En 1943, cuando William Faulkner (1897-1962; Premio Nobel de Literatura 1949) lanzó su crítica al arado en su libro Plowman’sFolly; recibió poco soporte de los científicos cuando dijo “Nadie ha avanzado razonamientos científicos del porqué arar” (Phillips y Young, 1973). La rastra a discos alcanzó su popularidad en la última parte del siglo 19 y las investigaciones sobre uso, aplicabilidad, diseño, etc. comenzaron alrededor de 1916. En los Estados Unidos durante los años 1950-1959 el arado convencional empezó a ser reemplazado por el arado a cincel, rastra a discos y otras formas de labranza (Phillips et al 1973). A pesar del avance significativo del control químico de las malezas, el diseño de sembradoras directas y la experticia de los agricultores, la siembra directa no produce siempre los rendimientos equivalentes al sistema convencional (Bodet et al, 1976; Colmes, 1976; Ellis et al, 1982) citados por Stengel et al (1984). Al contrario, como sucede en las áreas tropicales y semiáridas, el aumento de la densidad en los suelos puede presentar problemas serios durante la labranza, en particular en relación a la infiltración, aspereza, germinación, penetración radical, aireación, etc. (Aylmore y Sills, 1982).

Muchos estudios que envuelven prácticas tales como arado, cincelado y el dinamitado fueron conducidos desde los alrededores de 1800 hasta la mitad de los 1900. Esos estudios; sin embargo, a menudo dieron resultados inconsistentes e inconclusos (Unger y Kaspar, 1994).  Esto ha sido atribuido a las propiedades de la capa arable en cuanto a transferencia de agua, aireación y el crecimiento radical inhibido por la compactación; sin embargo, los cambios inducidos en los constituyentes del suelo como la materia orgánica, podrían fortalecer la posibilidad de mejorar las condiciones del suelo después de sucesivos años de la cero labranza. Según Soane y Ouwerkerk (1981) la cantidad y tipo de labranza requerido en una situación depende de la cantidad y tipo de tráfico impuesto en el suelo durante la siembra anterior. Los requerimientos de fuerzas para rastras a discos grandes, muestran que el diseño óptimo y las condiciones de operación son influenciados linealmente por la geometría del disco y el aumento de la velocidad. Se considera que cuando es utilizada como un apero de labranza primaria reduce la compactación del suelo a la profundidad de operación, en la zona son utilizadas como tal y a la vez para la preparación de camas para la siembra, por desmenuzar los terrones, corta fuegos, controlar malezas, para incorporar cal, fertilizantes, herbicidas y la incorporación de cualquier tipo de material al suelo.

La labranza convencional para realizarla es muy compleja debido a las condiciones de humedad óptima necesarias; y además, los tiempos oportunos operacionales son muy cortos, creando cuellos de botellas en el proceso productivo. Todo esto involucra altos costos y existe la necesidad de evaluar su actividad agrícola con fines comparativos. El objetivo consiste en una evaluación ingenieril y agronómica de las rastras a discos en la zona Nororiental de Venezuela, con el fin de poder contar con fuentes de datos, conceptos generales y específicos para la toma de decisiones en el uso adecuado, relacionadas todas con el empleo de este apero, el cual seguirá siendo utilizado por mucho tiempo; sino como apero de labranza, entonces en las labores de enmienda.

MATERIALES Y MÉTODOS

La información utilizada en el proceso evaluativo se obtuvo mediante encuestas realizadas en los mercados comerciales, organismos del Estado, empresas agrícolas privadas y asociaciones agrícolas. Para ello se utilizaron planillas estructuradas de forma de obtener la mayor información posible de cada organismo. Se hicieron treinta  y dos contactos.

Se estimaron algunos parámetros ingenieriles y características técnicas: capacidad efectiva, eficiencia, índices de suelo, tipo de discos, número de discos, tamaño de los discos, peso de la rastra (W),  tipo de enganche, velocidad, ancho de corte teórico, consumo energético en kW-h/ha, profundidad de trabajo (h), humedad del suelo (w), requerimiento de tiro, requerimiento de potencia y formación de costras. Agronómicamente se contemplaron: Fertilización, pH, materia orgánica, control de maleza, protección contra la erosión, volumen de enraizamiento, rendimiento, control de plagas y enfermedades. Estas informaciones fueron obtenidas en las encuestas. Se realizó un análisis de la mínima labranza, la labranza convencional, la labranza cero con la presencia de la rastra. Se estableció el PERT para facilitar las comparaciones y análisis de los diferentes caminos utilizados en el proceso.

