INFORME FINAL FIC PICA by Paula Oyarzún Fadič

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EQUIPO DEL PROYECTO Esteban Leiva Painequeo Ingeniero agrónomo – Director de proyecto Jorge Olave Vera Doctor en agricultura intensiva en zonas semiáridas Ingeniero agrónomo – Investigador en manejo agrícola Víctor Beyá Marshall Magister en ciencias agropecuarias Ingeniero agrónomo – Investigador en análisis estadístico Venecia Herrera Apablaza Doctora en ciencias con mención en química Licenciada en química – Investigadora en análisis químico Leonardo Romero Aránguiz Doctor en ingeniería química Ingeniero civil químico - Investigador en tecnologías de tratamiento de agua Leidy Bedón Domínguez Magíster en Aplicaciones de Ingeniería Ambiental Ingeniera química – Ingeniera de proyecto Nayareth Araya Mancilla Ingeniera civil ambiental – Ingeniera de proyecto

Página 4

Javier Jiménez Astudillo Ingeniero civil químico – Ingeniero de proyecto Alejandro Flores Rivera Ingeniero agrícola – Profesional de terreno Carlos Cuevas Mendoza Técnico agrícola – Profesional de apoyo Renato Arroyo Deboni Agricultor - Operador de planta Camila Juantok Varela Apicultora – Operadora de planta Pía Jara Aguilera Memorista ingeniería comercial UNAP Gissel Villagra Memorista ingeniería comercial UNAP María Angélica Carvajal Secretaria ejecutiva computacional – Gestora financiera. María Ildefonso Carpanchay Analista químico Leonor Bustillos Romero Técnico superior Administración de empresa - Secretaria

Página 5

ÍNDICE DE CONTENIDOS Agradecimientos

Pág. 15

Resumen

Pág. 16

CAPÍTULO 1: CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

Pág. 18

1.1 Introducción

Pág. 19

1.2

Efectos adversos de componentes del agua de riego en cultivos

Pág. 21

1.3

Criterios de selección de predios

Pág. 24

1.4

Caracterización de predios seleccionados

Pág. 25

1.4.1

Predio de Vitaliano Ayavire (Pozo P-274)

Pág. 25

1.4.2

Predio de César Rossi (Pozo 277)

Pág. 30

1.4.3

Predio de Enrique Arroyo (Pozo 125)

Pág. 35

1.4.4

Comparación de calidad de agua para riego entre agricultores

Pág. 40

1.4.5

Selección del predio para la implementación de la planta

Pág. 42

CAPÍTULO 2: DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Pág. 44 Pág. 45

2.1

Introducción

2.2

Diseño de la Planta de Tratamiento

Pág. 48

2.2.1

Agua de alimentación

Pág. 48

2.2.2

Etapa de Pre-tratamiento

Pág. 51

2.2.3

Unidad de ósmosis inversa (OI)

Pág. 52

2.2.4

Diseño del sistema de intercambio iónico.

Pág. 56

2.3

Construcción e implementación

Pág. 59

2.3.1

Traslado Antofagasta - Pica

Pág. 59

Página 6

2.3.2

Etapa de pre-tratamiento

Pág. 60

2.3.3

Sistema de ósmosis inversa

Pág. 62

2.3.4

Sistema de intercambio iónico

Pág. 63

2.3.5

Sistema de energización

Pág. 63

2.4

Evaluación de la calidad del agua tratada

Pág. 66

2.4.1

Sistema de ósmosis inversa

Pág. 66

2.4.2

Sistema de intercambio iónico

Pág. 68

2.4.3

Agua de rechazo ósmosis inversa

Pág. 70

CAPITULO 3: EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

Pág. 76 Pág. 77

3.1

Introducción

3.2

Mezclas de agua y tratamientos

Pág. 77

3.3

Demanda de agua y sistema de riego

Pág. 81

3.4

Manejo agronómico

Pág. 83

3.5

Evaluaciones

Pág. 84

3.5.1

Análisis químico de suelo

Pág. 84

3.5.2

Raíces

Pág. 85

3.5.3

Análisis foliar

Pág. 85

3.5.4

Estimación de rendimiento relativo

Pág. 86

3.6

Diseño experimental y análisis estadístico

Pág. 87

3.7

Efecto del riego con agua tratada

Pág. 90

3.7.1

Efecto sobre el suelo

Pág. 90

3.7.2

Efecto sobre los niveles de boro en raíces

Pág. 91

Página 7

3.7.3

Efecto en parámetros foliares

Pág. 92

3.7.4

Proyección de rendimiento relativo

Pág. 93

3.8

Conclusiones

Pág. 94

CAPÍTULO 4: EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Pág. 96

4.1

Introducción

Pág. 97

4.2

Estructura de costos de producción

Pág. 97

4.2.1

Parcela de estudio

Pág. 98

4.2.2

Rendimiento Catastro Frutícola CIREN 2019

Pág. 100

4.2.3

Parcela El Conquistador

Pág. 102

4.3

Estructura de costos de inversión y mantención

Pág. 104

4.3.1

Inversión planta de tratamiento

Pág. 104

4.3.2

Costos de operación y mantención

Pág. 104

4.3.3

Costo de producción por metro cúbico

Pág. 107

4.4

Evaluación de factibilidad económica

Pág. 107

4.4.1

Resultados del análisis relación beneficio – costo

Pág. 108

4.8

Conclusiones

Pág. 111

CAPÍTULO 5: DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES FINALES

Pág. 112

Referencias bibliográficas

Pág. 115

Página 8

ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1.

Antecedentes de rendimiento del Limón de Pica.

Pág. 20

Cuadro 2.

Tolerancia al boro de cultivos agrícolas

Pág. 23

Cuadro 3.

Criterios de selección de huertos de Limón de Pica para la implementación de la

Pág. 24

planta de tratamiento de aguas.

Cuadro 4.

Caracterización de rendimiento por cuarteles del predio de don Vitaliano

Pág. 26

Ayavire. Cuadro 5.

Rendimiento por kilogramo de fruta del predio de don Vitaliano Ayavire.

Pág. 26

Cuadro 6.

Caracterización física de fruto por cuarteles del predio de don Vitaliano Ayavire.

Pág. 27

Cuadro 7.

Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Vitaliano Ayavire.

Pág. 28

Cuadro 8.

Caracterización de rendimiento por cuarteles del predio de don Cesar Rossi.

Pág. 31

Cuadro 9.

Rendimiento por kilogramo de fruta del predio de don Cesar Rossi.

Pág. 31

Cuadro 10.

Caracterización física de fruto por cuarteles del predio de don Cesar Rossi.

Pág. 32

Cuadro 11.

Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Cesar Rossi.

Pág. 33

Cuadro 12.

Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Cesar Rossi.

Pág. 34

Cuadro 13.

Caracterización de rendimiento por cuarteles del predio de don Enrique Arroyo.

Pág. 36

Cuadro 14.

Rendimiento por kilogramo de fruta del predio de don Enrique Arroyo.

Pág. 36

Cuadro 15.

Caracterización física de fruto por cuarteles del predio de don Enrique Arroyo.

Pág. 37

Cuadro 16.

Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Enrique Arroyo.

Pág. 38

Cuadro 17.

Comparación de parámetros de calidad de agua entre agricultores seleccionados

Pág. 40

(nov 2018).

Cuadro 18.

Características químicas de suelo por horizonte parcela Santa Julia

Pág. 42

Cuadro 19.

Características físicas de suelo por horizonte parcela Santa Julia.

Pág. 43

Página 9

Cuadro 20.

Caracterización del agua de pozo superficial (P-274) (monitoreo noviembre

Pág. 49-50

Cuadro 21.

Parámetros de diseño para sistemas de ósmosis inversa

Pág. 53

Cuadro 22.

Resultados simulación de operación de ósmosis inversa

Pág. 55

Cuadro 23.

Recomendaciones de los fabricantes de resina SIR-150, para el diseño de un

Pág. 56

sistema de intercambio iónico.

Cuadro 24.

Parámetros de diseño de columna de intercambio iónico

Pág. 57

Cuadro 25.

Detalle del consumo energético de la planta de tratamiento de agua.

Pág. 64

Cuadro 26.

Resultados de agua tratada en sistema de ósmosis inversa (octubre de

Pág. 66

2018)

2019) Cuadro 27.

Resultados agua tratada por intercambio iónico (octubre 2019)

Pág. 68-69

Cuadro 28.

Caracterización del agua de descarte (octubre 2019)

Pág. 71-72

Cuadro 29.

Alternativas de manejo del agua de rechazo de ósmosis inversa.

Pág. 73

Cuadro 30.

Proporciones de mezcla de agua de riego para cada tratamiento.

Pág. 78

Cuadro 31.

Características fisicoquímicas de las mezclas de agua para riego de cada

Pág. 79-80

tratamiento. TC: Tratamiento campo o control (0%-100%); T1: Tratamiento 1

(80%-20%); T2: Tratamiento 2 (60%-40%).

Cuadro 32.

Características del manejo del riego de la parcela de estudio.

Pág. 83

Cuadro 33.

Parámetros de suelo y sus metodologías de determinación.

Pág. 84

Cuadro 34.

Parámetros medidos en hoja de Limón de Pica y sus metodologías

Pág. 86

de determinación para evaluar el efecto del riego con las mezclas de agua de

cada tratamiento. Cuadro 35.

Impacto de las mezclas de agua de riego en la salinidad del suelo.

Pág. 90

Cuadro 36.

Impacto de las aguas de riego en la alcalinidad, cationes y boro en el

Pág. 91

suelo. Cuadro 37.

Concentración de boro en raíces de Limón de Pica para cada

tratamiento.

Página 10

Pág. 92

Cuadro 38.

Concentraciones de macroelementos en hojas de Limón de Pica.

Pág. 92

Cuadro 39.

Concentraciones de microelementos en hojas de Limón de Pica.

Pág. 93

Cuadro 40.

Resultados de rendimiento relativo para cada tratamiento en función de

Pág. 93

la CE del suelo.

Cuadro 41.

Costos de producción de Limón de Pica de la parcela de estudio para la

Pág. 98

mezcla T1. Cuadro 42.

Costos de producción de Limón de Pica de la parcela de estudio para la

Pág. 99

mezcla T2. Cuadro 43.

Costos de producción de Limón de Pica basados en ficha técnica de

INDAP para la mezcla T1.

Cuadro 44.

Costos de producción de Limón de Pica basados en ficha técnica de

INDAP para la mezcla T2

Cuadro 45.

Costos de producción de Limón de Pica de la parcela EC para la mezcla

Pág. 100 Pág. 101

Pág. 102

T1. Cuadro 46.

Costos de producción de Limón de Pica de la parcela EC para la mezcla

Pág. 103

T2. Cuadro 47.

Costos anuales de operación de la planta de tratamiento.

Pág. 105

Cuadro 48.

Costos cada 2 años de la planta de tratamiento.

Pág. 105

Cuadro 49.

Costos cada 5 años de la planta de tratamiento.

Pág. 106

Cuadro 50.

Costos cada 6 años de reposición de equipos del sistema fotovoltaico de

Pág. 106

la planta de tratamiento.

Cuadro 51.

Costo por m3 producido por la planta.

Pág. 107

Cuadro 52.

Análisis relación beneficio - costo escenario 1.

Pág. 108

Cuadro 53.

Análisis relación beneficio - costo escenario 2.

Pág. 109

Cuadro 54.

Análisis relación beneficio - costo escenario 3.

Pág. 110

Página 11

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.

Síntomas foliares asociados al efecto tóxico de cloruro.

Pág. 21

Figura 2.

Síntomas foliares asociado a toxicidad por sodio.

Pág. 22

Figura 3.

Síntomas foliares asociada a toxicidad por exceso de boro.

Pág. 23

Figura 4.

Cuarteles de Limón de Pica del predio de don Vitaliano Ayavire

Pág. 25

Figura 5.

Hojas de Limón de Pica con presencia de ninfas produciendo mielecilla de

Pág. 29

mosquita blanca (Aleurothrixus floccosus), cuartel 4. (Fotografía: Equipo FIC-

CEITSAZA). Figura 6.

Cuarteles de Limón de Pica del predio de don Cesar Rossi.

Pág. 30

Figura 7.

Presencia del pulgón negro de los cítricos (Toxoptera aurantii)

Pág. 34

(Fotografía: Equipo FIC-CEITSAZA).

Figura 8.

Cuarteles de Limón de Pica del predio de don Enrique Arroyo.

Pág. 35

Figura 9.

Presencia de mosquita blanca (Aleorothrixus floccosus) en hojas de Limón de

Pág. 39

Pica, estado adulto, huevos inmaduros y por eclosionar (Fotografía: Equipo FIC-

CEITSAZA). Figura 10.

Esquema de un sistema de ósmosis inversa.

Pág. 46

Figura 11.

Esquema de un sistema de intercambio iónico. Esferas celestes representan

Pág. 11

boro; esferas rojas la resina; esferas blancas elemento o molécula de

intercambio. Figura 12.

Diagrama de flujo de la etapa de pre-tratamiento.

Pág. 52

Figura 13.

Esquema del proceso de OI de acuerdo con software Toray DS2.

Pág. 54

Figura 14.

Capacidad de la resina SIR 150 (ResinTech., 2018).

Pág. 57

Figura 15.

Diagrama del diseño conceptual de planta de tratamiento de agua.

Pág. 58

Figura 16.

Traslado de la planta de tratamiento desde la comuna de Antofagasta

Pág. 59

a la comuna de Pica.

Página 12

Figura 17.

Ingreso de la planta de tratamiento a la parcela Santa Julia.

Pág. 60

Figura 18.

Planta de tratamiento conectada a la red hídrica de la parcela Santa Julia.

Pág. 60

Figura 19.

Equipos utilizados en la etapa de pre-tratamiento: a) Filtro de 10 µm (azul) y filtro

Pág. 61

de carbón activado, b) sistema de dosificación de anti-incrustante y c) filtro de 5 µm

(azul). Pág. 62

Figura 20.

Sistema de ósmosis inversa al costado derecho de la imagen. (Portamembranas y

bomba de alta presión.)

Figura 21.

Torre del sistema de intercambio iónico para la remoción de boro.

Pág. 63

Figura 22.

Sistema de paneles fotovoltaicos instalado para el suministro energético de la planta

Pág. 65

de tratamiento. Pág. 81

Figura 23.

Volumen diario de agua aplicado. (Fuente: Santibáñez et al. (2017) y Arroyo E.

(Parcela Santa Julia).

Figura 24.

Estanques para mezclas de agua T1 (80%;20%) y T2 (60%;40%); Líneas de

riego y microaspersor.

Figura 25.

Muestreo de raíces de Limón de Pica para la determinación de boro.

Pág. 85

Figura 26.

Diagrama del diseño experimental “Cuadrado Latino” para la evaluación de las

Pág. 88

mezclas de agua para riego.

Figura 27.

Identificación de los árboles según tratamiento y repeticiones establecidas

en el estudio.

Figura 28.

Porcentajes de inversión en la planta de tratamiento de agua.

Pág. 82

Pág. 89

Pág. 104

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AGRADECIMIENTOS Como Centro de Investigación Tecnológica del Agua en el Desierto CEITSAZA, agradecemos en primer lugar al Gobierno Regional Tarapacá por creer en esta iniciativa y por el aporte de recursos mediante el Fondo de Innovación para la Competitividad Regional (FIC-R) necesarios para el desarrollo de esta investigación. Agradecemos la disponibilidad, compromiso y apoyo de la parcela Santa Julia, familia Arroyo Deboni, por abrir las puertas de su predio al equipo de trabajo para llevar a cabo este proyecto. Al Centro de Investigación y Desarrollo en Recursos Hídricos CIDERH, de la Universidad Arturo Prat, por la significativa contribución de sus investigadores asociados al proyecto, experiencia y conocimientos transmitidos, así como también por poner a disposición infraestructura y equipamiento que permitió efectuar procesos de levantamiento y análisis de información. A la parcela de don Orlando Tello, por permitir realizar actividades de capacitación y formación de capital humano. A las parcelas de don Vitaliano y Edgar Ayavire, don Rigoberto Castillo, don Felipe Loayza y Antonio Loayza (parcela El Conquistador) por acceder a conversar con el equipo en sus predios y contribuir en el levantamiento de información asociada a las unidades de producción de Limón de Pica.

Al Liceo Padre Alberto Hurtado Cruchaga, especialmente la profesora Vania Ugrinovic, por participar en conjunto con las o los estudiantes de la especialidad de agricultura en las actividades de capacitación orientadas a fortalecer la formación de sus estudiantes. A la Ilustre Municipalidad de Pica, especialmente a los encargados de la oficina de agricultura y a los profesionales del Programa de Desarrollo Territorial Indígena PDTI, por contribuir con información y espacios de difusión. A los agricultores Víctor Alvarado, Walter Luza, Héctor Vilaxa, Nicolás Baccelliere, Julio Flores, Yamir Chanez, Senyin Chang, Gladys González, Guillermo Loyola y Fernando Miranda, por su disponibilidad a conversar y contribuir con información de gran relevancia para el desarrollo del proyecto. Esperamos que este trabajo sea un aporte para la agricultura de la Comuna de Pica, así como también para la Provincia del Tamarugal y la Región de Tarapacá, para la toma de decisiones futuras que permitan seguir potenciado el desarrollo regional.

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RESUMEN La calidad de las aguas subterráneas de Pica, en su mayoría son adecuadas para riego según los valores de conductividad eléctrica (CE), relación de adsorción de sodio (RAS) y carbonato de sodio residual (CSR). Sin embargo, la presencia de elementos como boro, sulfato, cloruro, sodio y litio en concentraciones por sobre la Nch1333, generan efectos adversos en la productividad de cultivos con importancia económica y de identidad local como el Limón de Pica (Citrus aurantifolia). Esta especie de cítrico en particular, es una de las más sensibles a la presencia de boro en el agua de riego y en el suelo. Como una alternativa de solución, se diseñó, construyó e implementó una planta móvil de tratamiento de agua, utilizando la tecnología de ósmosis inversa e intercambio iónico para la remoción de sales y específicamente de boro, respectivamente. A partir del agua generada por la planta, se evaluaron 2 mezclas de agua para riego, T1 (80% agua tratada; 20% agua sin tratar) y T2 (60% agua tratada; 40% agua sin tratar), durante un periodo de 65 días. Además, se realizó un análisis de relación beneficio – costo (Rb/c) para determinar la factibilidad económica de implementación. Los resultados indican que ambos tratamientos mejoran las condiciones de salinidad del suelo en la zona de mojamiento y absorción de agua.

