Localización

La investigación se realizó en la Estación Agropecuaria-Universidad Técnica Particular de Loja (EA-UTPL), ubicada en el sector de Cajanuma, al sur del cantón Loja, a 9 km desde la ciudad de Loja, por la vía a Vilcabamba. La EA-UTPL forma parte de la zona de amortiguamiento del Parque Nacional Podocarpus. Se ubica en las coordenadas X: -4,0886 y Y: -79,2066 (^{Google Maps, 2018}) a una altura de 2.300 m s.n.m. Además, presenta medias anuales de temperatura y precipitación de 15,4 °C y 780 mm, respectivamente, según datos de la Estación Meteorológica “La Argelia” (^{TuTiempo.net, 2017}).

Diseño experimental

Se usó un diseño de bloques al azar para evaluar los tratamientos en los dos sistemas de producción: FVH y CA, en cada uno de los cuales se cultivó trigo (Triticum vulgare L.) y avena (Avena sativa L.). Se realizaron tres parcelas o repeticiones por tratamiento. Los tratamientos se identificaron con la siguiente convención:

En el sistema de producción CA las parcelas de estudio tuvieron dimensiones de 2,5 x 1,0 m. La siembra se realizó a chorro continuo, con una separación entre surcos de 20 cm (^{Martínez-Frías, 2012}). Al inicio de la siembra se fertilizaron todas las parcelas con fertiforraje, que es un fertilizante comúnmente utilizado en la producción de este tipo de sistemas; la segunda fertilización se realizó a los 45 días después de la siembra (dds) (^{Garófalo et al., 2011}; ^{Villaseñor-Mir et al., 2003}), cosechando en la etapa de llenado de grano que se caracteriza por presentar las primeras espigas y es cuando el cultivo presenta la mayor calidad (^{Ramírez-Ordóñez et al., 2013}).

En el sistema FVH la siembra se realizó en bandejas plásticas de 0,40 x 0,60 m. La dosis de semilla húmeda utilizada en avena fue de 6,4 kg/m² (^{Fuentes et al., 2011}) y en trigo, de 4,8 kg/m² (^{Cerrillo-Soto et al., 2012}). Previo a la siembra, se desinfectaron las semillas y las bandejas con una solución de hipoclorito de sodio al 1% (10 mL/L de agua) durante 30 s (^{FAO, 2001}). Se enjaguaron las semillas con agua limpia y se dejó en remojo por 24 h para su hidratación y posterior siembra en bandejas, manteniéndolas en la oscuridad hasta su germinación. Desde los 5 a los 12 d se aplicaron soluciones de macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg y S) y micronutrientes (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Cl, Mo), con concentraciones de 1,25 y 0,5 mL/L, respectivamente (^{Maldonado-Torres et al., 2013}; ^{Núñez-Torres et al., 2017}), realizándose ocho riegos al día (^{FAO, 2001}), para cosechar a los 15 dds (^{Fuentes et al., 2011}).

Variables evaluadas

Producción de biomasa

Se registró el peso fresco o materia verde (MV) de los dos cultivos y sistemas productivos al momento de la cosecha, y se calculó el equivalente de la producción de forraje de trigo y de avena por cada metro cuadrado de superficie (^{Cerrillo-Soto et al., 2012}) y se extrapoló para un año; después se determinó el porcentaje de materia seca (MS) (^{Harris, 1970}). La misma metodología se usó tanto para el sistema de FVH como a CA.

Ecuación 1

Análisis beneficio/costo (B/C)

Se analizaron los indicadores de tipo financiero por m² y por año, considerando las inversiones iniciales de instalación de los sistemas y los gastos totales en materiales e insumos de todas las producciones (24 de FVH y 6 a CA), como arriendo de terreno, mano de obra, semillas, soluciones nutritivas, bandejas, sistema de riego, entre otras; se realizó la depreciación de los componentes del sistema de riego (bombas, mangueras, etc.) y estructuras metálicas. El beneficio se calculó de acuerdo con la proyección de ingresos proporcionales al rendimiento (^{Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo [CIMMYT], 1988}); para el área de un metro por año de producción de cada sistema, se tomó el dato de valor de venta del forraje en el mercado local en el 2018 (1,09 por kg de forraje). Además, se utilizó la siguiente fórmula:

Ecuación 2

Para que el análisis sea favorable, se requiere que el cociente B/C sea mayor a 1 (^{Infante-Villarreal, 1984}). Datos iguales a 1 indican un equilibrio, mientras que los menores a 1, pérdida.

Análisis estadístico

Las variables de AP, producción de biomasa por metro cuadrado por año, contenido de PC entre los cultivos y sistemas de producción se sometieron a ANOVA de una vía con la prueba de medias de Tukey (p < 0,05), usando el software estadístico SPSS 24.0.