Se realizó un estudio para comparar el requerimiento de potencia versus humedad y profundidad de labranza en los suelos de sabana. Se ubicaron al azar 9 parcelas de 60 m x 30 m. En cada parcela se permitió con la caída de la lluvia para obtener las diferentes humedades. Se utilizó una rastra de 20 discos lisos a la velocidad promedio de 9 km/h. El análisis de regresión fue utilizado para comparar el requerimiento de potencia versus humedad y profundidad. El efecto de la compactación producido por las rastras se simuló con el uso del aparato Proctor T-99 utilizado para determinar la humedad óptima de compactación.

RESULTADOS  Y  DISCUSIÓN

Requerimientos Ingenieriles

El Cuadro 1 muestra que alrededor del 70 % de las rastras utilizadas, promedio de la encuesta, en la Zona, están comprendidas entre 12 y 28 discos. Esto indica que la mayoría son rastras de dos cuerpos en V. Las rastras en X son poco comunes. Todas, con pocas excepciones, son a tiro; las existentes para el enganche de tres puntos son contadas, con aplicaciones especiales y para áreas muy pequeñas. Estas rastras son de 12, 14, 16, 18 y 20 discos. La utilización del diámetro de 28 pulgadas (711,2 mm) se observa más en las rastras pequeñas y el mayor grosor de 7,938 mm es poco utilizado.

La Figura 1muestra la existencia porcentual de las rastras en Venezuela en relación con el número de discos. Se observa que las rastras más utilizadas son las de 20 discos y las agrupaciones de 10,12 y 14 discos. Las grandes con cuarenta o más discos son poco utilizada. Esto último indicaría problemas con el tiempo oportuno operacional.

Entre los tipos de discos, existen los normales cóncavos, lisos o dentados, de 12 a 32 pulgadas con espesores de 3,4; 5,6 y 8 mm y con concavidades acordes. Los de gran concavidad permiten mejor penetración con un mínimo de peso y mejor desenvolvimiento en terrenos húmedos. Passelegue (1963) expone que las rastras a discos en V tienen un número de discos entre 16 y 36 y su diámetro entre 450 y 560 mm. Los discos de doble acción lisos, con perforaciones en el área cónica, lisa y dentada pulverizan mejor el terreno; no obstante, no son utilizadas en la Zona.

Cuando la rastra a disco es utilizada como apero de labranza secundaria a humedades por debajo del punto de marchites, pulveriza a la profundidad de operación; sin embargo, compacta el suelo inmediatamente debajo de la profundidad de operación con el uso repetido, debido a que el peso es sostenido por un área de contacto muy baja. Esto es normal en las sabanas y muchas otras áreas con la misma ecología, en donde la compactación es también causada al caer las lluvias sobre las capas secas rastreadas, la cual es la forma común de hacerlo por el problema del tiempo oportuno de operación, ocasionando las costras. Es de remarcar que los suelos con alto contenido de arenas son altamente susceptibles a la compactación. La compactación del suelo es menor en suelos arcillosos y en suelos con alto contenido de materia orgánica Arkin et al (1981); ASAEMonograph (1971). La profundidad de las rastras a discos tiende a disminuir cuando la velocidad se acerca a 9 km/h. La mayoría de las rastras a discos pulverizan el suelo excesivamente. A velocidades por encima de 9 km/h aumenta el requerimiento de tiro.

El Cuadro 2 presenta algunos requerimientos ingenieriles en el uso de las rastras a discos en la Zona. Se puede observar que la profundidad de labranza no pasa de los 12 cm, lo cual es aceptable por el uso en condiciones inadecuadas de humedad. Las rastras a discos tandem es una de las más populares pero su profundidad de labor está limitada a 15 cm, y una capa compactada es dejada a la profundidad de la labranza (Arkin et al, 1981).

La Figura 2 presenta la relación directa entre el requerimiento de potencia y el peso de las rastras. Esto visualiza las exigencias de las fuentes potenciales para ser utilizadas en el requerimiento de tiro de rastras en cuanto al peso de las mismas. Se observa que la mayoría de las rastras utilizadas están entre 500 y 3000 kg para exigencias potenciales entre 50 y 100 kW.