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T1 induce una menor acumulación de boro en raíces. En cuanto a la relación beneficio - costo, la planta no es una inversión conveniente de realizar en escenarios de producción bajo (11,16 kg/planta) y medio (64,39 kg/ planta) con precios de comercialización entre $1.230 y $2.000 por kg, utilizando las mezclas T1 o T2, dado el alto costo de inversión inicial, operación y mantenimiento. Con niveles altos de producción, entre 127 y 141 kg/planta, utilizando la mezcla T2 y con precios de comercialización iguales o superiores a $1.800/kg es posible alcanzar valores favorables económicamente. Sin embargo, existen brechas de diversa índole que impiden que productores de Limón de Pica efectúen manejos agronómicos, que les permitan alcanzar y mantener altos niveles de producción y precio de comercialización rentables. Por otra parte, se hace necesario ampliar el periodo de evaluación de rendimiento a un año como mínimo, para obtener resultados más representativos, junto con incorporar estrategias de manejo complementarias.

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CAPÍTULO 1: CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

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CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

1.1 INTRODUCCIÓN Las limas proceden, muy probablemente, de las zonas tropicales del archipiélago de Malayo, parte insular del sudeste de Asia. A esto se le atribuyen que sean las especies del género Citrus más sensibles a las bajas temperaturas, por lo que su cultivo está restringido a los trópicos y a las áreas subtropicales húmedas y calurosas. Existe dos grupos, limas ácidas y limas dulces, de las cuales solo las primeras tienen interés comercial. Las limas ácidas se subdividen en limas “Tahiti”, “Persa” o “Bears” (Citrus latifolia L.) y limas “Key” o “Mejicana” (Citrus aurantifolia (Christm.) Swing.) (Agusti, 2003). Los escasos reportes históricos que hacen referencia de la llegada de C. aurantifolia a Pica, se remontan a fines del siglo XVI y comienzos del XVII, en que se da cuenta de las primeras plantaciones junto a viñedos. Las características agroclimáticas del oasis de Pica, permitieron que esta lima se diferenciara de otras como el limón sutil de Vallenar, el limón sutil de Ovalle y el limón sutil peruano, por su característico aroma y sabor otorgado por un mayor contenido de aceites esenciales como cumarinas y limoneno 3. Así como también, por un alto porcentaje de jugo (45%) respecto al peso total del fruto (Cooperativa Agrícola Pica Ltda, 2008). Estos elementos diferenciadores, junto con otros factores socioeconómicos impulsaron a un grupo de actores locales públicos y privados a proteger el Limón de Pica mediante la obtención de un Sello de Origen - Indicación Geográfica del Instituto Nacional de

Propiedad Intelectual (INAPI) en el año 2010, como una estrategia para potenciar su comercialización y beneficio socioeconómico de los productores. La superficie plantada con limas ácidas en la comuna de Pica es de 59,15 ha, de las cuales 57,7 ha corresponden a Limón de Pica (C. aurantifolia) y 1,45 ha a lima Bears o Sutil de Gaza (C. latifolia) (CIREN y ODEPA, 2019). Uno de los factores más limitantes para el cultivo, corresponde a las altas concentraciones de boro presentes tanto en el agua de riego, como en el suelo de Pica, considerando que los cítricos son especies muy sensibles a este elemento, tolerando una concentración máxima entre 0,3 y 0,5 mg/L en extracto saturado de suelo (Maas, 1990). Además, el Limón de Pica, corresponde una de las especies de cítricos con mayor capacidad de transporte y acumulación de boro desde las raíces hasta las hojas (Ayers y Westcot, 1987). Durante el desarrollo de este objetivo del proyecto, se realizaron visitas y entrevistas a un grupo de agricultores identificados como productores de Limón de Pica, que formaron parte de la red de monitoreo del proyecto “Estudio de la calidad de las aguas subterráneas del acuífero de Pica, Valle de Quisma y Pica” (2016-2017), con el propósito de preseleccionar a 3 predios, a partir de una serie de criterios de evaluación, donde se identificaron las

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Capítulo 1

zonas de producción de C. aurantifolia, se caracterizó la producción correspondiente a diciembre de 2018, así como también se evaluó el estado fitosanitario de los árboles (presencia de plagas y enfermedades). Posteriormente, se seleccionó uno de ellos para implementar la planta de tratamiento de agua. En relación a los antecedentes preliminares de rendimiento del cultivo de Limón de Pica en la comuna, en el Cuadro 1 se presentan 3 niveles de referencias reportados por la Comisión Nacional de Riego (CNR, 2012) y por los Catastros Frutícolas 2016 y 2019 del Centro de Información de Recursos Naturales (CIREN) y de la Oficina de Estudios y Políticas Agrarias (ODEPA).

embargo, en el cuadro anterior y en los siguientes capítulos se hace referencia a un rendimiento promedio expresado en kg/planta al dividir el valor en kg/ha por la densidad de plantas, es decir, por el número de árboles por hectárea, lo cual facilita la comprensión de análisis y resultados, considerando que los agricultores en Pica, al momento de evaluar y/o entregar a esta información, la principal unidad de referencia es el número de cajas por árbol que obtienen durante un periodo de tiempo determinado, donde cada una tiene una capacidad de 25 kg.

Considerando el contexto del rubro frutícola, el rendimiento se define como la cantidad de fruta producida en unidades de masa por unidades de superficie (kilógramos o toneladas por metro cuadrado o por hectárea). Sin

Fuente

Rendimiento

Densidad

Rendimiento prom.

(Ton/ha)

(plantas/ha)

(kg/planta)

CNR (2012)

625

CIREN (2016)

14,3

366

39,01

CIREN (2019)

20,8

323

64,4

Cuadro 1. Antecedentes de rendimiento del Limón de Pica.

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CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

1.2 EFECTOS ADVERSOS DE COMPONENTES DEL AGUA DE RIEGO EN CULTIVOS En muchas regiones, la pluviosidad anual no es suficiente para compensar la evaporación de una cubierta vegetal, por lo tanto, cualquier adición de agua de otras fuentes, ya sea por ascenso capilar proveniente de las aguas subterráneas o por el riego, necesariamente implica un incremento de las sales del suelo, puesto que todas las aguas naturales contienen variables cantidades de sales. En los suelos bajo riego, en la medida que el agua agregada sea consumida por la vegetación y evaporada, la salinización del suelo es inevitable (Sadzawka, 2006). Los iones que generan efectos tóxicos en las especies frutales, y específicamente en cítricos del oasis de Pica, los cuales son aportados por el agua de riego, son cloruro (Cl-), sodio (Na+), litio (Li), sulfato (SO4-) y boro (B) (Herrera et al., 2018). Una vez que estos iones interactúan en la zona de crecimiento raíces (rizósfera), para el caso del Limón de Pica entre los primeros 60 cm de suelo, los efectos adversos se asocian a la alta salinidad o a efectos de iones específicos, que generalmente son causados por la acción combinada de estos (Daserg et al., 1991; Maas, 1993). El principal impacto del exceso de sales, es que dificulta el proceso de absorción de agua de la planta (Arslan, 2016; Zaidi et al., 2016). Mientras que, la presencia de determinados iones en el agua de riego induce desbalances nutricionales o deficiencias causando reducción del rendimiento o daños a la planta. Como, por ejemplo, altos niveles de sulfato en el agua de riego pueden inducir deficiencias de magnesio en vides (Ehlig, 1960), el corazón negro del apio en suelos salinos

se debe a deficiencia de calcio causada por altos niveles de sulfatos y bajo contenido de calcio (Geraldson, 1954). El cloruro es absorbido por la planta por la corriente de transpiración, hasta acumularse en las hojas. Los síntomas de toxicidad corresponden a quemazón o secamiento de los tejidos foliares, que se inicia por los ápices y se extiende a lo largo de los márgenes de forma simétrica a medida que la severidad aumenta (Figura 1). Una necrosis excesiva es menudo acompañada de defoliación. Para plantas muy sensibles los síntomas aparecen cuando las hojas acumulan entre 0,3 y 1,0% de cloruros

Figura 1. Síntomas foliares asociados al efecto tóxico de cloruro.

Página 21

Capítulo 1

en la zona de raíces (Ayers y Westcot, 1987; Sadzawka, 2006). Además, genera toxicidad que se expresa como quemazones, encrespamiento de la hoja y muerte de tejidos, lo cual ocurre inicialmente en los bordes externos y, a medida que la severidad de la toxicidad aumenta, progresa en los tejidos intervenales (Figura 2). Los síntomas aparecen primero en las hojas más viejas. La toxicidad del sodio se puede modificar o reducir, si se incorpora suficiente calcio, para desplazar al sodio de los sitios de adsorción en coloides del suelo. La fertilización con yeso agrícola o con nitrato de calcio puede contribuir a solucionar el problema (Ayers y Westcot, 1987; Sadzawka, 2006).

Figura 2. Síntomas foliares asociado a toxicidad por sodio.

en base seca. La susceptibilidad varía entre especies y los síntomas aparecen a concentraciones diversas en el tejido (Bingham, 1954, Ayers y Westcot, 1987). En cítricos, cuando la concentración de cloruro en el agua es menor a 150 mg/L, se considera óptima, mientras que entre 300 y 450 mg/L es necesario realizar evaluaciones específicas y con niveles mayores a 450 mg/L, no es aconsejable utilizarla para riego (Soler y Soler, 2006). Respecto a los efectos del sodio, este genera dispersión y pérdida de estructura en el suelo, lo cual disminuye la velocidad de infiltración del agua en profundidad, por consecuencia genera una menor disponibilidad de agua

Página 22

Es importante mencionar, que el suelo de la zona de estudio posee más de un 80% de arena a lo largo de todo el perfil, correspondiendo a una clase textural areno francosa, el cual no posee grado estructura, clasificándose como granular. Por lo tanto, no es un suelo susceptible a presentar problemas de disminución en la velocidad de infiltración del agua por el efecto dispersante del sodio y la pérdida de estructura. El boro es un micronutriente esencial para el crecimiento y desarrollo de las plantas (Tanaka y Fujiwara, 2008). El rango entre la deficiencia y toxicidad de boro es estrecho, y en ambos casos genera efectos adversos afectando el rendimiento (Camacho et al., 2008). Los síntomas primarios de toxicidad que exhiben las plantas son quemaduras en los márgenes o ápices en hojas maduras (clorosis o necrosis), presentando reducción de vigor. Luego, se observa un retardo en el desarrollo, inhibición del crecimiento, disminución del peso, número y tamaño de frutos (Herrera-Rodriguez et al., 2010; Reid y Fitzpatrick, 2009).

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

En la Figura 3, se muestra una hoja de Limón de Pica donde se observan puntos necrosados, que corresponden al efecto de la acumulación de boro en vasos terminales del xilema, vía de transporte específico de agua en las planta, ya que el boro ingresa por simple difusión debido al pequeño tamaño de la molécula de ácido bórico, la cual viaja por conductos xilemáticos desde las raíces hasta las hojas. Al costado inferior derecho, se observa la presencia de ninfas de mosquita blanca (Aleurothrixus floccosus).

plantas (Schrauzer y Klippel, 1991). Tolerable por muchos cultivos hasta 5 mg/L y tóxico para cítricos en concentraciones menores a 0,075 mg/L según NCh 1333.

En el Cuadro 2, se muestra un resumen adaptado de Maas (1990) respecto a la tolerancia de diferentes cultivos a los niveles boro en extracto saturado de suelo. En lo que respecta al litio, no está totalmente claro si es esencial para el desarrollo vegetal, aunque es sabido que su administración usualmente incrementa su crecimiento (Schrauzer y Klippel, 1991; Anderson, 1990). Desde el punto de vista toxicológico, es conocido el hecho de que los efectos benéficos del litio ocurren en un rango de concentración sumamente estrecho y su exceso por encima del mismo provoca toxicidad tanto en animales como en

Figura 3. Síntomas foliares asociada a toxicidad por exceso de boro.

Tolerancia

Concentración de Boro en extracto saturado de suelo (mg/L)

Cultivo agrícola

Muy sensible

< 0,5

Mora, limón

Sensible

0,5 – 1,0

Durazno, cereza, ciruela, uva, cebolla, ajo, camote, trigo, cebada, girasol, frutillas, alcachofa, porotos, limón

Sensible moderadamente

1,0 – 2,0

Pimienta roja, arveja, zanahoria, rábano, papa, pepino

Tolerante moderadamente

2,0 – 4,0

Lechuga, repollo, apio, avena, maíz, alcachofa, tabaco, trébol, calabaza

Tolerante

4,0 – 6,0

Tomate, alfalfa, perejil, Betarraga, remolacha

Muy tolerante

6,0 – 15,0

Espárragos

Cuadro 2. Tolerancia al boro de cultivos agrícolas. Página 23

Capítulo 1

1.3 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PREDIOS Durante la ejecución del proyecto, se realizaron visitas prediales a 13 productores de Limón de Pica, para evaluar si cumplían con los requerimientos para instalar la planta de tratamiento de aguas y determinar el efecto del riego con agua tratada. Los criterios de selección fueron los siguientes (Cuadro 3). Criterio

Compromiso e interés

Tipo de sistema de riego

Calidad de agua

Accesibilidad y espacio

A continuación, se presenta la caracterización de la producción de Limón de Pica de tres predios preseleccionados.

Descripción Si el agricultor demostró interés en participar del proyecto o poseía disponibilidad de tiempo para poner a disposición la parcela. Si el agricultor poseía sistema de riego por inundación o tecniﬁcado, siendo mejor evaluados los que contaban con sistemas tecniﬁcados. Que haya tenido problemas de calidad de aguas y que haya sido partícipe del proyecto “Estudio de la calidad de las aguas subterráneas del acuífero de Pica, valle de Quisma y Pica” (2017) para contar con información detallada. Si el predio o parcela contaba con espacio disponible para el tránsito de vehículos de carga para la instalación de la planta de tratamiento y la infraestructura necesaria.

Cultivo de Limón de Pica

Si tenía árboles de Limón de Pica en producción para realizar la evaluación del riego con agua tratada.

Cantidad de árboles de Limón de Pica

Si poseía una cantidad de árboles de Limón de Pica que permita implementar un diseño experimental estadísticamente válido.

Cuadro 3. Criterios de selección de huertos de Limón de Pica para la implementación de la planta de tratamiento de aguas. Página 24

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

1.4 CARACTERIZACIÓN DE PREDIOS PRESELECCIONADOS 1.4.1 Predio de Vitaliano Ayavire (Pozo P-274) Identificación de cuarteles de Limón de Pica El predio de don Vitaliano Ayavire, posee una superficie de 2,4 hectáreas, en donde se identificaron 4 cuarteles con limón de Pica (Figura 4), en los Cuadros 4, 5 y 6

se presentan sus características de rendimiento por superficie, por kilogramo de fruta y las características físicas de fruto por cuartel.

Figura 4. Cuarteles de Limón de Pica del predio de don Vitaliano Ayavire

Página 25

Capítulo 1

Cuartel

Edad (años)

Nº de plantas

Marco de plantación (m)

Superﬁci e (m2)

Kg de fruta/ cuartel*

Kg de fruta/ árbol

Rendimiento (kg/ha)

5x5

320

12,5

0,78

313

5x5

1.593

0,42

167

5x5

809

12,5

0,42

167

5x5

1.860

0,44

175

4.582

163

Totales

821

*Los datos de producción de fruta corresponden al mes de diciembre de 2018. Cuadro 4. Caracterización de rendimiento por cuarteles del predio de don Vitaliano Ayavire.

CUARTEL

Estudio de Normalización*

N° frutos por Kg

Volumen de jugo por Kg

395,12

459,60

471,98

448,54

445

Peso del jugo de un Kg

440,70

472,52

492,07

462,95

439

Peso de Cáscara + Fibra en un kg de fruto

529,00

519,12

476,54

516,19

420

*Valores de referencia del Estudio de Normalización y Comercialización de los Cítricos de Pica (FIA, 2002) Cuadro 5. Rendimiento por kilogramo de fruta del predio de don Vitaliano Ayavire.

Página 26

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

CUARTEL 1

Calibre (mm) Categoría Calibre** Longitud de fruto (mm) Relación Diam. Polar/Diam. Ec. Peso del fruto (g) Peso del jugo (g) Volumen del jugo (ml) Peso de cáscara + ﬁbra (g) Peso de semilla (g) N° de semillas Grosor de cáscara (mm) % jugo

CUARTEL 2

CUARTEL 3 36,85

CUARTEL 4

Estudio de Normalización*

34,39

35,59

3 (chico)

35,34

36,31

38,19

35,42

41,50

1,03

1,02

1,04

1,01

1,17

22,41

25,08

28,0485

24,2665

28,70

10,02

11,81

14,059

11,2915

12,92

8,98

11,49

13,485

10,94

13,08

12,02

12,98

13,6155

12,59

12,36

0,37

0,29

0,374

0,385

5,87

6,3

6,65

1,83

1,42

1,672

1,5085

1,40

44,26%

46,38%

49,55%

45,98%

45,04%

2 (mediano)

34,92

37,40

3 (chico)

*Valores de referencia del Estudio de Normalización y Comercialización de los Cítricos de Pica (FIA, 2002) **Clasificación de calibre según Norma chilena para Limas Ácidas N°2716/INN Cuadro 6. Rendimiento por kilogramo de fruta del predio de don Vitaliano Ayavire.

Página 27

Capítulo 1

A continuación, en el Cuadro 7 se muestran los resultados del monitoreo de plagas y enfermedades realizado en el predio de don Vitaliano Ayavire.

Cuartel 1 Mosca Suma de niveles N° estructuras con N° estructuras sin N° estructuras monitoreada Nivel de abundancia % Estructura con presencia

Cuartel 2

Pulgón

Mosca

Cuartel 3

Pulgón

Mosca

Cuartel 4

Pulgón

Mosca

Pulgón

0,0

0,08

3,00

83%

Cuadro 7. Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Vitaliano Ayavire.