Altura de planta

En el sistema de FVH, la AP media registrada al final del ciclo (14 a 16 d) fue mayor (p < 0,05) en 2,08 cm para el trigo al compararse con la avena (figura 1).

Fuente: Elaboración propia

Figura 1 Altura de las plantas de trigo y avena en el sistema de FVHLas columnas de la figura representan la media de tres repeticiones de la altura en centímetros. Las barras representan el error estándar de las medias. Letras minúsculas distintas significan diferencias significativas entre los tratamientos. Trigo FVH = trigo en sistema de forraje verde hidropónico; Avena FVH = avena en sistema de forraje verde hidropónico. 

Figura 1. Altura de las plantas de trigo y avena en el sistema de FVH.

En el sistema de FVH la AP de trigo fue 17,67 cm, similar a los 18,94 cm obtenidos por ^{Sánchez del Castillo et al. (2013)} para el mismo cultivo. Por el contrario, ^{Maldonado-Torres et al. (2013)} reportaron 14,85 cm para trigo en México, diferencia de altura que se debe a la mayor densidad de siembra de la presente experiencia, que ocasionó competencia de luz y consecuentemente etiolación. La AP de la avena (15,59 cm) fue menor a los 19,5 cm reportados por ^{Fuentes et al. (2011)} para el mismo cultivo en condiciones similares. ^{Abarca-Reyes et al. (2016)} afirmaron que el FVH de avena se cosecha desde los 14 d y con altura de 20 a 25 cm, datos similares en días de cosecha a este trabajo (14 a 16 d), pero diferentes en altura; los menores valores pueden estar relacionados a las diferencias en el porcentaje de sombra de cada lugar y sistema. En este aspecto, las mayores alturas podrían estar en relación directa con la producción, pero no necesariamente con la calidad nutricional del forraje. Por ejemplo, ^{Salas-Pérez et al. (2010)} observaron que el mayor contenido de proteína se presenta en las etapas iniciales; después, existe una disminución de proteína en el FVH debido a la maduración de la planta.

En el sistema CA, la AP media registrada al final del ciclo (45 d) fue mayor (p < 0,05) en 2,08 cm para el cultivo de avena, al compararse con el trigo (figura 2).

Fuente: Elaboración propia

Figura 2 Altura de la planta de trigo y avena en el sistema de CALas columnas de la figura representan la media de tres repeticiones de la altura en centímetros. Las barras representan el error estándar de las medias. Letras minúsculas distintas significan diferencias significativas entre los tratamientos. Trigo CA = trigo en sistema de campo abierto, avena CA = avena en sistema de campo abierto. 

La AP de la avena CA fue de 82,72 cm, menor en comparación con los 139,30 cm alcanzados por ^{Quispe y Sandy (2013)}, quienes cosecharon en estado lechoso, a diferencia del estado fisiológico más joven (llenado de grano) con que fue colectado en esta experiencia. Otra explicación para la diferencia de altura entre los dos cultivos es el lugar en donde se realizó el experimento (Bolivia), que presenta menor temperatura y precipitación, mejores condiciones para el desarrollo de este cultivo.

La altura de trigo CA fue de 66,5 cm, mayor a la señalada por ^{Ramírez-Pérez (2018)}, quien reporta 55 cm, diferencia que podría deberse a las condiciones de menor altitud sobre el nivel del mar (México, Coahuila) y precipitación, además de mayor temperatura comparadas con el área de estudio del presente trabajo. ^{Zamora-Villa et al. (2016)} presentan una media general de 102 cm en trigo, mayor que en este estudio; ellos cosecharon en estado de madurez acuosa, a diferencia del estado fisiológico más joven (llenado de grano) en el que se ha recolectado en este trabajo.

Producción de biomasa

La producción de biomasa por metro cuadrado de trigo FVH fue mayor (p < 0,05) frente a avena FVH y a los dos tratamientos a CA. La avena FVH no presenta una diferencia estadística significativa frente a la avena CA; finalmente, el tratamiento de trigo CA tiene la menor producción (figura 3). ^{Campo-Rodríguez y Villar-Delgado (2012)} afirmaron que los FVH son efectivos en evitar trastornos digestivos, brindan mayor cantidad de minerales, proteínas y vitaminas que contribuyen a mejorar la fertilidad de los animales, lo cual estaría considerado como una ventaja de estos sistemas de producción.

Fuente: Elaboración propia

Figura 3 Producción de biomasa en los tratamientos evaluadosLas columnas representan la media de 3 repeticiones de la producción en kg/m2. Las barras representan el error estándar de las medias. Letras minúsculas distintas significan diferencias significativas entre los tratamientos. Trigo FVH = trigo en sistema de forraje verde hidropónico; Avena-FVH = avena en sistema de forraje verde hidropónico; Trigo CA = trigo en sistema de campo abierto; Avena-CA = avena en sistema de campo abierto. 