La Figura 3 presenta la relación directa entre el requerimiento de potencia y el ancho de corte o cobertura de las rastras. Esto visualiza las exigencias de las fuentes potenciales para ser utilizadas en los requerimientos de tiro de las rastras de acuerdo al número de discos y así su cobertura. Se puede inferir que el ancho de corte más común se encuentra menor de cuatro metros.

La Figura 4 muestra el requerimiento de potencia en el rastreo versus la humedad del suelo y la profundidad de labranza en los suelos de sabana. Se observa como el mayor requerimiento de potencia es para la humedad y la profundidad máxima. Este resultado era de esperarse al considerar que la profundidad de labranza o de cualquier implemento agrícola que se realiza al suelo es función fundamentalmente de la humedad y de su peso. El análisis de regresión paso a paso para la función P = f(w, h, w*h), el efecto combinado w*h es el de mayor influencia sobre el requerimiento de potencia en el rastreo, produciendo la función P = 7,47 + 0,187 * w*h para un r² = 0,993 (p ≤ 0,000) y para el efecto combinado w*h (p ≤ 0,000). León (1978) al utilizar experimentalmente una rastra de 18 discos de tiro tandem en V lateral, un peso de 760 kg y tirada por un tractor Internacional 824 con 60 kW en el motor, en un suelo de textura franco arcilloso con un contenido de materia orgánica 7,90 % para un rango de humedad de 21,23 – 23,21 %; requirió un tiro  entre 5,55 – 12,41 kN/disco a una velocidad entre 5,52 – 9,98 km/h para una profundidad entre 13,36 cm – 17,99 cm y el ancho de corte entre 2,11 – 2,12 m. Pérez (1971) encontró que para rastras de 18 discos de 24 pulgadas, los tractores de alrededor 50 kW son suficientes en suelos arenosos.

Passelegue (1963) indica que las rastras a discos en V requieren una potencia entre 0,75 a 1,13 kW por disco. Pérez (1971) al estudiar los requerimientos ingenieriles de una rastra tandem lateral de 18 discos en un suelo franco arenoso encontró  que la potencia máxima exigida fue de de 24,94 kW a una profundidad entre 2 y 6 cm, una humedad de 7, 44 % y una velocidad promedio 7 km/h; y 24,85 kW a una profundidad entre 2 y 6 cm, una humedad de 3,07 y una velocidad de 7 km/h.  Parrella (1978) en sus conclusiones agregó que el tiro direccional requerido por una rastra a tiro tipo tandem lateral de 18 discos de 55 cm diámetro y un peso de 37,22 kg/disco con uso de un tractor Internacional 674 de 42 kW y un peso de 3.945,26 kg, fue entre 4,82 y 8,58 kN/disco a una velocidad entre 6,16 y 9,45 km/h, una profundidad entre 5,7 cm y 7,9 cm y un ancho de rastreo entre 2,12 m y 2, 11 m. Según Russell et al (1970), si los discos dentados, en el cuerpo frontal son espaciados un poco más que los colocados en el cuerpo trasero, pueden soportar más peso ayudándolos a penetrar más. Esto no es utilizado en la Zona. Krasnoshchekov (1962) encontró que las rastras con discos dentados producen un trabajo adecuado a velocidades sobre los 11 km/h y ventajosos en preparación de la cama para siembra. Klenin et al (1970) citado por Gill et al (1982) reporta que al aumentar la velocidad del rastreo de 4 km a 10 km disminuye la profundidad de penetración de 65 mm a 45 mm para un ángulo del disco de 23° (mejor control de la maleza) y de 70 mm a 60 mm para un ángulo del disco de 35°. Gil et al (1981) en sus conclusiones agregó que la velocidad de uso no interactuó con la forma de los discos para causar diferencias en las fuerzas del suelo, pero el aumento en velocidad influenció el manejo del suelo; los discos con menor concavidad influenció el manejo del suelo, y que los discos con poca concavidad lanzan menos el suelo que los discos con mayor concavidad, en todas las velocidades; por lo tanto, los discos con poca concavidad proveen una conservación de energía al aumentar la velocidad de labranza. Esto tampoco fue observado en la Zona. Las rastras a discos con ejes encadenados requieren un menor tiro comparado con las rastras a discos con estructuras de hierro no han sido utilizadas en Venezuela, se reporta que para suelos franco arcillosos, que  las rastras de cadena con discos de 600 mm exigen alrededor de 503 N/m, al ser utilizadas con tractores de oruga D-8H o D-6C a una velocidad de 4,8 km/h, requieren 0,96 kN/disco, con un peso por disco entre 33,5 y 60 kg, una distancia entre discos entre 37 y 48 cm, una capacidad efectiva de alrededor 3 ha/h y una longitud total de 6,9 a 8,9 mWiedemann y Cross (1982).Gill et al (1982) concluyeron que para un ángulo del disco de 0,2 rad a 0,45 rad (11,46⁰ a 25,78⁰) y un aumento de la masa por disco de 23 a 91 kg causó, de una doble penetración a una tres veces mayor, para una relación curvatura/diámetro de 1,86 a 2,92. Chapman et al (1988) en su trabajo sobre los cuerpos de discos de rastras concluyeron que las fuerzas del cuerpo de discos eran relacionadas al número de discos por una relación lineal, pero interacciones ocurren que al calcular el tiro del cuerpo en base a un disco produce inexactitudes; sin embargo, las cargas verticales y laterales si pueden ser estimadas en base a un disco y que las cargas con respecto al ángulo del disco y la textura del suelo, también ocurre en el cuerpo de discos. Chapman et al (1988) en su experimento utilizó una profundidad de 150 mm debido que a las interacciones eran mayores a mayor profundidad para los espacios entre discos. Esto lo corrobora Gill et al (1980), citado por Chapman et al (1988), al reportar que la profundidad normal de operación para discos de 610 mm está en el rango de 76 a 151 mm. En la Zona lo que más influye en la profundidad promedio de 115,26 mm es la humedad adecuada de trabajo.Smith (1976) indica que en un ensayo conducido con rastras en V en un suelo arcilloso se demostró que a medida que aumenta la profundidad aumenta el requerimiento de tiro. La rastra a discos necesita mucho peso para lograr su profundidad. Este peso es soportado por un área muy pequeña de la hoja del disco (ASAEMonograph, 1971).