En el cuartel 1 no se observaron plagas, en los cuarteles 2 y 3 el 8% de las estructuras monitoreadas presentaron un nivel de abundancia de 0,08, considerándose bajo o prácticamente sin presencia por ser un valor considerablemente menor a 1. El resultado del monitoreo en el cuartel 4 indica que un 83% de las estructuras monitoreadas presentan un nivel de abundancia de 3, interpretándose como una abundancia alta. La condición del cuartel 4, se debe principalmente a que no se han efectuado lavados periódicos de los árboles

Página 28

por falta de tiempo para realizar labores. Por otra parte, los agricultores estaban a la espera de la llegada de una nebulizadora para realizar esta labor. El estado de desarrollo de la plaga predominante correspondió principalmente a ninfas con alta producción de mielecilla (Figura 5).

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

Figura 5. Hojas de Limón de Pica con presencia de ninfas produciendo mielecilla de mosquita blanca (Aleurothrixus floccosus), cuartel 4. (Fotografía: Equipo FIC-CEITSAZA).

Página 29

1.4.2 Predio de César Rossi (Pozo 277) Capítulo 1

Identificación de cuarteles de Limón de Pica El predio de don Cesar Rossi posee una superficie de 12,5 hectáreas, donde se identificaron 6 cuarteles con limón de Pica (Figura 6), en el Cuadro 8, 9 y 10 se presentan sus características de rendimiento por superficie, por kilogramo de fruta y las características físicas de fruto por cuartel.

Figura 6. Cuarteles de Limón de Pica del predio de don Cesar Rossi.

Página 30

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

Marco de plantación (m)

Kg de fruta/ cuartel*

Kg de fruta/ árbol

Rendimie nto (kg/ ha)

Edad (años)

N° de plantas

141

7x6

5.848

450

3,19

759,88

6x6

1.832

225

5,11

1.420,45

7x7

384

125

7,81

1.594,39

6x6

1.130

300

10,00

2.777,78

7x6

3.670

125

1,42

338,20

185

6x6

7.769

600

3,24

900,90

20.633

Cuartel

Totales

Superﬁcie (m2)

504

1.298,60

*Los datos de producción de fruta corresponden al mes de diciembre de 2018. Cuadro 8. Caracterización de rendimiento por cuarteles del predio de don Cesar Rossi.

CUARTEL 1

CUARTEL 2

CUARTEL 3

CUARTEL 4

CUARTEL 5

CUARTEL 6

Est. de Norm. *

Volumen de jugo por Kg

521,42

502,74

475,88

467,10

481,13

504,25

445

Peso del jugo de un Kg

591,28

540,84

497,88

503,31

513,92

531,74

439

Peso de Cáscara + Fibra en un kg de fruto

554,44

514,08

469,84

510,72

502,40

506,09

420

N° frutos por Kg

*Valores de referencia del Estudio de Normalización y Comercialización de los Cítricos de Pica (FIA, 2002) Cuadro 9. Rendimiento por kilogramo de fruta del predio de don Cesar Rossi.

Página 31

Capítulo 1

Calibre (mm) Categoría Calibre**

CUARTEL 1 40,45 1 (grande)

CUARTEL 2 40,90

CUARTEL 3 (3-4) 40,21

CUARTEL 4 40,52

CUARTEL 5 40,86

1 (grande)

CUARTEL 6 42,05 1 (grande)

Est. de Norm.* 37,40 -

Longitud de fruto (mm)

41,22

43,013

42,582

43,492

43,746

43,7915

41,50

Relación Diam. Polar/Diam. Ec.

1,02

1,06

1,07

1,04

1,17

Peso del fruto (g)

37,27

39,4845

36,1485

37,9295

39,493

41,907

28,70

Peso del jugo (g)

19,07

20,031

18,44

18,641

19,766

21,2695

12,92

Volumen del jugo (ml)

16,82

18,62

17,625

17,3

18,505

20,17

13,08

Peso de cáscara + ﬁbra (g)

17,89

19,04

17,4015

18,9155

19,323

20,2435

12,36

Peso de semilla (g)

0,32

0,41

0,31

0,37

0,40

0,39

N° de semillas

4,70

6,2

4,9

5,45

5,85

5,25

Grosor de cáscara (mm)

1,70

1,795

1,685

1,7315

1,5745

1,555

1,40

% jugo

49,24%

50,52%

50,87%

48,99%

49,95%

50,55%

45,04%

*Valores de referencia del Estudio de Normalización y Comercialización de los Cítricos de Pica (FIA, 2002) **Clasificación de calibre según Norma chilena para Limas Ácidas N°2716/INN Cuadro 10. Caracterización física de fruto por cuarteles del predio de don Cesar Rossi.

Página 32

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

En el Cuadro 11 y 12, se presentan los resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Cesar Rossi.

Cuartel 1 Mosca

Cuartel 2 Pulgón

Mosca

Cuartel 3 Pulgón

Mosca

Pulgón

Suma de niveles

N° estructuras con presencia

N° estructuras sin presencia

N° estructuras monitoreadas

Nivel de abundancia

1,06

1,50

1,42

% Estructura con presencia

53%

67%

75%

Cuadro 11. Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Cesar Rossi.

Página 33

Capítulo 1

Cuartel 4 Mosca Suma de niveles

Cuartel 5 Pulgón

Mosca

Cuartel 6 Pulgón

Mosca

Pulgón

N° estructuras sin presencia

N° estructuras monitoreadas

Nivel de abundancia

0,67

0,50

0,53

0,056

% Estructura con presencia

33%

N° estructuras con presencia

Cuadro 12. Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Cesar Rossi.

Los cuarteles monitoreados se encuentran en un estado favorable, los niveles van desde sin presencia hasta baja abundancia. Es importante mencionar la presencia de pulgones en el cuartel 6 (Figura 7), no obstante el 33% de las estructuras monitoreadas tiene un nivel de abundancia de 0,056, considerado muy bajo o sin presencia.

Figura 7. Presencia del pulgón negro de los cítricos (Toxoptera aurantii) (Fotografía: Equipo FIC-CEITSAZA).

Página 34

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

1.4.3 Predio de Enrique Arroyo (Pozo 125) El predio de don Enrique Arroyo posee una extensión de 2,8 hectáreas, se identificaron 3 cuarteles con Limón de Pica (Figura 8), en el Cuadro 13, 14 y 15 se presentan sus características de rendimiento por superficie, por

kilogramo de fruta y las características físicas de fruto por cuartel. En esta parcela no se realizaron observaciones de fruto en el cuartel N°2, para no intervenir el desarrollo de un proyecto ejecutado por el Centro de Investigación y Desarrollo en Recursos Hídricos de la Universidad Arturo Prat (CIDERH).

Figura 8. Cuarteles de Limón de Pica del predio de don Enrique Arroyo.

Página 35

Capítulo 1

Cuartel

Edad (años)

N° de plantas

Marco de plantación (m)

Kg de fruta/ cuartel*

Superﬁcie (m2)

Kg de fruta/ árbol

Rendimient o (kg/ha)

6x5

3.806

0,70

232,64

6x5

1.393

0,47

157,89

112

6x6

4.045

250

2,23

744,05

Totales

246

9.244

1.134,58

*Los datos de producción de fruta corresponden al mes de diciembre de 2018. Cuadro 13. Caracterización de rendimiento por cuarteles del predio de don Enrique Arroyo.

CUARTEL 1

CUARTEL 3

Estudio de Normalización*

Volumen de jugo por Kg

529,40

482,57

445

Peso del jugo de un Kg

522,88

498,39

439

Peso de Cáscara + Fibra en un kg de fruto

554,96

574,52

420

N° frutos por Kg

*Valores de referencia del Estudio de Normalización y Comercialización de los Cítricos de Pica (FIA, 2002) Cuadro 14. Rendimiento por kilogramo de fruta del predio de don Enrique Arroyo.

Página 36

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

CUARTEL 1

CUARTEL 3

Estudio de Normalización*

35,95

33,11

3 (chico)

Longitud de fruto (mm)

37,71

33,42

41,50

Relación Diam. Polar/ Diam. Ec.

1,05

1,01

1,17

Peso del fruto (g)

27,41

20,48

28,70

Peso del jugo (g)

13,07

9,40

12,92

Volumen del jugo (ml)

13,24

9,11

13,08

Peso de cáscara + ﬁbra (g)

13,87

10,84

12,36

Peso de semilla (g)

0,47

0,24

1,38

1,26

1,40

47,29%

45,29%

45,04%

Calibre (mm) Categoría Calibre**

N° de semillas Grosor de cáscara (mm) % jugo

37,40 -

*Valores de referencia del Estudio de Normalización y Comercialización de los Cítricos de Pica (FIA, 2002) **Clasificación de calibre según Norma chilena para Limas Ácidas N°2716/INN Cuadro 15. Caracterización física de fruto por cuarteles del predio de don Enrique Arroyo.

Página 37

Capítulo 1

Los resultados de la evaluación fitosanitaria se muestran en el Cuadro 16.

Cuartel 1 Mosca

Cuartel 3 Pulgón

Mosca

Pulgón

Suma de niveles

N° estructuras con presencia

N° estructuras sin presencia

N° estructuras monitoreadas

Nivel de abundancia

0,92

2,29

% Estructura con presencia

33%

92%

Cuadro 16. Resultados de la evaluación fitosanitaria del predio de don Enrique Arroyo.

Página 38

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

Los resultados del monitoreo indican que el cuartel 1 presenta mejor condición fitosanitaria que el cuartel 3, en este último el 92% de las estructuras observadas presentan un nivel de abundancia medio de 2,29 (Figura 9). El cuartel 2 fue excluido del monitoreo, por estar destinado a un estudio asociado a otro proyecto que se ejecuta actualmente en el predio. Sin embargo, tanto profesionales del estudio, como el agricultor, indican que la instalación de mallas de fotoselectivas genera una mayor abundancia de mosquita blanca al generar un microclima que favorece la proliferación.

Figura 9. Presencia de mosquita blanca (Aleorothrixus floccosus) en hojas de Limón de Pica, estado adulto, huevos inmaduros y por eclosionar (Fotografía: Equipo FIC-CEITSAZA).

Página 39

Capítulo 1

1.4.4 Comparación de calidad de agua para riego entre agricultores Según los parámetros que generan mayores limitantes para los cultivos en Pica y en base a la metodología de evaluación de Ayers y Westcot (1987), en el Cuadro 17 se observa que el agua del predio de don Vitaliano Ayavire posee un riesgo muy alto de tener efectos adversos

Parámetros

Unidad

por salinidad y medio según la relación de adsorción de sodio, clasificando como C4-S2. La parcela de don Enrique presenta un riesgo alto según la conductividad eléctrica y medio por relación de adsorción de sodio (C3S2). Mientras que, el agua de Cesar Rossi se cataloga como C3-S1, manteniendo un riesgo alto por presencia de sales y nulo respecto a la relación de adsorción de sodio.

Vitaliano Ayavire

Enrique Arroyo

Cesar Rossi

Boro

mg/L

6,6

1,85

1,31

Cloruro

Cl-

mg/L

550,2

215,6

135,6

Conductividad

uS/cm

3544

1858

1095

Solidos totales disueltos

TDS

mg/L

2875

931

832

CSR

meq/L

-18,06

1,19

-1,08

RAS

4,4

6,4

3,7

Litio

mg/L

0,67

0,452

0,365

Sodio

Na+

37%

61%

51%

Sulfato

SO4-

mg/L

951,6

354,1

284,6

Ayers y Westcot 1987

C4-S2

C3-S2

C3-S1

Cuadro 17. Comparación de parámetros de calidad de agua entre agricultores seleccionados (nov 2018).

Página 40

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

Es relevante destacar, la predominancia de arena en el suelo de los tres huertos, lo cual hace menos susceptible de tener problemas asociado a la pérdida de estructura del suelo por efecto del sodio. Teniendo como referencia la Nch1333, los niveles de boro sobrepasan el límite máximo permitido (LMP) de 0,75 mg/L en todos los predios. Las concentraciones de cloruro, en el agua de Vitaliano y Enrique superan los 200 mg/L establecidos. Mientras que, para los niveles de sulfato, las tres aguas superan la norma (LMP: 250 mg/L). En cuanto a sodio porcentual, el predio con mayores limitantes corresponde al de don Enrique Arroyo. Los niveles de Carbonato de Sodio Residual (CSR), se presentan adecuados según lo establecido por Eaton (1950), dado que todos son menores a 1,25 meq/L, lo cual indica que no predominará la precipitación de carbonatos de calcio y magnesio, evitando que domine el sodio en la solución suelo. En todos los predios, la concentración de litio en el agua supera lo establecido por la Nch1333 para cítricos (0,075 mg/L).

Página 41

Capítulo 1

1.4.5 Selección del predio para la implementación de la planta

con haber tenido experiencia previa en proyecto asociados con otras universidades.

El predio del agricultor Enrique Arroyo (parcela Santa Julia), fue escogido para implementar la planta de tratamiento, por las condiciones de acceso y edad del huerto disponible, respecto los otros predios. Además, la disponibilidad y compromiso de la familia en colaborar y mantener una coordinación óptima con las actividades programadas, junto

En el Cuadro 18 y 19 se presentan en las características químicas y físicas, respectivamente, por horizonte del suelo de la zona de estudio, estas corresponden a una descripción de perfil realizada en la zona de la entre hilera de la zona de estudio.

Horizonte A 0-60 cm

Horizonte E 60-110 cm

8,2

7,9

Conductividad Eléctrica (dS/m)

106

8,1

Materia orgánica (%)

0,29

0,07

Nitrógeno disponible (mg/kg)

Fósforo disponible (mg/kg)

Potasio (mg/kg)

283

Calcio (meq/100 g)

4,5

209

% CIC Magnesio (meq/100 g)

54 1,5

67 0,31

% CIC (meq/100 g) Potasio

11 0,72

4 0,53

% CIC (meq/100 g) Sodio

5,2 5,3

6,5 2,0

% CIC Suma de bases (Ca+Mg+K+Na)

38,4 14,9

24,4 8,3

CIC Capacidad de Intercambio Catiónico (meq/100 g)

13,8

8,2

5,5

Cuadro 18. Características químicas de suelo por horizonte parcela Santa Julia

Página 42

CARACTERIZACIÓN AGRONÓMICA Y DIAGNÓSTICO DE RENDIMIENTO DEL CULTIVO DEL LIMÓN DE PICA

El elevado nivel de conductividad eléctrica en el primer horizonte, se explica por ser una zona donde se acumulan las sales arrastradas por el agua de riego, lo cual no representa el nivel de salinidad que existe en la zona de absorción de agua. Los parámetros de salinidad de la rizósfera de cada árbol en estudio, se encuentran caracterizados en la evaluación del efecto del riego con

agua tratada, capítulo 3, en donde se observan valores promedios entre 1,9 y 2,8 dS/m. Como se menciona anteriormente, es posible observar el predominio de texturas gruesas en ambos horizontes de suelo, catalogándose como un suelo sin estructura de tipo granular.

Horizonte A 0-60 cm

Horizonte E 60-110 cm

Textura Arena (2,00 – 0,05 mm) (%)

Limo (0,05 – 0,002 mm) (%)

Arcilla (< 0,002 mm) (%)

Clase textural

Areno francosa

Granulometría arena gruesa y ﬁna Arena gruesa (2,00 – 0,5 mm) (%)

Arena ﬁna (0,50 – 0,05 mm) (%)

Densidad aparente g/cc

1,76

1,74

Densidad real g/cc

2,62

2,57

0,3 bar (Capacidad de Campo) (%)

6,4

15 bar (Punto de marchitez permanente) (%)

3,4

3,2

Humedad aprovechable (%)

3,0

3,2

Porosidad total (%)

Microporosidad (%)

Macroporosidad (%)

Retención de humedad

Espacio poroso

Cuadro 19. Características físicas de suelo por horizonte parcela Santa Julia. Página 43

CAPÍTULO 2: DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Página 44

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

2.1 INTRODUCCIÓN

generar efectos adversos en cultivos debido a los niveles de %Na, PSS, SP, boro y litio (Herrera et al., 2018).

La calidad del agua obedece siempre a un objetivo de uso potencial. Para el caso de agua de riego, se utilizan diversos indicadores para evaluar la calidad de ésta, ponderándose parámetros fisicoquímicos medidos y calculados, tales como: sólidos totales disueltos (STD), conductividad eléctrica (CE), bicarbonato (HCO3-), cloruro (Cl-), pH, sodio (Na+), relación de adsorción de sodio (RAS), sodio porcentual con base en cationes mayoritarios (%Na), estimación del porcentaje de sodio soluble (PSS), el carbonato de sodio residual (CSR) y la salinidad potencial (SP) que relaciona los aniones cloruro y sulfato, entre otros (Ayers y Westcot, 1987; Arslan, 2016; Zaidi et al., 2016). En Chile, el Instituto Nacional de Normalización establece parámetros de calidad de agua para riego en la Norma Chilena Oficial Nº1333 Of.197 (NCh1333) y en el ámbito internacional, principalmente por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).

Para eliminar total o parcialmente los elementos del agua mencionados anteriormente, existen variadas tecnologías, basadas en procesos físicos, químicos y biológicos, que operando por sí solas o combinadas, pueden entregar un agua producto que responda a los requerimientos de calidad para su uso.

En lo particular, los agricultores del oasis de Pica aprovechan las aguas subterráneas de distintas profundidades en el riego de cítricos, frutos tropicales y verduras. La caracterización de sus aguas identificó tres acuíferos, donde existen variaciones espaciales, pero no temporales en la calidad, de neutras a levemente alcalinas. Acorde a los valores de CE, RAS y CSR son aguas adecuadas para el riego. No existe riesgo de contaminación por metales y metaloides, pero si pueden

Considerando la sensibilidad de los cítricos, específicamente del Limón de Pica (C. aurantifolia), esta iniciativa se focalizó en remover boro y sales, a través de la tecnología de ósmosis inversa acoplada a un sistema de intercambio iónico selectivo para este elemento. Esto con la finalidad de mejorar la productividad del cultivo. El término ósmosis se define como un proceso natural en el cual, el agua se mueve espontáneamente desde una solución con baja concentración hacia una solución con alta concentración de sales, a través de una membrana semipermeable. La ósmosis inversa, corresponde a una técnica que permite invertir el paso del agua a través de una membrana semipermeable, es decir, pasar desde una solución más concentrada hacia una con menor concentración de sales aplicando presión, lo cual permite separar sólidos disueltos (Kucera, 2015). Este proceso es utilizado para mejorar la calidad de aguas duras (alto contenido de calcio y magnesio), aguas salobres o agua de mar. Por lo tanto, involucra un agua de alimentación, un agua producto con baja salinidad conocida como

Página 45

Capítulo 2

permeado y una corriente de descarte, comúnmente denominada salmuera o rechazo, que contiene las sales removidas por membranas porosas (Figura 10).

uct

d Pro

Página 46

o az ch

Figura 10. Esquema de un sistema de ósmosis inversa.

