que otros cultivos y debido a que es el único que tolera las inundaciones, solo se planta en el momento de máxima precipitación. Con el objeto de utilizar la humedad residual y las mayores intensidades de luz durante la temporada seca (Figura 3.4), se puede plantar una combinación de cultivos en mesetas al comienzo o al final de las lluvias. Los sistemas de cultivos mixtos como el maíz y el maní, por ejemplo, a menudo utilizan mejor el final de la temporada lluviosa (sistema II en la Figura 3.4.).

Otra posibilidad es la de combinar un sistema de cultivo doble y de relevo en el que el arroz trasplantado se establece lo más temprano posible (sistema III en la Figura 3.4.). Al arroz le siguen los caupíes cultivados utilizando técnicas de labranza mínima y cucurbitáceas que se siembran posteriormente en relevo (Beets 1982).

Procesos sucesionales

La sucesión, el proceso por el cual los organismos ocupan un sitio y modifican gradualmente las condiciones ambientales de manera que otras especies puedan reemplazar a los habitantes originales, se modifica radicalmente con la agricultura moderna.

Los campos agrícolas generalmente presentan etapas sucesivas secundarias en las que una comunidad existente es perturbada por la deforestación y el arado para establecer en el lugar una comunidad simple, hecha por el hombre. La Figura 3.5ª ilustra lo que ocurre cuando la sucesión se simplifica con el establecimiento de los monocultivos. En la agricultura convencional, la tendencia natural hacia la complejidad se detiene utilizando productos agroquímicos (Savory 1988). Al sembrar policultivos, la estrategia agrícola acompaña la tendencia natural hacia la complejidad; el incremento de la biodiversidad del cultivo tanto sobre como debajo del suelo imita la sucesión natural y así se requieren menos insumos externos para mantener la comunidad del cultivo (Figura 3.5b).

Procesos de regulación biótica

El control de la sucesión (invasión de plantas y competencia) y la protección contra las plagas de insectos y enfermedades son los principales problemas en la mantención de la continuidad de la producción en los agroecosistemas. Los agricultores han usado diversos métodos en forma universal. Estos son: ninguna acción, acción preventiva (usos de variedades de cultivos resistentes, manipulación de fechas de siembra, espaciamiento en hileras, modificación del acceso de plagas a las plantas) o la acción sucesiva (pesticidas químicos, control biológico, técnicas culturales). Las estrategias ecológicas del control de plagas generalmente emplean una combinación de estos tres métodos, que apuntan a hacer del campo un lugar menos atractivo para las plagas, convirtiendo el ambiente en inadecuado para éstas pero favorable para los enemigos naturales, interfiriendo con el movimiento de las plagas de un cultivo a otro o alejándolas de los cultivos. Todos estos métodos se discutirán en los capítulos 13, 14 y 15, puesto que atañen al control de los insectos, malezas y enfermedades de las plantas en los agroecosistemas.

Los científicos que perciben el agroecosistema como el resultado de la convolución entre los procesos sociales y naturales, establecen que los procesos ecológicos mencionados corren paralelamente y son interdependientes con un flujo socioeconómico, tal como el desarrollo y/o adopción de sistemas y tecnologías agrícolas que son el resultado de las interacciones entre los agricultores con sus conocimientos y su entorno biofísico y socioeconómico. El entendimiento de esta coevolución y el patrón de flujo paralelo e interdependiente provee la base para el estudio y el diseño de agroecosistemas sustentables.

La estabilidad de los agroecosistemas

Con la agricultura convencional los seres humanos han simplificado la estructura del ambiente sobre vastas áreas, reemplazando la diversidad de la naturaleza con un número de plantas cultivadas y animales domésticos. Este proceso de simplificación alcanza una forma extrema en un monocultivo. El objetivo de esta simplificación es el de aumentar la proporción de energía solar, fijada por las comunidades de plantas que está directamente disponible para los seres humanos.