La producción de trigo FVH (23,57 kg/m² de MV y 3,10 kg/m² de MS) es semejante a los datos presentados por ^{Cerrillo-Soto et al. (2012)}, con rendimientos de MV de 25 kg/m², considerado por ellos como adecuado. Al realizar otra comparación con los resultados de ^{Maldonado-Torres et al. (2013)} que obtuvieron 19,95 kg/m², los de este trabajo son más altos, lo que podría estar relacionado con la mayor concentración de nitrógeno de la solución nutritiva aplicada y con una menor densidad de siembra del cultivo con la que produjo dicho autor.

^{Cerrillo-Soto et al. (2012)} consiguieron para avena FVH valores de 13 kg/m² (MV) (1,39 kg/m² de MS), similares a esta investigación con 13,23 kg/m² (MV) (1,39 kg/m² de MS), atribuyendo las menores producciones de avena a los porcentajes bajos de germinación de la semilla, indicando que lo mismo ha ocurrido en el presente trabajo.

Al comparar los resultados del trigo CA se obtiene 5,77 kg/m² de MV y 1,42 kg/m² de MS, valores cercanos a los reportados por ^{Zamora-Villa et al. (2016)} que obtienen 1,2 kg/m² de MS, aunque su etapa de cosecha fue diferente (madurez acuosa), valores que son mayores a los de ^{Ramírez-Pérez (2018)} que obtiene 0,50 kg/m² de MS. En los resultados de la avena CA se obtuvo 8 kg/m² de MV y 1,52 kg/m² de MS, superiores a los reportados por ^{Mamani (2016)} quien obtuvo 2,3 kg/m² de MV y 0,64 kg/m² MS. Estas diferencias pueden relacionarse con que los autores utilizan mayores distancias de siembra y existen menores promedios de precipitación y de fertilidad en sus suelos, factor relevante considerando que estos parámetros están íntimamente ligados al rendimiento productivo de los cultivos (^{Espitia et al., 2012}). ^{Ramírez-Ordóñez et al. (2013)} lograron 1,25 kg/m² de MS en la etapa de llenado de grano, pese a que reportó menores precipitaciones, temperatura y altitud del lugar de investigación (México, Estado de Chihuahua).

Contenido de proteína cruda

El trigo CA presenta el mayor contenido de PC (p < 0,05) frente a los otros tratamientos. Los menores valores, sin diferencia entre ellos, se presentaron para trigo y avena FVH. La avena CA presentó un valor intermedio. No obstante, en todos los casos se obtuvo valores superiores al 10%, muestra de que son adecuados para establecerse como sistemas de producción para alimentación de bovinos (^{Salas-Pérez et al., 2010}).

Fuente: Elaboración propia

Figura 4 Contenido de proteína cruda (%) en los tratamientos evaluadosLas columnas de la figura representan la media de tres repeticiones del porcentaje de proteína obtenido por cada tratamiento. Las barras representan el error estándar de las medias, las letras minúsculas distintas representan diferencias significativas entre tratamientos. Trigo FVH = trigo en sistema de forraje verde hidropónico; Avena FVH = avena en sistema de forraje verde hidropónico; Trigo CA = trigo en sistema de campo abierto; Avena CA = avena en sistema de campo abierto. 

Al contrastar estos datos con otros autores en trabajos de similares condiciones, se observa que el trigo CA presenta un contenido de PC de 19,90%, resultado más elevado comparado con los de ^{Zamora-Villa et al. (2016)} que obtuvieron 17,2%; estos autores indican que puede estar relacionado con la variedad de semilla, la etapa de cosecha (madurez acuosa) y las condiciones del lugar (México).

Los resultados de PC en avena CA son de 16,5%, similares a los reportados por ^{Ramírez-Ordóñez et al. (2013)}, que obtienen 16,6%, ambos valores obtenidos en la etapa de llenado de grano. ^{Espitia et al. (2012)} informaron valores mayores de PC con medias de 18,8% al cosechar en la misma etapa, diferencia que puede estar relacionada con la variedad de avena usada, como el autor lo afirma; el rendimiento y calidad de avena forrajera en CA se encuentran altamente influenciados por la interacción genotipo-ambiente, no solamente en el espacio, sino también por el tiempo.