ón

taci

en Alim

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

El intercambio iónico es un proceso químico específico, en el que iones disueltos son intercambiados por otros con una carga similar. El proceso de intercambio tiene lugar entre un sólido (resina o zeolita) y un líquido (agua). Por lo tanto, la función de la resina es retener un elemento a cambio de liberar otro de la misma carga al efluente. Se utiliza generalmente para el ablandamiento

Inicio del ciclo

Intercambio de iones

o desmineralización del agua, así como también para desalcalinización, desionización y desinfección. En este proyecto, este sistema se incorporó con el propósito de remover específicamente el boro presente en el agua para riego (Figura 11).

Agotamiento de la resina

Regeneración de la resina

Fin de la regeneración

Figura 11. Esquema de un sistema de intercambio iónico. Esferas celestes representan boro; esferas rojas la resina; esferas blancas elemento o molécula de intercambio.

Página 47

Capítulo 2

2.2 DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO En la selección de tecnologías a emplear en el tratamiento de aguas, se debe considerar la calidad fisicoquímica del agua de alimentación e identificar los elementos a remover cuyas concentraciones son superiores al límite máximo permitido en la normativa chilena. Además, se deben contemplar requerimientos técnicos y logísticos como mano de obra, disponibilidad de materiales y equipos en el mercado nacional e internacional, sistema energético, reactivos químicos, asistencia técnica, traslado hasta el lugar de implementación, entre otros, lo cual permite definir con mayor precisión costos de inversión, operación y mantenimiento. Otra variable a considerar, sobre todo cuando se trata de sistemas pequeños de tratamiento de aguas y móviles, es que no presenten una gran complejidad técnica que dificulten la capacitación y operación para los usuarios. Para el caso de las aguas del oasis de Pica, se escogió un tren de tecnologías de tratamiento que incluye desalación por ósmosis inversa, seguido de un sistema de intercambio iónico para remover específicamente el contenido de boro proveniente en la corriente de salida de ósmosis inversa. Ambas tecnologías instaladas al interior de un contenedor cerrado que permita proteger los equipos de variables ambientales como tormentas de polvo y lluvias estivales, montado sobre un carro de arrastre para otorgar movilidad y con un suministro energético mediante paneles solares (energía renovable no convencional ERNC).

Página 48

Otro factor a considerar de gran relevancia en cualquier el diseño, fue el volumen de agua aplicado al cultivo por el productor diariamente, que se relaciona con la demanda hídrica, estimada de acuerdo a variables climáticas específicas de la zona. Así como también, la superficie bajo riego y el número de árboles según la distancia a la que estén plantados en el predio (marco de plantación). En este caso, considerando el carácter piloto y experimental de la planta, se decidió abastecer un total de 18 árboles con un marco de plantación a 6 x 6 m, regados con un volumen diario de 160 L por árbol, respetando el estilo de riego del agricultor, que era uno de los que más se ajustaba a la demanda hídrica local. Durante los siguientes capítulos, se profundizará con más detalle en aspectos como tipo y manejo del sistema de riego, evaluación de mezclas de agua, entre otros.

2.2.1 Agua de alimentación El diseño del sistema de ósmosis inversa e intercambio iónico de la planta, se realizó utilizando las características fisicoquímicas de uno de los pozos del acuífero superficial del Oasis de Pica, ya que es uno de los que presenta la composición química menos favorable para los cultivos, específicamente según la concentración de boro. De esta manera, la planta se diseñó para tratar el agua con la condición más adversa en cuanto a calidad. El pozo correspondió al del predio de don Vitaliano Ayavire (Pozo 274), situado entre los 17 y 21 m de profundidad, en el Cuadro 20 se presenta la caracterización fisicoquímica.

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Parámetro

Unidad

Alcalinidad

Resultado 245,3

NCh 1333 Límites máx. N/A

Aluminio

mg/L

< 0,001

5,00

Arsénico

mg/L

0,008

0,10

Bario

mg/L

0,044

4,00

Bicarbonato

mg/L

155,6

Boro

mg/L

6,602

0,75

Cadmio

mg/L

0,003

0,010

Calcio

mg/L

470,2

N/A

Carbonato

mg/L

N/A

Cloruro

mg/L

550,2

200,00

Cobalto

mg/L

0,009

0,050

Cobre

mg/L

< 0,0004

0,20

Conductividad

µs/cm

3.544

Cromo

mg/L

< 0,0002

Dureza Total

mg/L

1.155

N/A

Fósforo

mg/L

0,013

N/A

<750 0,10

Página 49

Capítulo 2

Parámetro

Unidad

Resultado

NCh 1333 Límites máx.

Hierro

mg/L

0,023

5,00

Litio

mg/L

0,67

2,50

Magnesio

mg/L

34,8

Manganeso

mg/L

< 0,0001

0,20

Mercurio

mg/L

0,016

0,001

Molibdeno

mg/L

0,006

0,010

Níquel

mg/L

< 0,005

0,20

Nitrato

mg/L

181

N/A

7,31

5,5 – 9,0

Plomo

mg/L

0,007

5,00

Potasio

mg/L

28,59

N/A

Sodio

mg/L

367,8

N/A

Sodio porcentual

37,2

Sólidos totales disueltos

mg/L

2.875

<500

Sólidos suspendidos

mg/L

0,59

N/A

Sulfato

mg/L

951,6

Temperatura

ºC

23,19

N/A

Turbidez

NTU

0,29

N/A

Zinc

mg/L

0,032

Cuadro 20. Caracterización del agua de pozo superficial (P-274) (monitoreo noviembre 2018)

Página 50

N/A

250

2,00

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Uno de los principales cuidados que se debe tener en cuenta con el agua de alimentación es que cumpla con una calidad tal, que permita una operación sin contratiempo y/o daño de la membrana como elemento principal. El agua de entrada a la unidad de ósmosis inversa debe tener un índice de ensuciamiento menor a 3 (SDI < 3) y un nulo potencial de ensuciamiento de la membrana por presencia de materia orgánica y biológica, tales características previenen el ensuciamiento prematuro, ya sea por partículas coloidales suspendidas en el agua, que pueden producir taponamiento de las membranas, por incrustaciones, producto de precipitación de compuestos inorgánicos sobrepasando la solubilidad en el agua, o por crecimiento biológico, que pudiera producirse en las membranas generando lo que se denomina “biofouling”.

incrustantes, que evitan o aminoran las incrustaciones de sales precipitadas en las membranas (Alghoul et al., 2009).

2.2.2 Etapa de Pre-tratamiento

A partir del valor de sólidos totales disueltos (TDS) de 2.500 mg/L, un pH de 7,5 en promedio y una temperatura de 20 °C en el agua de alimentación, es posible calcular el Índice de Saturación de Langelier (LSI) dando como resultado (0,32) levemente positivo, lo que indica una probable precipitación de carbonatos. Lo anterior puede ser minimizado mediante la adición de ácido a la corriente de alimentación hasta obtener un LSI negativo próximo a cero y con eso disminuir la probabilidad de precipitación de carbonato calcio por aumento de la solubilidad de éste. Sin embargo, en conjunto con otros compuestos probables de precipitar, tales como sulfatos de bario y estroncio y otros compuestos inorgánicos, es preferible adicionar agentes anti-incrustantes, lo cual permite una sobresaturación significante de compuestos inorgánicos escasamente solubles. Generalmente, el agente antiincrustante y su dosificación adecuada, se hace en conjunto con el proveedor y depende de la concentración de iones que pueden formar compuestos insolubles a determinadas concentraciones.

La elección del sistema de pretratamiento tiene como objetivo minimizar el ensuciamiento e incrustaciones en las membranas de ósmosis inversa, eliminando sólidos en suspensión y materia orgánica disuelta mediante una serie de etapas de filtración. Generalmente, incluye la adición de productos químicos denominados anti-

El diseño de la etapa de pretratamiento, consistió en una unidad de filtro de sedimentos de 10 micras para materia en suspensión. Luego, un filtro de carbón activado para remoción de carga orgánica, metales pesados y cloro libre producto de la cloración, en caso de realizarse. Se incluyó la dosificación de anti-incrustante marca ROPUR RPI

Para conseguir un agua con las características mencionadas (SDI < 3 y nulo potencial de ensuciamiento), previo a la unidad de OI, debe considerarse una etapa de pre-filtración o pre-tratamiento. Esta etapa, dependiendo de las características del agua de alimentación, estará conformada de varias unidades de filtración.

Página 51

Capítulo 2

3000A, ya que permite inhibir la precipitación de sulfato de calcio y carbonato de calcio. Además, actúa como estabilizador para el sulfato de bario, estroncio y hierro. Los copolímeros que lo conforman, también actúan como un agente dispersante para contaminantes orgánicos y óxidos metálicos1 . Esta etapa finaliza con un segundo filtro de sedimento de 5 micras, para retener cualquier partícula que haya atravesado los filtros anteriores, en la Figura 12 se presenta el diagrama general de esta etapa.

2.2.3 Unidad de ósmosis inversa (OI) En el diseño de sistemas de ósmosis inversa, los parámetros más importantes son la fuente o tipo de agua de alimentación, su caracterización fisicoquímica, el flujo o caudal de entrada al sistema, flujo y caracterización fisicoquímica del agua permeada, así como también del agua de rechazo. Para elaborar el diseño de la unidad de ósmosis inversa del proyecto, se utilizó el software Toray DS2, tomando en consideración los parámetros mencionados anteriormente

Figura 12. Diagrama de flujo de la etapa de pre-tratamiento.

1 De acuerdo con la ficha técnica: Scale Inhibitor ROPUR RPI-3000A

Página 52

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

y los requerimientos de caudal de agua permeada de 0,8 m3/h. Los datos del diseño se presentan en el Cuadro 21 y el esquema general en la Figura 13.

Parámetro

Valor (Toray DS2 -Vigaﬂow)

Alimentación al sistema (m3/h)

1,3

Alimentación neta OI (m3/h)

2,3

Recirculación (m3/h)

1,0

Agua de descarte (rechazo) (m3/h)

0,5

Flujo de agua producto (m3/h)

0,8

Número de elementos

Número de etapas

Presión de alimentación a OI (bar)

Recuperación (%)

Tipo de membrana

TM710D

Concentración anti-incrustante (mg/L)

2,03

Consumo anti-incrustante (L/h)

0,4

Consumo energía (kWh) (Bomba de alta presión)

1,62

Cuadro 21. Parámetros de diseño para sistemas de ósmosis inversa

2 Según simulación con Toray DS2

Página 53

Capítulo 2

Figura 13. Esquema del proceso de OI de acuerdo con software Toray DS2.

Página 54

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Luego de realizar la simulación con el software Toray DS2, del sistema OI diseñado con recirculación, arrojó las siguientes características del agua permeada (Cuadro 22).

Parámetro

Unidad

Agua de pozo

Agua de alimentación neta3 795,5

Agua permeada

Calcio

mg/L

470,2

0,867

Magnesio

mg/L

34,80

58,87

0,0642

Sodio

mg/L

367,8

621,6

1,567

Potasio

mg/L

28,59

48,28

0,181

Bario

mg/L

0,044

0,074

0,0000812

Hierro

mg/L

0,023

0,039

Bicarbonato

mg/L

155,6

261,1

1,356

Cloruro

mg/L

608,2

1.028

1,911

Sulfato

mg/L

951,6

1.610

1,357

Nitrato

mg/L

181,0

305,3

1,606

Boro

mg/L

6,6

9,169

2,904

Silicio

mg/L

25,0

42,22

0,158

TDS

mg/L

2.830

4.782

11,972

7,31

7,50

5,319

Cuadro 22. Resultados simulación de operación de ósmosis inversa

3 El agua de alimentación neta corresponde a la mezcla del agua bruta y el agua de rechazo recirculada. Página 55

Capítulo 2

Tal como se explicó en la sección de pre-tratamiento, la simulación recomendó modificar el pH del agua de alimentación, para reducir el ISL (índice de saturación de Langelier) evitando las incrustaciones por carbonatos. Mientras que para inhibir la precipitación de sulfato de calcio y de sulfato de bario, recomendó la adición de antiincrustante.

2.2.4 Diseño del sistema de intercambio iónico. Para el diseño se consideró como corriente de alimentación la calidad del agua de pozo de uno de los huertos visitados con mayor concentración de boro (6,6 Parámetro Altura mínima de la cama de resina (m)

mg/L) (Cuadro 1), independiente de la remoción que pueda realizar el sistema de ósmosis inversa, ya que la planta de tratamiento permite ocupar ambas tecnologías de forma secuencial, o bien, cada una por separado. La ficha técnica de la resina SIR-150 establece las condiciones de operación recomendadas para el diseño de columnas de intercambio iónico, las cuales se resumen en el Cuadro 23. Además, la Figura 14 presenta la capacidad de remoción de la resina de acuerdo con la concentración inicial de boro en el agua, con la cual es posible calcular el volumen de resina necesario para la operación. (ResinTech, 2018).

Recomendado 0,61

Diseño 0,61

Flujo de servicio (gpm/ft3 resina)

0,5 - 2

Nivel de regenerante (lb/ft3 resina)

3,0 - 10,0

6,5

Flujo de regenerante (gpm/ft3 resina)

0,25 - 1,0

0,75

Expansión en retrolavado (%)

25 - 50

Volumen de enjuague (gal/ft3 resina)

35 - 60

47,5

Volumen de desplazamiento (gal/ft3 resina)

10,0 - 15,0

12,5

Concentración HCl (%)

0,5 - 6

Concentración NaOH (%)

1,0 - 4

Cuadro 23. Recomendaciones de los fabricantes de resina SIR-150, para el diseño de un sistema de intercambio iónico.

Página 56

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

En el Cuadro 24, se presentan los parámetros de diseño de la columna de intercambio. El tiempo de servicio corresponde al tiempo de ruptura de la resina, es decir, momento en que se satura dejando de remover boro del agua, requiriendo llevar a cabo el proceso de regeneración utilizando ácido clorhídrico (HCl) e hidróxido de sodio (soda cáustica NaOH) para restablecer su estado inicial.

Figura 14. Capacidad de la resina SIR 150 (ResinTech., 2018).

Parámetro

Valor

Capacidad de la resina (gpm/ft3 resina)

10.000

Boro en la alimentación (mg/L)

6,6

Caudal de servicio (m3/h)

0,8

Volumen de resina teórico (m3)

0,050

Área de ﬁltro requerida (m2)

0,082

Área de ﬁltro disponible (m2)

0,09

Volumen de resina real (m3)

0,055

Volumen de producción de la resina (m3)

Tiempo de servicio (h)

Cuadro 24. Parámetros de diseño de columna de intercambio iónico

Página 57

Capítulo 2

La Figura 15 presenta el diagrama de proceso de la planta de tratamiento diseñada, incluyendo la etapa de pretratamiento, el tratamiento por ósmosis inversa y finalmente el sistema de intercambio iónico.

Figura 15. Diagrama del diseño conceptual de planta de tratamiento de agua.

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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

2.3 CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN

2.3.1 Traslado Antofagasta - Pica

La planta de tratamiento fue construida por la empresa Vigaflow, acorde al diseño conceptual entregado por el equipo de ingenieros del proyecto. El sistema de conducción de agua permite, operar el sistema de ósmosis inversa y el de intercambio iónico de forma independiente o en serie. El equipamiento tecnológico se montó sobre un carro de arrastre, el cual se trasladó y se instaló en la parcela Santa Julia de la comuna de Pica, lugar donde se realizaron pruebas de puesta en marcha, operación, toma de muestras para analizar la calidad del agua tratada y la elaboración de dos mezclas con agua sin tratar, en diferentes proporciones, para el riego del cultivo del Limón de Pica (Citrus aurantifolia).

La planta fue recibida en las dependencias de la Universidad Católica del Norte, donde fue revisada por el equipo de ingenieros, junto con obtener la documentación y permisos correspondientes para la circulación (Figura 16, 17 y 18).

Figura 16. Traslado de la planta de tratamiento desde la comuna de Antofagasta a la comuna de Pica.

Página 59

Capítulo 2

Figura 17. Ingreso de la planta de tratamiento a la parcela Santa Julia.

2.3.2 Etapa de pre-tratamiento La construcción de la etapa de pre-tratamiento se muestra en la Figura 19, para monitorear su adecuado funcionamiento, en particular de los filtros de sedimentos, se utilizó como parámetro de control la caída de presión entre la entrada y la salida de cada uno de ellos. Un incremento en la caída de presión alcanzando valores entre 0,8 y 1 bar, calculada como la diferencia entre la presión a la entrada y a la salida de cada filtro, es un indicador de que estos se han saturado por la retención de sólidos suspendidos del agua, por lo tanto, es necesario renovarlos por unos con las mismas características. Figura 18. Planta de tratamiento conectada a la red hídrica de la parcela Santa Julia.

Página 60

En el caso del filtro de carbón, es recomendable realizar un retrolavado cada 8 horas de operación para descompactar el lecho de carbón y remover materia que

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

haya quedado atrapada y dificulte el paso de agua. Esta operación se hace de manera automática. En cuanto a la adición de anti-incrustante, este debe ser preparado y dosificado de acuerdo con las indicaciones recomendadas por el proveedor y especificadas en el manual de operación de la planta de tratamiento. Es necesario que la tubería y la válvula que realiza la inyección no presente ningún bloqueo durante la operación de la planta de tratamiento.