Los componentes predominantes son plantas y animales seleccionados, multiplicados, criados y cosechados por hombres con un propósito particular. En comparación con los ecosistemas no controlados, la composición y estructura de los agroecosistemas es simple. La biomasa vegetal esta compuesta por stands de cultivos, generalmente con predominio de un cultivo principal dentro de límites bien definidos. Mientras que un cultivo puede ser sembrado debajo de otro, como en el caso de pastizales bajo cereales, cultivos o huertos frutales, en este último caso existe sólo una capa o estrato formado por el propio cultivo. El número de especies que ha sido seleccionado es notablemente pequeño dada la biodiversidad mundial de los recursos. Sólo unas once especies de plantas responden por alrededor del 80% del suministro alimenticio mundial. Entre éstas, los cereales han predominado en el desarrollo de la agricultura. Estos proveen más del 50% de la producción mundial de proteínas y energía, y más del 75% si se incluyen los granos dados como alimento a los animales. En comparación, los cultivos en los campos, los pastos/leguminosas para forraje y los cultivos de árboles representan una porción relativamente pequeña del total de la biomasa agrícola.

El resultado neto es un ecosistema artificial que requiere de la intervención humana constantemente. La preparación comercial de un semillero y la siembra mecanizada reemplazan los métodos naturales de esparcimiento de semillas; los plaguicidas químicos reemplazan los controles naturales sobre las poblaciones de malezas, plagas y agentes patógenos; además la manipulación genética reemplaza los procesos naturales de la evolución y selección de plantas. Incluso la descomposición se altera toda vez que la planta se cosecha y la fertilidad del suelo se mantiene, no mediante el reciclaje de nutrientes, sino con fertilizantes. A pesar de que los agroecosistemas modernos han demostrado estar capacitados para mantener una población creciente, existe una prueba considerable de que el equilibrio ecológico en esos sistemas artificiales es más frágil.

El por qué de la inestabilidad de los sistemas modernos

La explicación para esta inestabilidad potencial debe buscarse según los cambios impuestos por la gente. Estos cambios han removido ecosistemas de cultivos desde el ecosistema natural hasta el punto en que ambos se han vuelto impresionantemente diferentes en estructura y función (Tabla 3.4).

Los ecosistemas naturales reinvierten una proporción fundamental de su productividad para mantener su estructura física y biológica necesaria para sustentar la fertilidad del suelo y la estabilidad biótica. La exportación de alimentos y cosechas limita dicha reinversión en los agroecosistemas, haciéndolos sumamente dependientes de los insumos externos para lograr el ciclaje de nutrientes y la regulación de poblaciones (Cox y Atkins 1979).

Se ha establecido que la diversidad biótica y la complejidad estructural proporcionan un ecosistema maduro y natural con un grado de estabilidad en un ambiente fluctuante (Murdoch 1975). Por ejemplo, severas alteraciones en el ambiente físico externo, como un cambio en la humedad, temperatura o la luz, probablemente no dañen al sistema debido a que en una biota diversa existen numerosas alternativas para la transferencia de energía y nutrientes. En consecuencia, el sistema puede ajustarse y continuar funcionando después de la alteración con escasa, si la hay, desorganización detectable. De igual modo, los controles bióticos internos (como las relaciones depredador/presa) evitan las oscilaciones destructivas en poblaciones de plagas, promoviendo además la estabilidad total del ecosistema natural. La estrategia agrícola moderna puede considerarse como un retroceso de la secuencia sucesiva de la naturaleza. Estos ecosistemas modernos, a pesar de su alto rendimiento para la humanidad, llevan consigo las desventajas de todos los ecosistemas inmaduros. Particularmente estos sistemas carecen de la capacidad para ciclar los nutrientes, conservar el suelo y regular las poblaciones de plagas. El funcionamiento del sistema depende, de este modo, de la continua intervención humana. Incluso los cultivos seleccionados para una siembra frecuente no se pueden reproducir sin la ayuda de los hombres, mediante la siembra, y son incapaces de competir contra especies de malezas sin un constante control. Sin embargo, existe una gran variabilidad en el grado de diversidad, estabilidad, control humano, eficiencia de la energía y productividad entre los distintos tipos de agroecosistemas (Figura 3.6).