La Figura 5 presenta el comportamiento físico de los suelos de sabana por efecto vibracional, energía de compactación y las condiciones de humedad del suelo. La labor de rastreo produce los mismos efectos. Se podría recomendar, que el rastreo bajo condición de humedad óptima de compactación no debe realizarse entre 10 y 11 %, y tampoco a humedades por debajo del 6 % (punto de marchites) en donde se observa el proceso de pulverización (baja la densidad aparente seca).

McGarry y Daniells (1987) analizando un suelo Vertisol con textura arcillosa uniforme, encontraron que al preparar el suelo seco disminuyó mayormente el volumen que cuando preparado húmedo es decir mayor contracción y que al prepararlos húmedos significativamente disminuye en donde se sucede la contracción natural; es decir, reduce altamente el volumen de poros estructurales. McGarry 1990 en su trabajo de compactación de suelos y crecimiento del algodón en un vertisol, concluye que la estructura degradada del suelo fue causada al preparar la cama para la siembra con el suelo demasiado húmedo. Arriaga et al (1989) citado por Bravo (2002) en sus conclusiones agregan que la densidad aparente aumentó en el cultivo de sorgo a 1,57 Mg/m³ en comparación con la labranza conservacionista que registró 1,39 Mg/m³. Unger y Kaspar (1994) expusieron que las rastras a discos tienen poco valor en el aflojamiento de las subsuperficies compactadas en el suelo; en realidad, su uso a menudo es la causa de zonas compactadas. Los suelos compactados son considerados inhibidores de las extensiones radicales y eventualmente las raíces no estarían en capacidad de suplir suficiente agua o nutrientes, y el crecimiento es reducido (Morris y Daynard 1978; Barraclough y Weir 1988; ambos citados por Passioura 1991).