Figura 19. Equipos utilizados en la etapa de pre-tratamiento: a) Filtro de 10 µm (azul) y filtro de carbón activado, b) sistema de dosificación de anti-incrustante y c) filtro de 5 µm (azul).

Página 61

Capítulo 2

2.3.3 Sistema de ósmosis inversa En la Figura 20, se muestra el sistema de ósmosis inversa construido e instalado al interior de la planta.

Figura 20. Sistema de ósmosis inversa al costado derecho de la imagen. (Portamembranas y bomba de alta presión.)

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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

2.3.4 Sistema de intercambio iónico En la Figura 21, se muestra el sistema de intercambio iónico instalado al interior de la planta de tratamiento.

2.3.5 Sistema de energización El sistema de paneles fotovoltaicos posee una serie de componentes los cuales son utilizados en el proceso de transformar la energía solar y almacenarla, los cuales se describen a continuación: a) Módulos fotovoltaicos: Los paneles solares contienen las celdas fotovoltaicas las cuales realizan la captación de la energía solar y la entregan como energía eléctrica, mediante corriente continua. b) Regulador de carga: Es el responsable de controlar el proceso de carga de las baterías, protegiéndolas de un exceso de carga, así como también de una descarga completa. c) Sistema de almacenamiento: Corresponden a 8 baterías de 12v/170AH, su objetivo es suministrar energía en los periodos en que la demanda exceda la capacidad de producción. Otorga una independencia de 5 horas de operación aproximadamente. d) Inversor: Componente encargado de transformar la corriente continua producida en corriente alterna, la cual es entregada a los dispositivos de uso final.

Figura 21. Torre del sistema de intercambio iónico para la remoción de boro.

e) Elementos de protección del circuito: Dispositivos que protegen la descarga y los elementos en caso de fallo o situaciones de sobrecarga.

Página 63

Capítulo 2

f) Cableado: Transmiten la energía de un componente a otro, es importante no excederse en el largo del cable para la caída de tensión y así pueda funcionar correctamente el sistema. En Cuadro 25, se detallan los requerimientos energéticos por equipos, la carga de los equipos tiene un voltaje de 220 V AC/50 Hz y monofásico. No todos los equipos son utilizados en el proceso de desalación, sino que hay algunos que se utilizan Descripción del equipo

esporádicamente (bombas de regeneración y dosificadoras), cuando se está en proceso de limpieza de membrana o regeneración de resina de intercambio iónico. Esto significa que la potencia de operación de la planta, es de 3,6 (kWh). Con este valor de potencia y considerando un tiempo de operación de la planta en promedio de 3,5 horas al diarias, el consumo eléctrico de la planta de tratamiento corresponde a 12,6 (kWh/día) y el consumo eléctrico global por m3 de agua producida es de 4,5 (kWh/m3).

Potencia (kWh)

Bomba de Alta Presión OI

2,20

Bomba de alimentación

0,75

Bomba de regeneración

0,5

Iluminación del contenedor

0,1

Cabezales pretratamiento

0,31

Tablero de Control

0,1

Bombas dosiﬁcadoras (03)

0,06

Interruptor

0,1

Control 220 VAC

0,1

Total potencia instalada

4,22

Cuadro 25. Detalle del consumo energético de la planta de tratamiento de agua

Página 64

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

La instalación en terreno del sistema de paneles fotovoltaicos, se muestra en la Figura 22.

Figura 22. Sistema de paneles fotovoltaicos instalado para el suministro energético de la planta de tratamiento.

Página 65

Capítulo 2

2.4.1 Sistema de ósmosis inversa

2.4 EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA TRATADA Una vez que la planta se instaló en campo, se tomaron muestras de agua de alimentación, agua permeada, agua producto y rechazo las cuales se analizaron en el laboratorio de CEITSAZA. A continuación, se presentan los resultados obtenidos en cuanto a calidad de agua.

Parámetro

Planta OI simulada4

Planta OI en operación

Unidad

Alcalinidad

El Cuadro 26, muestra los resultados del tratamiento de agua por OI, obtenidos con la planta operando de acuerdo con los parámetros establecidos, estos se comparan con los arrojados por simulación.

Alimentación5

Permeado

164,1

8,5

Aluminio

mg/L

< 0,001

Arsénico

mg/L

0,04

< 0,002

Bario

mg/L

0,067

0,007

0,0000987

Bicarbonato

mg/L

194

10,35

1,285

Boro

mg/L

2,193

0,526

0,947

Cadmio

mg/L

0,011

< 0,0005

Calcio

mg/L

151,4

6,53

0,223

Carbonato

mg/L

0,00000836

Cloruro

mg/L

279,4

8,7

0,853

Cobalto

mg/L

< 0,0002

Cobre

mg/L

< 0,0004

Conductividad

µs/cm

1.917

15,6

4 De acuerdo a datos Toray DS2 5 Agua de pozo parcela Santa Julia Página 66

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Parámetro

Planta OI simulada4

Planta OI en operación

Unidad

Alimentación5

Permeado

Cromo

mg/L

< 0,0002

-‐

Dureza Total

mg/L

260,2

20,01

-‐

Fósforo

mg/L

0,083

0,039

-‐

Hierro

mg/L

0,018

< 0,0001

LiAo

mg/L

0,305

< 0,0003

-‐

Magnesio

mg/L

22,26

0,321

0,0328

Manganeso

mg/L

0,099

< 0,0001

-‐

Mercurio

mg/L

< 0,001

-‐

Molibdeno

mg/L

0,011

0,001

-‐

Níquel

mg/L

< 0,0005

-‐

Nitrato

mg/L

1,56

0,376

-‐

7,51

6,68

5,195

Plomo

mg/L

< 0,001

-‐

Potasio

mg/L

21,74

0,324

0,112

Sodio

mg/L

264,7

17,48

0,871

Sólidos disueltos

mg/L

1.350

5,386

Sólidos suspendidos

mg/L

1,1

0,1

-‐

Sulfato

mg/L

427,9

25,6

0,535

Temperatura

ºC

20,46

20,54

Turbidez

NTU

0,32

0,15

-‐

Zinc

mg/L

< 0,0002

-‐

Cuadro 26. Resultados de agua tratada en sistema de ósmosis inversa (octubre de 2019)

Página 67

Capítulo 2

2.4.2 Sistema de intercambio iónico El Cuadro 27, presenta los resultados del agua permeada del sistema de ósmosis inversa y tratada posteriormente por el sistema de intercambio iónico, donde se evidencia que efectivamente el boro es removido del agua de alimentación (agua fresca).

Parámetro

Unidad

Agua alimentación

Agua producto

Alcalinidad

8,5

12,51

Aluminio

mg/L

< 0,001

Arsénico

mg/L

< 0,002

Bario

mg/L

0,007

0,017

Bicarbonato

mg/L

10,35

15,5

Boro

mg/L

0,526

< 0,001

Cadmio

mg/L

< 0,0005

0,005

Calcio

mg/L

6,53

9,36

Carbonato

mg/L

Cloruro

mg/L

8,7

19,9

Cobalto

mg/L

< 0,0002

Cobre

mg/L

< 0,0004

Conductividad

µs/cm

Cromo

mg/L

< 0,0002

Dureza Total

mg/L

20,01

40,03

Fósforo

mg/L

0,039

0,042

Hierro

mg/L

< 0,0001

Litio

mg/L

< 0,0003

Magnesio

mg/L

0,321

0,597

Página 68 Manganeso

mg/L

< 0,0001

0,002

Mercurio

mg/L

< 0,001

Cobalto

mg/L

< 0,0002

Cobre

mg/L

< 0,0004

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE16 REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL27 ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA. Conductividad µs/cm

Cromo

mg/L

< 0,0002

Dureza Total

mg/L

20,01

40,03

Fósforo

mg/L

0,039

0,042

Hierro

mg/L

< 0,0001

Litio

mg/L

< 0,0003

Magnesio

mg/L

0,321

0,597

Manganeso

mg/L

< 0,0001

0,002

Mercurio

mg/L

< 0,001

Molibdeno

mg/L

0,001

0,002

Níquel

mg/L

< 0,0005

Nitrato

mg/L

1,56

8,23

7,42

6,41

Plomo

mg/L

< 0,001

Potasio

mg/L

0,324

0,308

Sodio

mg/L

17,48

25,22

Sólidos disueltos

mg/L

Sólidos suspendidos

mg/L

0,1

0,8

Sulfato

mg/L

25,6

31,6

Temperatura

ºC

20,54

20,51

Turbidez

NTU

0,15

0,26

Zinc

mg/L

< 0,0002

Cuadro 27. Resultados agua tratada por intercambio iónico (octubre 2019)

Página 69

Capítulo 2

El aumento de TDS de 8 mg/L a 22 mg/L, demuestra el intercambio aniónico de trazas de boratos por trazas de ion cloruros (aumentan más del doble) y la solubilización desde las resinas de muy pequeñas cantidades de ion sulfato y de sodio. Las aguas de alimentación son del tipo sulfatadas sódicas y las obtenidas son del tipo sulfatada clorurada sódica. Ambos tipos de agua son clasificadas como agua dulce muy diluidas o con escaso contenido iónico. Las variaciones en las concentraciones de calcio, magnesio, bicarbonato se atribuyen a la incertidumbre en las mediciones y a errores aleatorios a nivel de trazas, lo que no representa cambios significativos en la calidad del agua obtenida.

2.4.3 Agua de rechazo ósmosis inversa Todas las tecnologías de desalinización producen un subproducto, concentrado o salmuera. La cantidad varía dependiendo del origen de la fuente de agua que se está desalando. Las plantas de desalinización de agua de mar producen casi el 50% del volumen del agua de alimentación. El porcentaje es menor en las plantas de desalinización de agua salobre, constituyendo entre el 15% y el 40%. Para el caso de la planta, el caudal de rechazo es de aproximadamente 0,48 m3/h, representando un 37,4% .

Página 70

Uno de los principales desafíos de las plantas de tratamiento de agua que utilizan la tecnología de ósmosis inversa, es la minimización de la salmuera o agua de rechazo, debido al creciente número de plantas de tratamiento de este tipo y al potencial impacto negativo sobre el medio ambiente. El correcto manejo del rechazo permite disminuir la eutrofización, contaminación de cuerpos de agua superficial, subterránea y salinización de suelos, minimizando el volumen del residuo y beneficiando la producción de agua dulce con una alta recuperación. Es por esto que es necesario, primeramente, caracterizar el rechazo de la planta de tratamiento, la cual depende de la calidad del agua de alimentación, el pre-tratamiento de la planta y la recuperación del sistema de ósmosis inversa. Se debe destacar que una mayor recuperación del sistema, generará una menor cantidad de agua para descarte. Sin embargo, la concentración de sales será mayor (y viceversa). La composición del agua de descarte salobre de la planta de tratamiento se presenta en el Cuadro 28.

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Parámetro

Unidad

Agua de descarte

Alcalinidad

6286

Aluminio

mg/L

<0,001

Arsénico

mg/L

0,124

Bario

mg/L

0,85

Bicarbonato

CO3

mg/L

717

Boro

mg/L

4,55

Cadmio

mg/L

0,014

Calcio

mg/L

433,5

Carbonato

CO3

mg/L

Cloruro

Cl-

mg/L

948,3

Cobalto

mg/L

<0,0002

Cobre

mg/L

<0,0004

Conductividad

µs/cm

5.182

Cromo

mg/L

<0,0002

Dureza Total

CaCO3

mg/L

500,4

Fosforo

mg/L

0,314

Hierro

mg/L

0,024

Litio

mg/L

1,236

Magnesio

mg/L

94,8

Manganeso

mg/L

0,446

Mercurio

mg/L

Molibdeno

mg/L

0,029

Níquel

mg/L

<0,0005

Nitrato

NO3

mg/L

178

Plomo

mg/L

6 Límite máximo permisible según NCh 409: 0,01 mg/L. Según NCh 1333: 0,10 mg/L

<0,001

7,86 Página 71 <0,001

Capítulo 2

Magnesio

mg/L

94,8

Manganeso

mg/L

0,446

Mercurio

mg/L

Molibdeno

mg/L

0,029

Níquel

mg/L

<0,0005

Nitrato

NO3

mg/L

178

7,86

Plomo

mg/L

Potasio

mg/L

55,87

Sodio

mg/L

1509

Solidos disueltos

SDS

mg/L

4.656

Solidos suspendidos

SST

mg/L

Sulfato

SO4

mg/L

2.593,0

Temperatura

ºC

20,61

Turbidez

NTU

0,34

Zinc

mg/L

<0,0002

<0,001

Cuadro 28. Caracterización del agua de descarte (octubre 2019)

Existen diferentes métodos de disposición del agua de descarte, estos dependen de la calidad, cantidad y composición de la misma. Además, otros factores que influyen en la selección del método son la localización geográfica, disponibilidad del sitio receptor, aceptación pública y costos de capital/operación.

Página 72

Para el caso del agua de rechazo de la planta, se podrían evaluar diferentes alternativas desde el punto de vista técnico y económico, con el propósito de implementar una solución innovadora orientada a generar un sistema de economía circular (Cuadro 29).

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE REMOCIÓN DE SALES Y BORO DE LAS AGUAS DEL ACUÍFERO DE PICA PARA USO AGRÍCOLA.

Alternativa

Desventajas

Costos asociados [ USD $ / m3 ]

Descarga al alcantarillado

• Fácil implementación por existencia de infraestructura. • Diluye la salmuera al mezclarse con otras corrientes. • Baja inversión y costo de operación.

• Saturación o sobrecarga de la capacidad de tratamiento de las plantas de aguas residuales.

0,32 – 0,66

Aplicación en suelos o caminos

• Fácil construcción, implementación y mantención.

• Dependerá del clima y del suelo a regar. • Puede impactar la vegetación existente en los alrededores. • Contaminación del suelo o acuíferos

0,74 – 1,95

Destilación solar

• Fácil construcción, implementación y mantención. • Su fuente de energía es la solar, se beneﬁcia por la ubicación geográﬁca de Pica (por su radiación).

• Baja eﬁciencia • Depende de la radiación solar y su intensidad. • Puede requerir grandes espacios (según volumen de salmuera).

Pozas de evaporación

• Permite recuperar compuestos de interés. • Fácil construcción, implementación y mantención. • Bajos costos de operación

• Necesidad de grandes espacios (según volumen de salmuera). • Capacidad restringida del proceso. • Altos costos en capital para construcción e impermeabilización del suelo • Depende del clima

Piscicultura

• Producción de especies como tilapia para consumo propio o venta. • Fomenta una nueva actividad económica

• Costos de capital en Infraestructura • Posible saturación en su producción.

Riego de arbustos y cultivos forrajeros

• Uso de plantas halóﬁtas para remediación de suelos. • Producción de cultivos como: alfalfa, lechuga, papayas; para su posterior consumo o venta.

• Costos de capital en infraestructura. • Posible contaminación del suelo o acuíferos

Cultivo de microalgas

• El cultivo se puede utilizar para nutrir al ganado, o bien, para comercialización como una valiosa fuente nutritiva. • Fomenta una nueva actividad económica con la obtención de subproductos. • Aprovechamiento energético de la biomasa generada

• Costos de capital en infraestructura.

Descarga/ dilución

Aprovecha miento de salmueras

Ventajas

1,3 – 6,5

3,28 – 10,04

Cuadro 29. Alternativas de manejo del agua de rechazo de ósmosis inversa.

Página 73

Capítulo 2

Como se observa, no existe una solución única para gestionar el agua de rechazo de la planta de tratamiento de agua y se debe seleccionar la que mejor se adapte a las condiciones técnicas, ambientales y económicas del proyecto. Actualmente, el agua de rechazo de la planta de tratamiento se utiliza en el riego de camino. En general, la tecnología busca reducir el impacto de las aguas de rechazo, ya sea concentrando las sales y en algunos casos recuperando una mayor cantidad de agua, lo cual

Página 74

involucra altos costos de inversión, operación y mantención. Además, aquellas tecnologías con una orientación comercial permiten valorizar las sales contenidas en este tipo de agua. Sin embargo, cualquier opción de gestión para las aguas de rechazo debiese ir acompañada de estudios de prefactibilidad económica.

Pรกgina 75

CAPÍTULO 3: EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

Página 76

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

3.1

INTRODUCCIÓN

La planta de tratamiento mejora la calidad del agua de riego, removiendo el 99% de las sales, el 96% de boro y sobre el 90% de los elementos que se encuentran por sobre la norma chilena de riego Nch1333, los cuales generan diferentes grados de estrés en el cultivo de Limón de Pica. El agua producto tiene un bajo contenido en minerales y nutrientes esenciales para las plantas, lo cual puede generar efectos perjudiciales en el suelo y problemas nutricionales si es utilizada para riego de forma directa (Zarzo et al., 2012). Por lo tanto, se elaboraron dos mezclas entre el agua tratada y sin tratar para acondicionarla químicamente y reincorporar elementos como calcio, magnesio y potasio. El resultado de estas mezclas también posee una calidad superior respecto al agua natural del predio, teniendo sobre un 68% menos de sales y más de un 72% menos de boro. A partir de estas dos mezclas de agua, se realizó una comparación con el agua natural de la parcela durante un tiempo de 65 días de riego. A lo largo de este periodo, se realizaron evaluaciones de suelo, raíces y hojas en un cuartel de Limón de Pica de 15 años de edad. Los resultados de estas evaluaciones manifiestan que el riego con agua tratada mejora las condiciones del suelo en la zona donde las raíces absorben agua, generando un ambiente menos salino, disminuyendo la concentración de sodio y cloruro, lo cual contribuye a aminorar el estrés sobre el cultivo.