 

Control artificial de los agroecosistemas modernos

Para mantener los niveles normales de productividad tanto de largo como de corto plazo, los agroecosistemas modernos requieren considerablemente más control ambiental que los sistemas agrícolas orgánicos tradicionales (Figura 3.7). Los sistemas modernos necesitan grandes cantidades de energía importada para realizar el trabajo generalmente efectuado por los procesos ecológicos en sistemas menos perturbados.

Así, a pesar de ser menos productivos que los monocultivos modernos, los policultivos tradicionales generalmente son más estables y más energéticos (Cox y Atkins 1979). En todos los agroecosistemas los ciclos de tierra, aire, agua y desechos se han vuelto abiertos, en mayor proporción en los monocultivos comerciales industrializados que en los sistemas de explotación agrícola diversificados de pequeña escala, dependientes de la fuerza humana/animal y de los recursos locales.

Estos sistemas agrícolas no sólo difieren en sus niveles de productividad por zona o por unidad de mano de obra o insumo, sino que además difieren en propiedades más fundamentales. Resulta aparente que, si bien la nueva tecnología ha aumentado enormemente la productividad en el corto plazo, ha disminuido también la sustentabilidad, la equidad, la estabilidad y la productividad del sistema agrícola (Figura 3.8) (Conway 1985). Estos indicadores se definen de la siguiente manera:

Sustentabilidad se refiere a la capacidad de un agroecosistema para mantener la producción a lo largo del tiempo, a pesar de las restricciones ecológicas y socioeconómicas a largo plazo.

Equidad mide cuan equitativamente están distribuidos los productos del agroecosistema entre los productores y los consumidores locales (Conway). Sin embargo, la equidad es mucho más que una simple cuestión de un ingreso adecuado, de buena nutrición o cantidad satisfactoria de tiempo libre (Bayliss-Smith 1982). Para algunos la equidad se logra cuando el agroecosistema satisface razonablemente las demandas de alimento sin aumentar el costo social de producción. Para otros, la equidad se alcanza cuando la distribución de oportunidades o ingresos dentro de comunidades productoras mejora (Douglas 1984).

 

 

Estabilidad es la constancia productiva dada bajo un conjunto de condiciones ambientales, económicas y administrativas (Conway 1985). Algunas presiones ecológicas, como las condiciones meteorológicas, son rígidas limitaciones en el sentido de que el agricultor virtualmente no puede modificarlas. En otros casos, el agricultor puede mejorar la estabilidad biológica del sistema eligiendo cultivos más adecuados o desarrollando métodos de cultivos que mejoren los rendimientos.

La tierra se puede regar, aplicar mulch, abonar o rotar o se pueden plantar los cultivos en combinaciones para mejorar la estabilidad del sistema. El agricultor puede complementar la mano de obra familiar con animales o máquinas o empleando la mano de obra de otra gente. De ese modo, la respuesta exacta depende tanto de los factores sociales como también del medio ambiente. Por esta razón, el concepto de estabilidad debe expandirse para adoptar consideraciones socioeconómicas y de administración. A este respecto, Harwood (1979a) define otras tres fuentes de estabilidad:

1. Estabilidad del Manejo se deriva de la elección del conjunto de tecnologías que mejor se adapten a las necesidades y recursos del agricultor. Originalmente, la tecnología industrial generalmente aumenta el rendimiento, a medida que menos tierra se deje para barbecho y se pasen por alto las limitaciones bióticas, de suelo y de agua. No obstante, siempre existe un elemento de inestabilidad asociado a las nuevas tecnologías. Los agricultores están profundamente conscientes de esto y su resistencia al cambio a menudo tiene una base ecológica.