Estos problemas según Passioura (1991) son evidentes si el pie de arado está presente. Greacen y Sands (1980) establecen la importancia de entender la mecánica para situaciones particulares en el aliviado de la compactación con procesos de labranza. Cuando el suelo ha sido degradado mostrado por una reducción de la materia orgánica, es posible que el estado de compactación en equilibrio con fuerzas naturales, serían crítico en el suelo. Los efectos del laboreo en el aflojado del suelo serían poco duraderos y podría ser contra productivo. Cuando es utilizada como un apero de labranza primaria reduce la compactación del suelo a la profundidad de operación. Cuando es utilizada como apero de labranza secundaria, pulveriza a la profundidad de operación; sin embargo, compacta el suelo inmediatamente debajo de la profundidad de operación. Esto es debido a que la rastra a discos necesita mucho peso para lograr su profundidad. Este peso es soportado por un área muy pequeña de la hoja del disco. Con el uso repetido produce compactación debajo el área de operación, ASAEMonograph (1971). Baber et al (1972) citando a Trouse y Baber (1965, pp. 113) expusieron que las rastras forman el pie de arado sobre todo cuando hay humedad suficiente para la compactación. Esto impide la infiltración y el desarrollo radical. Ellos presentaron que los efectos de compactación por tractores, se sucedieron para los contenidos de humedad cerca de la capacidad de campo. La humedad edáfica que se recomienda para el uso de la rastra a discos debe estar entre la capacidad de campo y el límite plástico (Salazar, 1999). En los suelos de sabana del Estado Monagas de acuerdo a Salazar (1999) el límite plástico está entre el 13 % y 14 % y la capacidad de campo entre 11 % y 13 %.

El Cuadro 3 presenta varias características agronómicas implicantes del uso de las rastras a disco haciendo muestra de los beneficios y adversidades producidas. La contribución remarcada de este apero agronómicamente consiste en el control mecánico de malezas en forma rápida, dejando el área lista para la siembra convencional.

El uso común es debido al fácil manejo en conjunto con la aplicación de cal y al uso de fertilizante. Sin embargo, todo esto en función del deterioro agronómico e ingenieril del suelo y el alto costo de productividad; al respecto según Mayfield et al (1978) controla pobremente la maleza cuando se utiliza mezclando herbicidas, un pase de equipos rotatorios mezcla herbicidas mejor que dos pases cruzados o paralelos de rastras a discos. La labranza secundaria después del arado es más probable que cause desajustes físicos al laboreo. Se recomiendo el mínimo de los procesos secundarios, Brady (1974). Los discos de rastras pueden ser lisos o dentados, los lisos mezclan y los dentados además cortan restos vegetales. El cuerpo de discos delantero usa discos dentados en especial en terrenos con muchos restos de plantas.Reed (1974) hizo observaciones sobre la lixiviación, mineralización, degradación y erosión producida por las rastras.  López y Jesús (1980) hicieron observaciones sobre la poca eliminación de malas hierbas que no fueron eliminadas de raíces.

Pérez (1971) observó una mayor resistencia al desarrollo radicular. El rastreo puede producir bajos rendimientos Landinez (1978); García (1956). Lozano (1966) consideró que el rastreo produce eficiente control de malezas. Landinez (1978) realizó estudios sobre el efecto de la intensidad de la mecanización en la preparación del suelo para el cultivo del maní, encontrando que la labranza no tiene efecto estadístico significativo sobre el rendimiento de frutos y almendras. Investigaciones hechas por Taylor et al (ASAE, Monograph, 1971) en más de 2000 referencias bibliográficas no encontraron “efectos positivos” significativos de la labranza. McGarry (1988) encontró que el volumen específico de poros llenos de aire de los suelos mecánicamente labrados con un 41 % al comienzo de la contracción con más poros llenos de aire que los suelos bajo labranza cero y que la labranza produjo mejor estructura del suelo que la labranza cero.