3.2 MEZCLAS DE AGUA Y TRATAMIENTOS Las limas ácidas están catalogadas como uno de los frutales más sensible al boro presente en el suelo con concentraciones umbrales en extracto saturado entre 0,3 y 0,5 mg/L (Maas, 1990). Además, C. aurantifolia corresponde a una de las especies con mayor capacidad de transporte y acumulación de este elemento (Ayer y Westcot, 1987). La determinación de los tratamientos se realizó considerando la concentración de boro en el agua de riego y el límite máximo permitido en la norma chilena de riego – NCh1333 Of87. • Tratamiento 1 (T1): Mezcla de agua con una concentración de boro entre 0,3 y 0,75 mg/L • Tratamiento 2 (T2): Mezcla de agua con una concentración de boro entre 0,75 y 1 mg/L • Tratamiento Campo o Control (TC): Agua sin tratar del predio con una concentración de boro entre 1,85 y 3,62 mg/L. Para elaborar las mezclas, se analizaron muestras de agua tratada por la planta (agua producto) y de agua sin tratar (agua de alimentación), con estos resultados se calcularon las proporciones de mezcla mediante flujo de masa, con el propósito de cumplir con las concentraciones de boro establecidas. En el Cuadro 30 se presentan las proporciones de mezcla de agua finales y en el Cuadro 31 las características fisicoquímicas de cada tratamiento.

Considerando estos resultados, se realizó una proyección del rendimiento relativo, basándose principalmente, en las variaciones de conductividad eléctrica del suelo.

Página 77

Capítulo 3

Tratamiento TC*

Rango de boro (mg/L)

Porcentaje de agua de alimentación

Porcentaje de agua producto

1,85 – 3,62

100%

0,3 – 0,75

20%

80%

0,75 – 1

40%

60%

Cuadro 30. Proporciones de mezcla de agua de riego para cada tratamiento.

Los valores de carbonato de sodio residual (CSR) para cada mezcla, presentan en un nivel adecuado para riego, ya que según Eaton (1950) cuando este valor es superior a 2,5 meq/L existe mayor riesgo que el calcio (Ca) y magnesio (Mg) precipiten como carbonatos, acentuando el efecto negativo del sodio (Na); mientras que cuando el valor de CSR es inferior a 1,5 meq/L, existe un menor riesgo que se genere esta reacción. También se muestran los valores de la relación de adsorción de sodio (RAS) y de sodio porcentual, los cuales son menores en las mezclas T1 y T2 respecto al agua natural del predio TC, lo cual contribuye a disminuir problemas de toxicidad por sodio. Además, se presenta la relación calcio magnesio (Ca/Mg), siendo mayores a 1 en todas las mezclas, lo cual resguarda que se produzcan efectos adversos por exceso de magnesio (Mg) en el agua. Respecto a la evaluación de la calidad de las mezclas de agua, según la metodología de Ayers y Westcot (1987),

*Tratamiento control o testigo

Página 78

que utiliza como referencia los valores de conductividad eléctrica (CE) y RAS, el tratamiento TC clasifica como C3-S2, T1 como C2-S1 y T2 como C3-S1. El código (C3) indica un alto riesgo y (C2) un riesgo medio de tener efectos adversos provocados por la salinidad del agua, mientras que (S2) se asocia a un riesgo medio y (S1) a un riesgo bajo de tener efectos adversos por los niveles de sodio (Na) respecto a las concentraciones de Ca, Mg y K. En la columna de la derecha del Cuadro 31, se presentan los límites máximos permitidos para el agua de riego según norma chilena Nch1333, en donde se identifica que el nivel de sulfato de la mezcla de agua T2 se encuentra levemente por sobre la concentración máxima establecida.

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

Parámetro

Unidad

Nch1333

mg/L

145,33

85,4

170,8

meq/L

2,38

1,40

2,80

mg/L

2,69

0,349

0,757

0,75

mg/L

100,76

55,73

75,43

meq/L

5,04

2,79

3,77

mg/L

0,90

0,9

meq/L

0,03

mg/L

230,53

122,9

188,6

200

meq/L

6,49

3,46

5,31

mg/L

0,035

0,03

Conductividad

uS/cm

2.165,00

582

1036

<750

Dureza Total

CaCO3

mg/L

86,73

84,5

105,1

Fósforo

mg/L

0,05

Hierro

mg/L

0,01

5,0

Litio

mg/L

0,36

0,019

0,030

2,5

Magnesio

mg/L

32,81

29,03

38,2

meq/L

2,70

2,39

3,14

Manganeso

mg/L

0,10

0,05

0,061

Bicarbonato

HCO3-

Boro

Calcio

Carbonato

CO3-

Cloruro

Cl-

Cobre

mg/L

Níquel

Nitrato

NO3

Molibdeno

0,01

0,003

mg/L

Sodio

Sólidos Totales Disueltos

TDS

Sulfato

SO4

Zinc

0,05

0,2

0,005

0,01

0,2

20,01

1,25

2,89

7,64

7,53

7,5

mg/L

22,74

5,87

8,75

meq/L

0,58

0,15

0,22

mg/L

264,83

87,56

149,2

meq/L

11,51

3,81

6,49

mg/L

1.605,67

291

518

mg/L

474,47

204,9

255,8

meq/L

4,94

2,13

2,66

mg/L

Potasio

-------250 -- 79 Página 2,0

Litio

Magnesio

Manganeso

0,36

0,019

0,030

mg/L

32,81

29,03

38,2

meq/L

2,70

2,39

3,14

mg/L

0,10

0,05

0,061

mg/L

0,01

Níquel

0,2

Nitrato

NO3

20,01

1,25

2,89

7,64

7,53

7,5

mg/L

22,74

5,87

8,75

meq/L

0,58

0,15

0,22

mg/L

264,83

87,56

149,2

meq/L

11,51

3,81

6,49

mg/L

1.605,67

291

518

mg/L

474,47

204,9

255,8

meq/L

4,94

2,13

2,66

mg/L

meq/L

-3,99

-3,75

-4,09

Relación de adsorción de sodio (RAS)

5,93

2,37

3,49

Sodio Porcentual

58%

42%

48%

Relación Ca/Mg

1,87

1,17

1,20

0,01

0,003

mg/L

0,2

0,005

Molibdeno

Capítulo 3

2,5

mg/L

Potasio

Sodio

Sólidos Totales Disueltos

TDS

Sulfato

SO4

Zinc

Carbonato de Sodio Residual (CSR)

Calidad de agua según (Ayer y Westcot 1987)

C3-S2

C2-S1

-------250 -2,0

35%

C3-S1

Cuadro 31. Características fisicoquímicas de las mezclas de agua para riego de cada tratamiento. TC: Tratamiento campo o control (0%-100%); T1: Tratamiento 1 (80%-20%); T2: Tratamiento 2 (60%-40%).

Página 80

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

3.3 DEMANDA DE AGUA Y SISTEMA DE RIEGO La cantidad de agua que debe ser aplicada a un cultivo, debe ser determinada idealmente según las condiciones climáticas de la zona, utilizando el valor registrado de evapotranspiración de referencia (ET0), siendo característico de cada lugar. En la comuna de Pica, la demanda de agua fluctúa entre 113 y 154 litros por árbol de Limón de Pica al día, y considerando el requerimiento de lavado de sales (RL) entre 132 y 180 L, según datos de evapotranspiración de referencia del Atlas Agroclimático de Chile (2017). Sin embargo, según la evapotranspiración de referencia máxima promedio, entre los años 2013 – 2017 (Arenas, 2018), el

volumen de agua máximo por árbol al día es de 193 L, valor que es utilizado para efectos de diseño de sistemas de riego en la comuna de Pica. El agricultor de la parcela de estudio, a partir de resultados obtenidos de demanda hídrica del cultivo de Limón de Pica, estableció un valor referencial de 160 litros por árbol al día durante todo el año, determinado por la estabilidad climática de Pica y Matilla (Figura 23). Para los 27 árboles en estudio, se mantuvo el mismo volumen de agua aplicado por el agricultor, a partir del cual se determinó el volumen de producción de agua de la planta de tratamiento de abatimiento de sales y boro, los volúmenes de los estanques de acumulación y características del sistema de riego, entre otros aspectos.

Figura 23. Volumen diario de agua aplicado. (Fuente: Santibáñez et al. (2017) y Arroyo E. (Parcela Santa Julia).

Página 81

Capítulo 3

NOTA: la estabilidad en el volumen de agua aplicada mantiene un bulbo de mojamiento y concentración salina más estable. La aplicación de volúmenes de agua diferenciados por la demanda hídrica según demanda estacional determinará movimientos de contracción y dilatación del bulbo de mojamiento y de sales, que debe ser monitoreado y ajustado, de lo contrario puede generar efectos detrimentales en la rizosfera (muerte de raicillas y en la parte aérea defoliación), factores determinantes en el potencial de producción, sobre todo en suelos arenosos (90% de arena).

de 3 m3 para cada mezcla (T1 y T2) que permitió cubrir la demanda hídrica de dos días consecutivos. A cada estanque, se le instaló una bomba, que impulsó el agua a través de tuberías de PVC (principal y secundarias), tuberías de riego de polietileno donde van inserto dos microaspersores que se dispusieron paralelamente a los instalados en los árboles para distribuir el agua según el diseño experimental (“Cuadrado Latino”). Todo el sistema del estudio se realizó con componentes nuevos, para asegurar que no hubiese variaciones en la cantidad de agua entregada (Figura 24).

Sistema de riego del estudio

Manejo del riego en la parcela

El sistema de riego se diseñó para regar los árboles de cada tratamiento de forma independiente, utilizando un estanque

Durante el periodo de evaluación, se mantuvo el mismo manejo del riego que posee la parcela, con un volumen de

Figura 24. Estanques para mezclas de agua T1 (80%;20%) y T2 (60%;40%); Líneas de riego y microaspersor.

Página 82

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

160 L por planta al día, un sistema de microaspersión con dos emisores por árbol con un caudal de 60 L/h, tiempo de riego de 80 minutos, una frecuencia de riego diaria y una vez por día (Cuadro 32). Los emisores y líneas de riego fueron revisados una vez por semana, para mantenerlos sin problemas de taponamientos, junto con mantener la dirección de aspersión y zona de mojamiento similar al sistema original del campo. Además, se realizaron evaluaciones de caudal de entrega por cada emisor de los árboles en estudio, para verificar que no hubiese variaciones en la cantidad de agua aplicada.

Tipo de sistema

3.4 MANEJO AGRONÓMICO Durante el periodo de evaluación, se mantuvo el manejo de los huertos de Limón de Pica realizado por el agricultor, consistente en fertilización química aplicando dosis de 0,5 kg de urea y 0,25 kg de superfosfato triple por árbol en los meses de abril, agosto y diciembre. La poda se realizó entre los meses de agosto a septiembre, posterior al periodo de máxima producción. El manejo fitosanitario se enfocó principalmente al control de mosquita blanca (Aleurothrixus floccosus), mediante lavado foliar utilizando solo agua a presión, el cual se realiza a una

Microaspersión de doble línea

Emisores por planta

Caudal por emisores (L/h)

Tiempo de riego

80 minutos

Frecuencia de riego

1 vez por día

Marco de plantación

6x6m

Cuadro 32. Características del manejo del riego de la parcela de estudio.

Página 83

Capítulo 3

vez al mes, aumentando esta frecuencia entre noviembre y abril, donde es mayor la abundancia de la plaga. Durante el periodo de evaluación del proyecto, se habilitó un sistema que permitió realizar los lavados con la misma agua de cada tratamiento (T1 y T2) para resguardar que no hubiese variaciones en la calidad del agua.

3.5.1 Análisis químico de suelo Se tomaron muestras de suelo en la zona del bulbo de mojamiento, con el propósito de caracterizar la zona donde las raíces absorben agua. Los parámetros que se midieron en laboratorio se presentan en el Cuadro 33.

3.5 EVALUACIONES Se realizaron las siguientes evaluaciones para identificar el efecto de las mezclas de agua utilizadas en el riego de los árboles en estudio. Parámetro

Metodología Potenciometría con electrodo especíﬁco en extracto saturado

pH Conductividad Eléctrica (CE)

Conductivímetro en extracto saturado

Calcio (Ca) Magnesio (Mg) Absorción atómica

Potasio (K) Sodio (Na) Cloruro (Cl-)

Potenciometría con electrodo especíﬁco

Sulfato (SO4-)

Turbidimetría

Bicarbonato (HCO3-) Boro soluble (B)

Titulación Colorimetría sobre extracto saturado

Cuadro 33. Parámetros de suelo y sus metodologías de determinación.

Página 84

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

3.5.2 Raíces Se tomaron muestras de raicillas frescas para determinar la concentración de boro, evaluar su variación respecto a los tratamientos establecidos y relacionarlo con las concentraciones de boro en las hojas de Limón de Pica. Se seleccionaron las que tenían un aspecto blanquecino y/o amarillento, para asegurar que estuvieran cumpliendo la función de absorción de agua principalmente (Figura 25).

3.5.3 Análisis foliar Se realizó un muestreo foliar para determinar la concentración de boro y otros elementos, para evaluar su variación según los respectivos tratamientos. La metodología de determinación en laboratorio de las diferentes concentraciones se presentan en el Cuadro 34.

Figura 25. Muestreo de raíces de Limón de Pica para la determinación de boro.

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Capítulo 3

Elemento Nitrógeno total Fósforo

Metodología Kjeldahl Fotocolorimétrico

Potasio Calcio Magnesio Sodio Magnesio Azufre

Espectrofotometría de absorción atómica

Hierro Manganeso Zinc Cobre Boro

Fotocolorimétrico

Cloruro

Potenciometría

Cuadro 34. Parámetros medidos en hoja de Limón de Pica y sus metodologías de determinación para evaluar el efecto del riego con las mezclas de agua de cada tratamiento.

3.5.4 Estimación de rendimiento relativo En base a los resultados de salinidad realizados, se estimó el rendimiento relativo que tendrá el cultivo de Limón de Pica, en relación a los diferentes tratamientos efectuados.

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La conductividad eléctrica (CE), como indicador de salinidad del suelo, es un parámetro que permite calcular el rendimiento relativo de un cultivo específico, utilizando datos como el porcentaje en que disminuye el rendimiento por unidad de CE y el valor umbral de CE a partir del cual el rendimiento

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

comienza a disminuir (Maas y Grattan, 1999) (Eq. 1). Esta información se encuentra tabulada en una publicación de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura (FAO) (2002) para diferentes especies de cítricos, siendo los del Citrus limón (Limón) el más similar al Limón de Pica (Citrus aurantofolia), los cuales se utilizaron para realizar esta proyección. Y=100-B(CE-A) Donde: Y : Rendimiento relativo (%). B : Porcentaje en que disminuye el rendimiento por unidad de CE del suelo. CE : Conductividad eléctrica del suelo. A : Conductividad eléctrica (CE) umbral a partir de cuyo valor el rendimiento empieza a disminuir.

3.6 DISEÑO EXPERIMENTAL Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO Para implementar el riego con cada mezcla de agua, y posteriormente evaluar los resultados en los árboles de Limón de Pica, se seleccionó el diseño experimental “Cuadrado Latino”, con un total de 27 árboles de Limón de Pica de 15 años de edad. Cada tratamiento compuesto por 9 árboles, 3 repeticiones y cada repetición compuesta por 3 árboles, como lo indica el diagrama de la Figura 26. Todas las variables se analizaron bajo el marco teórico de Modelos Lineales Mixtos. En el caso de existir diferencias significativas entre los tratamientos, se utilizó la prueba de comparación múltiple LSD de Fisher (α=0,05). Se utilizó el programa de análisis estadístico InfoStat versión 2017 (Di Rienzo et al., 2017).

Según lo establecido por Cerda et al. (1990) en la publicación de FAO (2002), el valor asignado para B es de 12,8% y para A 1,5 dS/m.

Página 87

Financia:

Capítulo 3

DISEÑO EXPERIMENTAL

Ejecuta:

Cuadrado Latino

CENTRO DE INVESTIGACIÓN TECNOLOGICA DEL AGUA EN EL DESIERTO

Descripción: T2-R3

T1-R3

TC-R3

Tratamiento Campo o Control (TC): 1,85 – 3,62 mg de boro/L Tratamiento 1 (T1): 0,5 - 0,75 boro/L Tratamiento 2 (T2): 0,75 - 1 boro/L

T1-R2

TC-R2

T2-R2

Tratamiento: R1: Repetición 1 R2: Repetición 2 R3: Repetición 3

TC-R1

Árboles con tratamiento de campo

T2-R1

Árboles con tratamiento 1

T1-R1

Árboles con tratamiento 2

Árboles de análisis

Figura 26. Diagrama del diseño experimental “Cuadrado Latino” para la evaluación de las mezclas de agua para riego.

Página 88

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

En la Figura 27, se muestra árboles de C. aurantifolia en terreno con su respectivo código de identificación.

Figura 27. Identificación de los árboles según tratamiento y repeticiones establecidas en el estudio.

Página 89

Capítulo 3

3.7 EFECTO DEL RIEGO CON AGUA TRATADA Los cambios más notorios generados por el riego con las mezclas de agua (T1 y T2), fueron percibidos en el suelo, específicamente en la zona donde las raíces absorben agua. Las concentraciones de boro en las hojas no mostraron variaciones claras, al igual que el resto de elementos medidos a nivel foliar.

3.7.1 Efecto sobre el suelo Las mezclas de agua aplicadas a través del riego impactaron positivamente al disminuir las concentraciones de cationes y aniones que contribuyen a la salinidad del suelo, y por este efecto la RAS. Mientras que fue indiferente a la conductividad eléctrica (CE), aun cuando se evidencia una disminución. Respecto del RAS, no se advierte peligro de sodificación del suelo en los tratamientos, y los menores valores obtenidos en las mezclas contribuirán a generar un microambiente en la rizosfera menos restrictivo para la movilidad de los nutrientes

Tratamiento

RAS

en la planta. Con la excepción del sodio y la conductividad eléctrica del tratamiento con agua natural, los otros valores presentan concentraciones que no constituyen limitantes para las plantas de Limón de Pica (Cuadro 35). Promedios ajustados ± error estándar. Medias con letras diferentes en la misma columna indican diferencias estadísticas significativas entre tratamientos; prueba LSD Fisher (p<0,05). (Fuente: Elaboración propia) Con la excepción de la conductividad eléctrica, todos los parámetros presentaron diferencias estadísticas significativas. Las concentraciones de calcio y sodio en el suelo determinan un desequilibrio a favor de sodio igual a 2,14 en TC, 1,28 en T2 y 1,09 en T1 (en equilibrio). Estos resultados se asocian directamente en los síntomas de salinidad en los árboles de Limón de Pica, obteniéndose en orden decreciente de salinidad en los tratamientos indicados en la siguiente expresión: TC > T2 > T1

Cl-‐

Na+

(dS /m)

SO4-‐

6,7 ±

0,93 a

2,8 ±

0,47

366,3 ±

50,2 a

228,0 ±

47,3 a

414,7 ±

119,6 a

3,8 ±

0,93 b

1,9 ±

0,47

186,3 ±

50,2 b

95,7 ±

9,9 b

216,0 ±

119,6 b

4,0 ±

0,09 b

2,1 ±

0,15

209,3 ±

4,67 b

111,0 ±

9,9 b

153,7 ±

19,3 b

Cuadro 35. Impacto de las mezclas de agua de riego en la salinidad del suelo.