2. Estabilidad económica se asocia con la capacidad del agricultor para predecir los precios de los insumos y los productos en el mercado y mantener el ingreso del predio. Dependiendo de lo avanzado de este conocimiento, el agricultor realiza trueques (tradeoffs) entre la producción y la estabilidad. Para estudiar la dinámica de la estabilidad económica en los sistemas agrícolas, se debe obtener la información total de la producción, de los rendimientos de los productos importantes, del flujo comercial, del ingreso no proveniente del predio, del ingreso neto y de la fracción total de la producción que el agricultor vende o comercia.

 

3. Estabilidad cultural depende de la mantención del contexto y la organización sociocultural que ha nutrido al agroecosistema durante generaciones. El desarrollo rural no puede lograrse cuando se aisla del contexto social, por lo tanto debe adaptarse a las tradiciones locales.

Productividad es una medida cuantitativa de la tasa y la cantidad de producción por unidad de tierra o insumo. En términos ecológicos, la producción está referida hacia la cantidad de rendimiento o producto final, es el proceso mediante el cual se obtiene el producto final. Al evaluar la producción de un predio pequeño, a veces se olvida que la mayoría de los agricultores consideran más importante reducir el riesgo que aumentar al máximo la producción. Los pequeños agricultores generalmente están más interesados en optimizar la productividad de los escasos recursos agrícolas que en aumentar la productividad de la tierra o de la mano de obra. También los agricultores eligen una tecnología de producción determinada basándose en decisiones tomadas para todo el sistema agrícola y no sólo para un cultivo en particular (Harwood 1979). El rendimiento por área puede ser un indicador de la tasa y la constancia de la producción, pero también se puede expresar en otras maneras; por ejemplo, por unidad del insumo de mano de obra, por unidad de inversión comercial o como la relación de la eficiencia de la energía. Cuando se analizan los patrones de producción utilizando relaciones de energía, resulta claro que los sistemas tradicionales son extraordinariamente más eficientes que los agroecosistemas modernos (Pimentel y Pimentel 1979). Es común que un sistema comercial agrícola muestre relaciones de insumo/producto de tres/uno, mientras que los sistemas agrícolas tradicionales muestran relaciones de 10-15/uno.

La vulnerabilidad total de los agroecosistemas modernos simplificados está bien ilustrada por la epidemia del tizón que devastó el cultivo del maíz en el Sur de los Estados Unidos en 1970 y por la destrucción de millones de toneladas de trigo en los Estados del medio oeste en 1953 y 1954 por la raza 15B de Puccinia graminis f. sp. tritici (Baker y Cook 1974). La epidemia de las papas y la hambruna subsiguiente en Irlanda a mediados del siglo XIX, nos hace recordar que, no se puede depender de una comunidad de cultivos altamente simplificada y en grandes áreas como medio de producción alimenticio. Un cuadro alarmante surge de un informe preparado por el Consejo Nacional de Investigaciones de la Academia Nacional de Ciencias sobre el grado de uniformidad genética y de vulnerabilidad a epidemias que muchos cultivos han alcanzado (Adams et al. 1971). Esta inclinación a la uniformidad es aparente en la tendencia de los agricultores en la Postrevolución Verde a sembrar una sola variedad de alto rendimiento en lugar de diversas variedades tradicionales.

La intensificación de la agricultura es una prueba crucial de la elasticidad de la naturaleza. No sabemos por cuanto tiempo más pueden los hombres seguir aumentando la magnitud del subsidio natural sin agotar los recursos naturales y causar una mayor degradación ambiental. Antes de que descubramos este punto crítico por medio de la experiencia desafortunada, deberíamos esforzarnos para diseñar agroecosistemas que se comparen en estabilidad y productividad con los sistemas naturales (Cox y Atkins 1979). Esta es la fuerza impulsora de la agroecología.