La avena FVH presenta 11,26%, valor menor al de ^{Fuentes et al. (2011)} que alcanzó 14,31% a los 16 d en condiciones similares. En otro estudio realizado por ^{Cerrillo-Soto et al. (2012)}, se aprecia que con el mismo sistema consiguieron valores de 13,4% en avena, en igual tiempo de cosecha a esta investigación, pero en trigo FVH obtienen 16,7%. ^{Maldonado-Torres et al. (2013)} reportaron valores de 19,0%, haciendo conocer que la concentración de proteína obtenida a los 15 d de crecimiento tiende a aumentar a medida que se incrementa la concentración de nitrógeno de la solución nutritiva.

^{Valiente et al. (2016)} reportaron resultados superiores a 21% de PC, datos mayores comparados con 10,61% de este estudio, debido a que la concentración de nitrógeno en la solución nutritiva que ellos aplican fue mayor, y con menor tiempo de corte; autores como ^{Herrera-Torres et al. (2010)}, ^{Cerrillo-Soto et al. (2012)}, ^{Albert et al. (2016)} propusieron cosechar entre los 10 y 12 d, que es cuando se presentan valores superiores de proteína. ^{Valiente et al. (2016)} informaron que valores menores se presentan debido a la maduración y al desarrollo de los órganos estructurales de las plantas. De la experiencia de este trabajo se coincide con los autores antes mencionados, relacionada con la necesidad de recalcular la dosificación de nutrientes, especialmente en la concentración de N de la solución nutritiva, ya que se debe aumentar conforme avanza el tiempo de crecimiento del cultivo de FVH (^{Maldonado-Torres et al., 2013}). No obstante, ^{Van Soest (1994)} informó que los FVH deberían contener como mínimo un 7% de PC, lo que garantizará que se puedan dar como mínimo los procesos de fermentación de los carbohidratos estructurales a nivel del rumen.

Análisis del beneficio/costo

Los datos evidencian que el tratamiento que tiene mayor relación B/C es el trigo FVH, con 1,46, lo que significa que por cada dólar invertido se obtendrá US $ 0,46 de beneficio, mientras que en la avena CA se obtiene un equilibrio sin ganancias ni pérdidas. Los tratamientos de trigo CA y avena FVH presentaron resultados menores a 1 (tabla 1).

Tabla 1 Resumen del análisis económico de cada tratamiento incluida la implementación del sistema en cada tratamiento 

^*Relación beneficio/costo

Fuente: Elaboración propia

El costo de cada sistema se determinó por metro cuadrado y para un año de producción; en los sistemas hidropónicos, para la primera producción se invirtió un total de US $ 146,40 por metro cuadrado y US $ 150,43 por metro cuadrado para trigo y avena, respectivamente. Estos valores incluyeron equipos como bomba, temporizador, recipientes, semillas, bandejas, sistema de riego, solución nutritiva y, desde la segunda siembra y hasta la 24, se usa un total de US $ 11,98 y US $ 16,02 por metro cuadrado para trigo y avena, respectivamente, lo cual solo incluye costos de semilla, soluciones nutritivas, implementos para desinfección, entre otros.

En el sistema a CA el valor de costos por cada producción (seis anuales) es de US $ 5,54 por metro cuadrado para trigo y US $ 5,60 por metro cuadrado para avena, en cuyos valores están incluidos rubros como el de la semilla, el fertilizante, el alquiler de tractor, la mano de obra, entre otros usados en sistema de manejo tradicional. Una diferencia fuerte en costos entre los dos cultivos fue el precio de la semilla, que es de US $ 0,80 por kilogramo de trigo y US $ 1,20 por kilogramo de avena.

Los ingresos están en función de la producción obtenida por metro cuadrado y proyectados a un año en cada sistema: el trigo FVH (23,57 kg/m²) y la avena FVH (13,23 kg/m²) con 24 producciones anuales; el trigo CA (5,77 kg/m²) y la avena CA (8 kg/m²) con 6 producciones anuales y valores sugeridos sobre precios de forrajes de US $ 0,25 por kilogramo para trigo, US $ 0,70 por kilogramo para avena y US $ 1,09 por kilogramo de FVH. El costo de la producción de FVH sin duda alguna es mayor que el de CA; no obstante, se puede abaratar costos con el uso de materiales reciclados como bandejas, módulos y cisterna, además de indicar que la inversión inicial es la más costosa, ya que posteriormente se utilizan los mismos materiales como bomba, tanque, sistema de riego, pudiendo ser económicamente viable en periodos largos (por ejemplo, en el trigo FVH, en la presente investigación). Asimismo, hay que considerar otros beneficios como el aspecto ambiental (^{Abarca-Reyes et al., 2016}), ya que un sistema de FVH puede apoyar en los procesos de reciclaje de agua al realizar recirculación de este recurso en el sistema, espacio, inocuidad del alimento y tiempo (^{FAO, 2001}), y es aplicable a las condiciones locales, lo que justifica su implementación.