Página 90

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

3.7.2 Efecto sobre los niveles de boro en raíces

En el Cuadro 36 se presentan los valores de pH y las concentraciones de calcio, magnesio, bicarbonato y boro en el suelo. Ninguno de los parámetros medidos en los tres tratamientos presentan diferencias estadísticas significativas. Las mezclas de agua no afectan el pH del suelo, pero presentan una correlación positiva entre la concentración de boro aplicada en el agua y la obtenida en el suelo, disminuyendo la concentración de boro con el tratamiento con un 80% (T1) y 60% (T2) de agua tratada.

Las concentraciones de boro en raíces de Limón de Pica se presentan en el Cuadro 37, donde se observa que la mezcla 80:20 (T1) presentó concentraciones menores a la mezcla de agua 60:40 (T2) y 100% agua natural (TC), obteniéndose diferencias estadísticas significativas. Este resultado muestra la importancia de la planta de tratamiento de aguas para abatir el boro y determinar la mezcla más adecuada para generar un microambiente con menor estrés en la rizósfera y en planta en su conjunto.

Por lo tanto, las mezclas de agua mejoraron las condiciones del suelo para los árboles de Limón de Pica al disminuir RAS, CE, Na+, Cl- y boro. Se aminora el estrés salino y los efectos tóxicos de las sales y boro, lo cual inducirán a mejorar la productividad del cultivo de Limón de Pica en el mediano y largo plazo.

Trata-‐

miento

Mg+2

Ca+2

HCO3-‐

(mg/L)

7,2 ±

0,1

170,7 ±

22,3

38,7 ±

18,2

29,7 ±

4,2

711,7 ±

92,2

3,6 ±

0,6

7,2 ±

0,1

170,7 ±

55,1

21,7 ±

6,17

32,3 ±

13,4

646,7 ±

92,2

2,9 ±

0,3

7,0 ±

0,1

163,3 ±

22,3

24,7 ±

0,67

27,0 ±

4,2

772,7 ±

92,2

2,5 ±

0,3

Cuadro 36. Impacto de las aguas de riego en la alcalinidad, cationes y boro en el suelo. Promedios ajustados ± error estándar (Fuente: Elaboración propia)

Página 91

Capítulo 3

3.7.3 Efecto en parámetros foliares

El tratamiento T1 generará un menor transporte de boro desde las raíces hacia las hojas, permitiendo disminuir los efectos adversos de este microelemento, tales como deficiencias en la producción de energía mediante la fotosíntesis, frutos con calibre pequeño y menor cantidad de fruta por árbol.

Las concentraciones de macroelementos en hojas de Limón de Pica se muestran en el Cuadro 38, donde no se observan variaciones significativas en los tres tratamientos, que reflejen un efecto de las mezclas agua tratada respecto del agua natural.

Tratamientos

Boro (mg/L)

92,0

4,87

50,7

4,87

76,0

4,87

Cuadro 37. Concentración de boro en raíces de Limón de Pica para cada tratamiento. Promedios ajustados ± error estándar. Medias con letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas entre tratamientos; prueba LSD Fisher (p<0,05). (Fuente: Elaboración propia).

Trata-‐ mientos

(%)

2,7 ±

0,1

0,3 ±

0,01

2,5 ±

0,1

2,7 ±

0,03

0,2 ±

0,02

0,2 ±

0,01

0,1 ±

0,02

0,1 ±

0,01

2,4 ±

0,1

0,3 ±

0,01

2,5 ±

0,1

3,4 ±

0,03

0,2 ±

0,02

0,2 ±

0,01

0,2 ±

0,02

0,1 ±

0,01

2,4 ±

0,1

0,3 ±

0,01

2,6 ±

0,1

3,0 ±

0,03

0,2 ±

0,02

0,3 ±

0,01

0,2 ±

0,02

0,1 ±

0,01

Cuadro 38. Concentraciones de macroelementos en hojas de Limón de Pica. (Fuente: Elaboración propia)

Página 92

EVALUACIÓN DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

Mientras que en el Cuadro 39, las concentraciones de los microelementos en las hojas no fueron afectadas por los tratamientos de agua aplicados, no presentando diferencias significativas. No obstante, las concentraciones de boro del T1, objetivo de este proyecto, se presentan valores más bajos en T1 respecto a TC y T2.

Tratamientos

3.7.4 Proyección de rendimiento relativo En el Cuadro 40, se presenta los rendimientos relativos para cada tratamiento según la conductividad eléctrica del suelo (CE), en donde se observa un aumento de un 11,2% para T1 y un 9% para T2 en comparación con TC.

(mg/L)

66,3

7,0

12,7

0,8

21,7

1,5

8,7

0,5

427,7 ± 36,48

53,3

7,0

13,3

0,8

20,7

1,5

8,0

0,5

341,7 ± 36,48

46,3

7,0

12,0

0,8

19,7

1,5

10,3 ±

0,5

457,3 ± 36,48

Cuadro 39. Concentraciones de microelementos en hojas de Limón de Pica. Promedios ajustados ± error estándar. (Fuente: Elaboración propia)

Tratamientos

CE suelo

Rendimiento relativo

(dS/m)

(%)

2,8

0,47

83,7

1,9

0,47

94,9

2,1

0,15

92,7

Cuadro 40. Resultados de rendimiento relativo para cada tratamiento en función de la CE del suelo. (Fuente: Elaboración propia)

Página 93

Capítulo 3

Es importante señalar, que los resultados obtenidos corresponden a un período de evaluación de 65 días, entre los meses de diciembre de 2019 y febrero de 2020, donde las fases fenológicas principales presentes en los árboles fueron floración y crecimiento de fruto, previo a los meses de mayor producción (abril – agosto). Por lo tanto, puede estimarse un mayor porcentaje en el rendimiento relativo en los árboles de Limón de Pica utilizando las mezclas de agua por un período de tiempo mayor, por ejemplo, un año (365 días). Este aumento proyectado en el rendimiento puede ser considerado como mínimo para un huerto con un manejo agronómico tradicional y árboles de 15 años, cuando la producción mayor se obtiene a los 7 años aproximadamente.

3.8 CONCLUSIONES Considerando los resultados de los análisis de laboratorio, la mejor mezcla de agua corresponde al tratamiento T1, 80% agua tratada por la planta y 20% agua natural de la parcela, ya que mejora las condiciones de suelo, con una menor salinidad que la mezcla T2, también se obtiene una menor concentración de boro en las raíces en los 65 día de operación. El tratamiento T2, constituye una segunda alternativa viable de implementar, ya que corresponde a una mezcla de agua que posee una calidad superior al agua sin tratar, además requiere menos cantidad de agua producida por la planta, demandando un menor tiempo de operación por día, lo cual a largo plazo puede contribuir en aumentar la vida útil de los componentes, disminuir los costos de mantención e insumos de operación. O bien, sería posible operar la misma cantidad

Página 94

de horas al día disponiendo de un mayor volumen de agua abarcando una mayor cantidad de árboles bajo riego. Es importante señalar, que los resultados obtenidos muestran una tendencia, que al disponer por lo menos un ciclo anual de mediciones nos acercarían a resultados con un mayor peso estadístico, información que deberá cruzarse con un análisis económico para determinar cuál de las mezclas genera una mayor rentabilidad para el productor.

EVALUACIร N DEL RIEGO CON AGUA TRATADA

Pรกgina 95

CAPÍTULO 4: EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Página 96

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

1 INTRODUCCIÓN Los resultados de los análisis realizados en campo, indican que el tratamiento 1, con una mezcla de 80% de agua tratada por la planta y 20% de agua natural de la parcela, mejora las condiciones de suelo en la zona de raíces (rizósfera), al disminuir la salinidad y la concentración de sodio y cloruro, contribuyendo a aminorar el estrés salino sobre el cultivo de Limón de Pica. Así mismo, se observaron disminuciones en las concentraciones de boro en el suelo y en las raíces, lo cual también permiten reducir el efecto tóxico de este elemento sobre el cultivo. Estos cambios, tienen el potencial de aumentar el rendimiento y mejorar la calidad de la producción a mediano y largo plazo. La mezcla T2, compuesta por un 60% de agua tratada por la planta y un 40% por agua natural de la parcela, es considerada como una segunda alternativa, ya que genera resultados similares que la mezcla T1, exceptuando el nivel de boro en raíces. No obstante, la ventaja de la mezcla T2, considerando el mismo tiempo de operación de la planta para ambos tratamientos, es el mayor volumen final de agua disponible, lo cual permite abarcar un número mayor de árboles (58) bajo riego en comparación con T1 (43). Las proyecciones de rendimiento relativo, estimadas a partir de los cambios en la conductividad eléctrica del suelo (salinidad), indican que es posible aumentar el rendimiento en un 11,2% utilizando la mezcla T1 y en un 9% con la mezcla T2, respecto al tratamiento control (TC). El rendimiento informado para el Limón de Pica en el Catastro Frutícola de CIREN (2019) fue de 20,8 ton/ha, antecedente que proviene del 57% de la superficie total plantada, con

una densidad promedio por hectárea de 323 plantas, lo cual se traduce en un promedio de 64,39 kg/planta al año. Sin embargo, según los registros de campo de agricultores que participaron del proyecto, el rendimiento varía entre un 11,16 kg/planta y 127,14 kg/planta. Esto se explica por diferencias en la edad de los huertos, nivel de conocimiento técnico de los agricultores, manejo de la fertilización, manejo del riego, tipo de sistemas, estrategia de poda y control fitosanitario de plagas relevantes como mosquita blanca (Aleurothrixus floccosus). A las brechas en manejo técnico, se suma la avanzada edad de los agricultores y la escasa participación de jóvenes que permitan mantener prácticas que demandan mayor esfuerzo físico, horas de trabajo en campo y capacidad de gestión, para alcanzar mayores rendimientos. Considerando estos antecedentes, se realizó un análisis utilizando la metodología de relación beneficio – costo (FAO y PNUD, 2019) para 3 niveles de producción bajo (11,14 kg/ planta), medio (64,39 kg/planta) y alto (127,14 kg/planta), contemplando una inversión total en la planta de tratamiento de 35 millones de pesos. Este análisis se llevó a cabo tanto para la mezcla T1 como T2.

4.2 ESTRUCTURA DE COSTOS DE PRODUCCIÓN Se presentan las estructuras de costo de producción para los 3 niveles de rendimiento, considerando la evaluación para la mezcla T1, que permite regar un total de 43 árboles equivalente a una superficie de 1.548 m2 y para la mezcla T2 que permite regar 58 árboles en 2.088 m2, considerando un marco de plantación de 6 x 6 m.

Página 97

Capítulo 4

4.2.1 Parcela de estudio La estructura de costo asociada al manejo de los árboles en estudio, de 15 años de edad, con un rendimiento de 11,16 Costos Directos

Unidad

kg/planta correspondiente a la producción del año 2019, fue construida mediante entrevistas con el agricultor y se presenta en el Cuadro 41 y 42.

Cantidad

Precio Unitario ($)

Total anual

Mano de Obra Valorizada* Desmalezado

Árbol

$8.000

$344.000

Poda de árbol

Árbol

$11.000

$473.000

Lavado Foliar

2,6

$15.000

$39.000

Cosecha

11,2

$15.000

$168.000

Riegos

1,9

$15.000

$28.500

Aplicación de Agroquímicos

$1.052.500

Sub total mano de obra Fertilizantes Superfosfato triple

Saco 25 Kg

$15.500

$31.000

Urea

Saco 25 Kg

$14.000

$42.000 $73.000

Subtotal Fertilizante Insumo de cosecha Caja bananera

$500

Subtotal cosecha Costo directo Total

$10.000 $10.000 $1.135.500

* Para las labores de mano de obra no se contrata personal externo, son realizadas por los mismos agricultores de la familia. No obstante, se valorizó según los precios estándar a nivel comunal.

Cuadro 41. Costos de producción de Limón de Pica de la parcela de estudio para la mezcla T1.

Página 98

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Costos Directos

Unidad

Cantidad

Precio Unitario ($)

Total anual

Mano de Obra Valorizada* Desmalezado

Árbol

$8.000

$464.000

Poda de árbol

Árbol

$11.000

$638.000

Lavado Foliar

2,8

$15.000

$42.000

Cosecha

15,1

$15.000

$226.500

Riegos

2,7

$15.000

$39.000

Aplicación de Agroquímicos

Sub Total mano de obra

$1.409.500 Fertilizantes

Superfosfato triple

Saco 25 Kg

$15.500

$31.000

Urea

Saco 25 Kg

$14.000

$56.000

Subtotal Fertilizante

$87.000 Insumo de cosecha

Caja bananera

$500

Subtotal cosecha Costo directo Total

$13.000 $13.000 $1.509.500

* Para las labores de mano de obra no se contrata personal externo, son realizadas por los mismos agricultores de la familia. No obstante, se valorizó según los precios estándar a nivel comunal.

Cuadro 42. Costos de producción de Limón de Pica de la parcela de estudio para la mezcla T2.

Página 99

Capítulo 4

4.2.2 Rendimiento Catastro Frutícola CIREN 2019 La estructura de costo asociada al rendimiento informado por CIREN (2019), que corresponde a 20,8 ton/ha o a 64,39 Costos Directos

Unidad

Aplicación de Agroquímicos Poda de árbol Lavado Foliar Cosecha Riegos Sub total mano de obra Guano Superfosfato triple Urea Nitrato de calcio Nitrato de potasio Subtotal Fertilizante Jabón potásico Sub total prod. Fitosanit. Caja bananera Subtotal cosecha Costo directo total

Cantidad

Precio Unitario ($)

Total anual

Mano de Obra Valorizada

Aplicación de guano Desmalezado

kg/planta, se elaboró utilizando la información disponible en la ficha técnica de INDAP para el cultivo de Limón de Pica, siendo actualizada en terreno mediante entrevistas a agricultores (Cuadro 43 y 44).

$8.000

$344.000

Árbol

$11.000

$473.000

2,6

$15.000

$39.000

11,2

$15.000

$168.000

1,9

$15.000

$28.500

Árbol

$1.052.500 Fertilizantes Saco 50 Kg

$4.000

$172.00

Saco 25 Kg

$15.500

Saco 25 Kg

$14.000

$42.000

Saco 25 Kg

$21.500

Saco 25 Kg

$28.000

$56.000 $307.000

Producto ﬁtosanitario Bidón 20 L

$92.000

$184.000 184.000

Insumo de cosecha 112

$500

$56.000 $56.000 $1.599.500

Cuadro 43. Costos de producción de Limón de Pica basados en ficha técnica de INDAP para la mezcla T1.

Página 100

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Costos Directos

Unidad

Cantidad

Precio Unitario ($)

Total anual

Mano de Obra Valorizada Aplicación de guano Desmalezado Aplicación de Agroquímicos

Árbol

$8.000

$464.000

Poda de árbol

Árbol

$11.000

$638.000

Lavado Foliar

2,8

$15.000

$42.000

Cosecha

15,1

$15.000

$226.500

Riegos

2,7

$15.000

$40.500

Sub total mano de obra

$1.411.000 Fertilizantes

Guano

Saco 50 Kg

$4.000

$232.000

Superfosfato triple

Saco 25 Kg

$15.500

$31.000

Urea

Saco 25 Kg

$14.000

$56.000

Nitrato de calcio

Saco 25 Kg

$21.500

Nitrato de potasio

Saco 25 Kg

$28.000

$56.000

Subtotal Fertilizante

$396.500 Producto ﬁtosanitario

Jabón potásico

Bidón 20 L

$92.000

Sub total prod. Fitosanit.

$276.000 $276.000

Insumo de cosecha Caja bananera

150

$500

$75.000

Subtotal cosecha

$75.000

Costo directo total

$2.158.500

Cuadro 44. Costos de producción de Limón de Pica basados en ficha técnica de INDAP para la mezcla T2.

Página 101

Capítulo 4

4.2.3 Parcela El Conquistador La estructura de costo asociada a la parcela donde se reportó un rendimiento de 127,14 kg/planta en de árboles de Costos Directos

Unidad

7 años de edad correspondiente al año 2018, fue construida mediante entrevista con el agricultor, la cual se presenta en el Cuadro 45 y 46.

Cantidad

Precio Unitario ($)

Total anual

Mano de Obra Valorizada Aplicación de guano Desmalezado Aplicación de Agroquímicos

Árbol

$8.000

$344.000

Poda de árbol

Árbol

$11.000

$473.000

Lavado Foliar

2,6

$15.000

$39.000

Cosecha

11,2

$15.000

$168.000

Riegos

1,9

$15.000

$28.500

Sub total mano de obra

$1.052.500 Fertilizantes

Guano

Saco 50 Kg

$4.000

$172.000

Urea

Saco 25 Kg

$14.000

$42.000

Nitrato de calcio

Saco 25 Kg

$21.500

Nitrato de potasio

Saco 25 Kg

$28.000

$56.000

Fosfato monoamónico

Saco 25 Kg

$28.000

Ácido fosfórico

Saco 25 Kg

$28.000

Subtotal Fertilizante

$347.500 Producto ﬁtosanitario

Jabón potásico

Bidón 20 L

$92.000

Sub total prod. Fitosanit.

$184.000 $184.000

Insumo de cosecha Caja bananera

150

$500

$110.000

Subtotal cosecha

$110.000

Costo directo Total

1.694.000

Cuadro 45. Costos de producción de Limón de Pica de la parcela EC para la mezcla T1.