Evaluación del estado ecológico y la sustentabilidad de los agroecosistemas

La mayoría de las definiciones de sustentabilidad incluyen por lo menos tres criterios:

Mantención de la capacidad productiva del agroecosistema.

Preservación de la diversidad de la flora y la fauna.

Capacidad del agroecosistema para automantenerse.

Una característica de la sustentabilidad es la capacidad del agroecosistema para mantener un rendimiento que no decline a lo largo del tiempo, dentro de una amplia gama de condiciones. La mayoría de los conceptos de sustentabilidad requieren el rendimiento continuo y la prevención de la degradación ambiental. Estas dos demandas a menudo se presentan como si fueran mutuamente incompatibles. La producción agrícola depende de la utilización de los recursos mientras que la protección ambiental requiere algún grado aceptable de conservación. El problema es que existe un período de transición antes de que se logre la sustentabilidad y de ese modo, la rentabilidad en la inversión en técnicas agroecológicas puede no ocurrir inmediatamente (Figura 3.9). Un desafío para la evaluación de la salud de los agroecosistemas es el de asegurar un monitoreo equilibrada de la productividad y de la integridad ecológica del sistema. Históricamente, la evaluación de los sistemas agrícolas se ha centrado en la cuantificación de la producción de alimentos y fibras, y hasta cierto punto en el estado, condición y tendencias del suelo, del agua y de los recursos relacionados.

La evaluación del estado de los componentes o procesos biológicos esenciales de los agroecosistemas ha sido extraordinariamente deficiente.

En un intento por desarrollar un planteamiento más holístico para evaluar la condición agroecológica de los agroecosistemas, Meyer et al. (1992) identificó tres parámetros de avaluación que constituyen expresiones cuantificadas del cambio ambiental.

Estos parámetros son:

Sustentabilidad. Capacidad para mantener un nivel de productividad de los cultivos a través del tiempo sin exponer los componentes estructurales y funcionales de los agroecosistemas.

Contaminación de los recursos naturales. Alteración de la calidad del aire, agua y suelo causada por los insumos o productos de los agroecosistemas.

Calidad del paisaje agrícola. Diversas formas en que los modelos agrícolas para el uso de la tierra modifican el panorama e influyen en los procesos ecológicos.

 

Los indicadores que se consideran normalmente para el monitoreo agroecológico se muestran en la Tabla 3.5, asociados a los parámetros de evaluación.

Dentro de los primeros se seleccionaron cinco importantes indicadores para la evaluación inicial:

Productividad del cultivo. Estima la eficiencia de los insumos al lograr el rendimiento deseado como asimismo de los productos ambientales benéficos o perjudiciales.

Productividad del suelo. Para la renovabilidad del recurso suelo que necesariamente se degrada al extraerle su riqueza, el nivel máximo sustentable de uso (MSU), es equivalente a su tasa de renovación. La curva en la Figura 3.10 describe la relación general entre el MSU del suelo agrícola y el stock (profundidad del suelo).

Mientras que la profundidad del suelo se mantiene suficientemente mayor que la profundidad de las raíces de los cultivos y otras plantas, la pérdida del suelo tiene poco o ningún efecto negativo sobre la productividad, no obstante, ésta disminuye con la profundidad del suelo inferior a este umbral. En principio, los insignificantes costos de la pérdida del suelo por la erosión pueden hacerse excesivos a medida que el suelo disminuye por debajo de este umbral (llamado punto crítico, C).

En términos prácticos, la productividad del suelo se caracteriza por la capacidad para retener nutrientes, biota del suelo, grado de contaminación y tasa de erosión. 

 

Cantidad y calidad de agua para riego: se señalan dos aspectos: (1) los impactos de la calidad y cantidad de agua sobre la condición ecológica de los agroecosistemas regados y (2) los impactos del control del agroecosistema sobre la calidad y cantidad de agua.