Los suelos de sabana por su contenido de arcillas caoliníticas son adecuados para la labranza convencional. En sus conclusiones Stengel et al (1984) exponen que suelos con bajo contenido de arcilla y alta proporción de arena y limo fueron identificados como suelos problemáticos para la labranza cero; sin embargo, el posible aumento de la materia orgánica a través de la implantación de la siembra directa podría mejorar la opción. Según Franklin et al (1973), citado por Soane y Ouwerkerk (1981), la presencia de aún una pequeña cantidad de materia orgánica puede tener una influencia apreciable en proteger los suelos de la compactabilidad. Crovetto (1992, pp. 239) expone que el exceso de laboreo y la consiguiente disminución de la materia orgánica puede significar una pérdida de OH^- y con ello un aumento en la acidez del suelo; Esto deja los suelos sujetos a lixiviación de sus cationes útiles. Crovetto (1992, pp. 234) reporta que el cultivo mecánico del suelo favorece la formación de macrosporas y con ello el desarrollo radical y vegetativo de las plantas, aunque sólo en los primeros meses de su evolución. La compactación y por ende la disminución de la porosidad de los suelos bajo cultivo mecánico se inicia en el mismo momento que se termina la siembra. Agrega que un suelo labrado con escasa cubierta vegetal será compactado por las gotas de lluvia y por los pasos con maquinarias agrícolas durante el desarrollo de las plantas. Anexa que la única defensa que tiene el suelo contra la compactación es evitar su labranza y mantener los rastrojos sobre él. Unger y Kaspar (1994) exponen que los horizontes compactados que impiden el desarrollo radical puede ser debido a capas densas naturalmente o el resultado de las fuerzas aplicadas al suelo por la repetida labranza. Para aliviar estas condiciones adversas, muchos estudios relacionados con labores de arado, cincelado y dinamitado se condujeron desde los años 1800 a mitad de los años 1900, en los años 1940 y 1950. Estos estudios, sin embargo, dieron a menudo resultados inconsistentes e inconclusos, debido a que los problemas causantes de las condiciones de suelo y los resultados ambientales producto de las prácticas aliviadoras no fueron medidas o completamente entendidas.

La importancia de distribuir el abono y los fertilizantes a través de un mayor espesor de suelo en vez de mezclarlo con los primeros centímetros de espesor, esta relacionada con la labranza como método utilizado para incorporar y mezclar fertilizantes; las rastras a discos realizan una eficiente labor en cuanto a la mezcla y distribución; sin embargo, ocasionan pérdidas de ciertos fertilizantes por volatilización y lixiviación, lo que resulta ser ventajoso para ciertos cultivos de ciclo corto pero no así para otros cultivos de ciclo largo. Nieves et al (1996) en sus conclusiones manifestaron que un número mayor de colonias de microorganismos fueron eliminadas por el rastreo. Hendrix et al (1986), citado por Lee y Pankkhurst (1992) al comparar alimentos de origen de detritus en la labranza convencional y labranza cero; concluyeron que en la labranza convencional en donde los restos vegetales fueron mezclados en las capas superiores del suelo, la mineralización inicial fue predominantemente mediada por bacterias; las bacterias fueron alimentadas por protozoarios y nemátodos bacterivorous. En la labranza cero, la materia orgánica derivada de la cobertura vegetal fue concentrada cerca de la superficie del suelo y que la mineralización inicial fue mediada por hongos. 

La labranza secundaria después del arado es más probable que cause desajustes físicos al laboreo. Gerik y Morrison (1984) hacen notar que la labranza conservacionista como la labranza cero ha mostrado tremendo potencial para el control de la erosión. Informes han sugerido que al eliminar la labranza puede aumentar el contenido de humedad, mejorar la infiltración, disminuye la temperatura del suelo y altera el estado nutricional. Pobre control de maleza cuando se utiliza mezclando herbicidas.

La Figura 6. presenta el PERT de los diferentes procesos de la labranza desde el comienzo hasta la siembra que se realizan en la Zona.Se observa que muchos de los caminos son exigentes en el uso de maquinarias, causando así innumerables perturbaciones al estado físico y agronómico del suelo. Dadas las condiciones de tiempo oportuno de operación y las épocas de condiciones de humedad adecuada, las variadas labores son realizadas a destiempo y con mayor daño al ecosistema. El tiempo oportuno de operación se complica debido a que en la zona se utilizan rastras muy pequeñas con bajas condiciones de humedad. Guiliani (1998) hizo un análisis de la labranza secundaria a través del PERT concluyendo sobre los cuellos de botellas que se presentan al confrontar los tiempos oportunos de operación. De la misma forma lo establecieron Páez y García (1998) al hacer comparaciones con la siembra directa.

CONCLUSIONES

El autor desea expresar su agradecimiento al Consejo de Investigación de la UDO por el apoyo y financiamiento de esta investigación. 

LITERATURA CITADA