Página 102

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Costos Directos

Unidad

Mano de Obra Valorizada

Aplicación de guano Desmalezado Aplicación de Agroquímicos

Cantidad

Árbol

Precio Unitario ($)

Total anual

$8.000

$464.000

Poda de árbol

Árbol

$11.000

$638.000

Lavado Foliar

2,8

$15.000

$42.000

Cosecha

15,1

$15.000

$226.500

Riegos

2,7

$15.000

$40.500

Sub Total Mano de Obra Guano

Saco 50 Kg

Urea

Fertilizantes

$1.411.000

$4.000

$232.000

Saco 25 Kg

$14.000

$56.000

Nitrato de calcio

Saco 25 Kg

$21.500

Nitrato de potasio

Saco 25 Kg

$28.000

$56.000

Fosfato monoamónico

Saco 25 Kg

$28.000

Ácido fosfórico

Saco 25 Kg

$28.000

Subtotal Fertilizante Jabón potásico Sub total prod. Fitosanit. Caja bananera

Producto ﬁtosanitario

Bidón 20 L

Insumo de cosecha 295

$421.500 $92.000

$276.000 $276.000

$500

Subtotal Packing

Costo directo Total

$147.500 $147.500

$2.256.000

Cuadro 46. Costos de producción de Limón de Pica de la parcela EC para la mezcla T2.

Página 103

Capítulo 4

4.3 ESTRUCTURA DE COSTOS DE INVERSIÓN Y MATENCIÓN 4.3.1 Inversión planta de tratamiento El valor de la inversión en la planta de tratamiento es de $35.627.790, contempla el sistema de pre-tratamiento, el sistema de ósmosis inversa y el sistema de intercambio iónico para la remoción de boro, equipamiento montado sobre un carro remolque cerrado para asegurar su movilidad, lo cual representa un 70% de la inversión. El 13% corresponde al sistema de generación de energía fotovoltaica, 6% en la infraestructura hidráulica necesaria para la conducción del agua en al interior de la parcela hasta la planta y agua descarte, 4% análisis químicos de agua previos para el diseño y asesoría en terreno, 5% en traslado hasta el lugar de implementación y 1% en elementos de protección personal para dos operadores de planta (Figura 28).

4.3.2 Costos de operación y mantención

Los costos anuales de operación y mantención contemplan el cambio de filtros de 10 y 5 micras de la etapa de pretratamiento, junto con insumos químicos para la regeneración del sistema de intercambio iónico, ácido clorhídrico e hidróxido de sodio. En el Cuadro 47 se presentan los valores totales para un ritmo de operación experimental de 3 días a la semana, con jornadas de 5 horas. Las especificaciones técnicas de los elementos de protección personal, indican que poseen una vida útil de 2 años, esta información se consideró para estimar costos de depreciación anual en el análisis económico, en el Cuadro 48 se detalla el valor para el equipamiento de dos operadores de planta. El gasto cada 2 años de estos materiales pueden variar según su nivel de degaste y funcionalidad.

Figura 28. Porcentajes de inversión en la planta de tratamiento de agua.

Página 104

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Filtro de carcasa de 10 micras

$6.000

$36.000

Filtro de carcasa de 5 micras

$6.000

$36.000

Subtotal costos materiales

$72.000

Ácido clorhídrico (HCI)

$23.800

$142.800

Hidróxido de sodio (NaOH)

$47.600

$190.400

Subtotal costos insumos químicos

$333.200

Costo Anual de Mantención

$405.200

Cuadro 47. Costos anuales de operación de la planta de tratamiento.

Casco con protector de oídos

$20.000

$40.000

Zapatos de seguridad

$70.000

$140.000

Camisa con ﬁltro UV

$60.000

$80.000

Pantalón con ﬁltro UV

$35.000

$70.000

Visor de protección

$8.925

$17.850

Traje para regeneración

$17.255

$34.510

Guantes químicos de seguridad

$14.875

$29.750

Subtotal Elementos de protección personal

$412.110

Cuadro 48. Costos cada 2 años de la planta de tratamiento.

Página 105

Capítulo 4

Las membranas de ósmosis inversa tienen una vida útil de 5 años, según las especificaciones técnicas. No obstante, es necesario que se analicen los registros históricos de la operación de la planta para realizar su reposición en el momento adecuado, lo cual depende de factores como la calidad del agua de alimentación, temperatura de agua y nivel de ensuciamiento. La labor de reemplazo por membranas nuevas, requiere de la asesoría de personal especializado, lo cual también se consideró dentro del costo total de reposición. Además, al cabo de este periodo se debe

renovar el líquido anti-incrustante que se inyecta en la etapa de pre-tratamiento para evitar un deterioro prematuro de las membranas (Cuadro 49). Respecto al sistema fotovoltaico, las especificaciones técnicas y las recomendaciones del proveedor indican que se deben renovar cada 6 años las baterías de almacenamiento de energía, conectores MC4 y el inversor monofásico (Cuadro 50).

Cambio de Membranas OR

$232.645

$697.935

Anti-incrustante ROPUR 3000A (20 kg)

$130.900

Visita técnica VIGAFLOW

$1.618.400

Subtotal Costos de reposición

$2.447.235

Cuadro 49. Costos cada 5 años de la planta de tratamiento.

Baterías 170ah

$166.600

$1.332.800

Conectores mc4 simples

$2.950

$14.875

Inversor monofásico 5W

$1.304.250

Caja reguladora

$238.000

Total costos de reposición

$2.889.925

Cuadro 50. Costos cada 6 años de reposición de equipos del sistema fotovoltaico de la planta de tratamiento.

Página 106

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

4.3.3 Costo de producción por metro cúbico Se estimó el costo de producción por metro cúbico, considerando un ritmo de operación de 7 horas diarias, todos los días del mes. Este nivel de operación, implica un aumento de los costos anuales que contemplan cambio de filtros de sedimentos de 10 micras, 5 micras e insumos para la regeneración del sistema de intercambio que se detallan en el Cuadro 47, aumentando de $405.200 (ensayo piloto) a $1.119.200 al año (nivel de producción constante). El resto de los costos asociados, se mantuvieron sin variaciones, los cuales fueron distribuidos durante los 10 años de vida útil de la planta. En países como Australia, donde se han implementado tecnologías de tratamiento de agua incorporando sistemas de ósmosis inversa, los agricultores han definido US$1,02/m3 como precio máximo a pagar por metro cúbico de agua (Burn et al., 2015). Por lo que es necesario, incorporar mejoras en la planta para optimizar los costos de operación y recambio de equipos, apuntando a disminuir el valor por metro cúbico que se presenta en el Cuadro 51.

Escenarios Costo de producción

4.4 EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA Se evaluó la factibilidad económica de implementar la planta de tratamiento mediante la relación beneficio - costo a un horizonte de tiempo de diez años. Este análisis se realizó para las mezclas de agua T1 y T2, las cuales permiten cubrir la demanda hídrica de 43 árboles en 1.548 m2 y 58 árboles en 2.088 m2, respectivamente, considerando un marco de plantación de 6 x 6 m. A partir de los resultados de campo, se consideró un aumento anual del rendimiento de un 11,2% utilizando la mezcla T1 y de 9% para T2 durante el tiempo de evaluación para los niveles de producción bajo y medio. Mientras que, para el nivel de producción alto, este aumento anual en el rendimiento se estabilizó en el año 2 con un máximo de 141 kg/planta con la mezcla de agua T1 y de 138 kg/planta con la mezcla T2, hasta el año diez. En el análisis de relación beneficio – costo según FAO y PNUD (2019), la tasa de descuento para calcular el valor actual de los ingresos (VAI) y el valor actual de costos (VAC), fue de 16%.

$/m3 $2.798

US$/m3 $3,5

Cuadro 51. Costo por m3 producido por la planta.

Página 107

Capítulo 4

4.4.1 Resultados del análisis relación beneficio – costo

Se consideraron tres escenarios en cuanto a precios de comercialización por caja de 25 kg de Limón de Pica, escenario 1 $30.750, escenario 2 $45.000 y escenario 3 $50.000, según la información levantada en terreno mediante entrevistas a productores de Limón de Pica.

Precio caja de Limón de Pica Mezclas de agua

T1: 80% agua tratada; 20% agua sin tratar

T2: 60% agua tratada; 40% agua sin tratar

La implementación de la planta de tratamiento muestra una relación beneficio – costo desfavorable para los tres niveles de producción en el escenario 1. La inversión se recupera con los niveles de producción medio y alto, mientras que para el nivel bajo no es posible recuperarla al cabo de diez años (Cuadro 52). Niveles de producción (kg/árbol/año)

$30.750 Bajo 11,16

Medio 64,39

Alto 127,14

VAI

$4.228.751

$23.241.225

$35.436.461

VAC

$6.871.702

$15.218.932

$15.473.214

VAC + Inversión

$42.499.493

$50.846.723

$51.101.004

7,3

4,9

Tasa de descuento 16%

PRI (años)

N/R

R Beneﬁcio - costo

0,10

0,46

0,69

VAI

$5.270.058

$29.298.967

$47.028.058

VAC

$7.565.386

$17.360.144

$17.541.777

VAC + Inversión

$43.193.177

$52.987.935

$53.169.567

6,8

3,7

0,55

0,88

PRI (años) R Beneﬁcio - costo

N/R 0,12

Cuadro 52. Análisis relación beneficio - costo escenario 1. VAI: Valor actual de ingresos; VAC: Valor actual de costos; PRI: Periodo de recuperación de la inversión; R Beneficio – costo: Relación beneficio – costo; N/R: No se recupera la inversión; Valores en rojo indican una R Beneficio – costo desfavorable.

Página 108

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Respecto al escenario 2 y 3, la relación beneficio – costo es favorable para el nivel de producción alto, utilizando tanto la mezcla de agua T1 como T2, siendo esta última la cual genera un mayor beneficio económico, recuperándose la inversión inicial en los niveles de producción medio y alto (Cuadro 53 y 54).

Precio caja de Limón de Pica

$45.000

Mezclas de agua

Tasa de descuento 16%

T1: 80% agua tratada; 20% agua sin tratar

Bajo 11,16

Medio 64,39

Alto 127,14

VAI

$6.188.417

$34.011.549

$55.786.794

VAC

$6.871.702

$15.218.932

$15.647.816

VAC + Inversión

$42.499.493

$50.846.723

$51.275.607

5,5

3,2

0,15

0,67

1,09

VAI

$7.712.281

$42.876.537

$68.821.548

VAC

$7.565.386

$17.360.144

$17.541.777

VAC + Inversión

$43.193.177

$52.987.935

$53.169.567

4,5

2,5

0,81

1,29

PRI (años) R Beneﬁcio - costo

T2: 60% agua tratada; 40% agua sin tratar

Niveles de producción (kg/árbol/año)

PRI (años) R Beneﬁcio - costo

N/R

N/R 0,18

Cuadro 53. Análisis relación beneficio - costo escenario 2. VAI: Valor actual de ingresos; VAC: Valor actual de costos; PRI: Periodo de recuperación de la inversión; R Beneficio – costo: Relación beneficio – costo; N/R: No se recupera la inversión; Valores en rojo indican una R Beneficio – costo desfavorable.

Página 109

Capítulo 4

Precio caja de Limón de Pica

$50.000

Mezclas de agua

Tasa de descuento 16%

T1: 80% agua tratada; 20% agua sin tratar

T2: 60% agua tratada; 40% agua sin tratar

Niveles de producción (kg/árbol/año) Bajo 11,16

Medio 64,39

Alto 127,14

VAI

$6.876.018

$37.790.610

$61.985.327

VAC

$6.871.702

$15.218.932

$15.647.816

VAC + Inversión

$42.499.493

$50.846.723

$51.275.607

5,1

2,9

0,16

0,74

1,21

VAI

$8.569.201

$47.640.597

$76.468.387

VAC

$7.565.386

$17.360.144

$17.541.777

VAC + Inversión

$43.193.177

$52.987.935

$53.169.567

4,1

2,3

0,90

1,44

PRI (años)

N/R

R Beneﬁcio costo

PRI (años) R Beneﬁcio costo

N/R 0,20

Cuadro 54. Análisis relación beneficio - costo escenario 3. VAI: Valor actual de ingresos; VAC: Valor actual de costos; PRI: Periodo de recuperación de la inversión; R Beneficio – costo: Relación beneficio – costo; N/R: No se recupera de inversión. Valores en rojo indican una R Beneficio – costo desfavorable.

Página 110

EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO

En todos los escenarios evaluados, la mezcla de agua T2 presenta una relación beneficio – costo mayor a la mezcla de agua T1, ya que es posible abarcar una mayor cantidad de árboles bajo riego.

4.8 CONCLUSIONES La implementación de la planta de tratamiento no es viable económicamente como estrategia para aumentar el rendimiento en el cultivos de Limón de Pica de edad avanzada, es decir, superior a la edad de máxima producción (entre 6 a 8 años) con niveles de producción entre 11,16 y 64,39 kg/ árbol/año utilizando las mezclas de agua evaluadas, debido a su alto costo de inversión y a que el aumento proyectado en el rendimiento para ambas mezclas no permite pagar la planta durante su vida útil con un nivel de producción inicial bajo, como es el caso de la parcela de estudio. Sin embargo, sería posible obtener una relación beneficio – costo favorable, si la planta se implementara en un huerto con una edad de 7 años, con un manejo agronómico riguroso en cuanto a fertilización, poda y riego, que permita alcanzar promedios anuales cercanos a los 127 kg/árbol/año, junto con desarrollar una estrategia comercial y de agregación de valor que asegure un precio mínimo al año de $45.000 por caja de 25 kg de Limón de Pica, lo cual permitiría cubrir la inversión inicial en un periodo de tiempo de 3 años con la mezcla T1 y de 2 años y 3 meses con la mezcla T2.

Respecto a las mezclas de agua, la más idónea desde el punto de vista económico es la del tratamiento 2, 60% agua tratada y 40% agua sin tratar, ya que permite acumular un volumen de agua para una mayor cantidad de árboles, obteniendo una relación beneficio - costo más favorable y un menor periodo de recuperación de la inversión (PRI) que la mezcla del tratamiento 1 (80% agua tratada; 20% agua sin tratar), en todos los escenarios evaluados.

Página 111

CAPÍTULO 5: DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES FINALES

Página 112

DISCUCIÓN Y CONCLUSIONES FINALES

La planta de tratamiento de aguas, integrada por un sistema de ósmosis inversa e intercambio iónico, permite remover del agua subterránea obtenida de un pozo los análitos que generan estrés en el cultivo de Limón de Pica, tales como cloruro, litio, sulfato y boro. En relación al sodio, gran parte es rechazado por el proceso de ósmosis inversa disminuyendo de 264 mg/L en el agua de alimentación a 17,48 mg/L en el permeado. No obstante, al pasar por intercambio iónico aumenta levemente su concentración a 25,22 mg/L, debido al mecanismo químico de retención de boro en la resina, obteniéndose un agua producto con una conductividad eléctrica muy baja respecto a la del agua de alimentación, con bajo contenido de calcio, magnesio y potasio y con un valor final de sodio porcentual de 68%, lo cual genera la necesidad de acondicionarla químicamente realizando mezclas, teniendo como referencia la concentración máxima de boro permitida por la Nch1333. La calidad de agua para riego de las mezclas resultantes (T1 y T2) fueron superiores a la del agua de alimentación en todos los parámetros, generando una disminución en la salinidad del suelo en la zona de la rizósfera, profundidad donde se realiza el proceso de absorción de agua. Estos resultados permiten proyectar un aumento en el rendimiento relativo de un 11,2% para T1 y un 9% para T2 (Maas y Grattan, 1999; Cerda et al., 1990), lo cual no representa diferencias estadísticas significativas entre ambos tratamientos, considerando un periodo de evaluación de 65 días.

En el análisis de factibilidad económica, la mejor proporción de mezcla corresponde a la del tratamiento T2, ya que permite acumular un volumen de agua para una mayor cantidad de árboles respecto a T1. Sin embargo, considerando que la planta se incorporara en huertos ya establecidos para solucionar problemas de calidad de agua, para obtener una relación beneficio – costo favorable (mayor a 1), la inversión se debe realizar en predios de Limón de Pica con un nivel de producción promedio anual de 127,14 kg/árbol, y con una gestión comercial que asegure un precio de comercialización mínimo anual de $1.800/kg, o bien, $45.000/caja. Por lo tanto, es necesario evaluar técnica y económicamente la incorporación de tecnologías de tratamiento de agua de estas características por un periodo de tiempo más prolongado, desde el establecimiento de un huerto como punto de partida, para disminuir el estrés generado por componentes presentes en el agua de riego durante los primeros años de desarrollo del cultivo, con tal de asegurar altos rendimientos en la etapa de vida de mayor producción. A su vez, es recomendable incluir en la evaluación, la implementación de estrategias de manejo complementarias, como el uso de mallas fotosensibles que permiten disminuir la demanda hídrica de los árboles, la aplicación periódica de materia orgánica estabilizada como vermicompost o compost, que contribuyan a restringir la absorción de boro por parte de las raíces, así como también corregir deficiencias de microelementos como manganeso, y particularmente de zinc, mediante

Página 113

Capítulo 5

aplicaciones vía foliar. Además, es necesario contemplar manejos para estandarizar las características genéticas de los huertos de Limón de Pica, dado que la variabilidad genética conlleva a obtener niveles de producción irregulares en el tiempo y en el espacio. Respecto a la elaboración de una propuesta de escalamiento de la planta de tratamiento, es fundamental centrar los esfuerzos previos en idear un manejo adecuado del volumen del agua de descarte generado por la ósmosis inversa y proceso de regeneración de la resina de intercambio iónico para disminuir su impacto en el medio ambiente, lo cual se visualiza como una oportunidad para desarrollar futuras propuestas de innovación que apunten a fomentar el concepto de economía circular, mediante sistemas de recuperación de agua, acumulación de sales, evaluando su potencial de aplicación en otros rubros, así como también encadenar sistemas de producción de microalgas de alto valor nutricional, como la spirulina, o bien, evaluar el desempeño de especies vegetales de mayor tolerancia a la salinidad y a las altas concentraciones de boro, como la palma datilera. De forma paralela, es necesario continuar ampliando la formación de capital humano en la temática de tecnologías de tratamiento de agua y operación de planta, focalizando la atención en las nuevas generaciones vinculadas al rubro agrícola, como una de las principales estrategias de sostenibilidad a largo plazo.

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