Abundancia y diversidad de los insectos benéficos: presencia y frecuencia de depredadores, parásitos y agentes polinizadores.

Uso de productos químicos para la agricultura: efectos sobre las producciones de los cultivos y sobre los sectores que no son un objetivo del agroecosistema y ecosistemas adyacentes.

Diversidad genética: nivel de diversidad genética y tasas de erosión genética de los cultivos.

Al utilizar otro conjunto de indicadores biofísicos y socioeconómicos, los científicos (NRC 1993) que evaluan los diversos atributos de los agroecosistemas tropicales adoptaron un esquema de trabajo para comparar los atributos y contribuciones potenciales para la sustentabilidad de varios sistemas de uso de la tierra (Tabla 3.6).

A pesar de que utilizaron varios factores fisicoquímicos, biológicos, sociales, culturales y económicos para analizar el rendimiento y el potencial del sistema, reconocieron que es difícil categorizar y cuantificar muchos aspectos de la sustentabilidad agrícola y, por tanto, ofrecieron estos valores cualitativos a cada atributo.

Uno de los pocos intentos que se han hecho hasta ahora para cuantificar la sustentabilidad, es el estudio de Faeth et al. (1991) mediante el cual se comparó la economía de los sistemas de producción alternativos y convencionales en Pensilvania y Nebraska cuando los recursos naturales son contabilizados, en especial, la depreciación del suelo. Los autores usaron un método para la contabilización de los recursos naturales utilizando datos económicos, para llegar de manera simple a mediciones cuantitativas de sustentabilidad. La productividad del suelo, la utilidad del predio, los impactos ambientales regionales y los costos fiscales pueden ser incluídos dentro del esquema de contabilidad de los recursos naturales.

Las Tablas 3.7 a y b comparan el ingreso agrícola neto y el valor económico neto de maíz- soya de Pensilvania, con y sin la contabilidad del recurso natural. La Tabla 3.7, columna 1, muestra un análisis financiero convencional del ingreso agrícola neto. El margen bruto de operación, los costos de producción menos variables de las ventas de los cultivos, aparece en la primera columna (US$ 45). Debido a que los análisis convencionales no consideran la reducción de los recursos naturales, el margen bruto y el ingreso de operación agrícola neto son los mismos. Los subsidios gubernamentales (US$ 35) se añaden para obtener un ingreso neto (US$ 80). Cuando se incluye la contabilidad de los recursos naturales, el margen bruto de operación se reduce por la rebaja de depreciación del suelo (US$ 25) para obtener un ingreso agrícola neto (US$ 20) (véase la Tabla 3.7 a). La rebaja por depreciación es una estimación del valor actual de las pérdidas de ingreso futuras debidas al impacto de la producción de cultivos sobre la calidad del suelo. El mismo pago gubernamental se añade para determinar el ingreso agrícola neto (US$ 55).

 

 

El valor económico neto descuenta US$ 47 a manera de ajuste para costos ambientales fuera del lugar (como la sedimentación, los impactos en la recreación, zonas pesqueras y los impactos sobre los usuarios de aguas abajo). El valor económico neto incluye también la rebaja por depreciación del suelo dentro del sitio, pero excluye pagos por la mantención del ingreso (véase la Tabla 3.7 b). Los agricultores no pueden mantener los costos fuera del sitio directamente, pero estos son, no obstante, costos económicos reales atribuibles a la producción agrícola y deberán considerarse al calcular el valor económico neto. Los pagos de subsidios, por el contrario, son una transferencia de los contribuyentes a los agricultores, no un ingreso generado por la producción agrícola, y por lo tanto, se excluyen de los cálculos del valor económico neto. En este ejemplo, cuando se realizan estos ajustes, una ganancia de US$ 80 en contabilidad financiera convencional pasa a ser una pérdida de US$ 27 en una contabilidad económica más completa.