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Nota Técnica Evaluación comparativa de la eficiencia técnica de los sistemas de riego de brinzales Benchmarking technical efficiency of seedling irrigation systems Jorge Del Río San José 1* , José Reque Kilchenmann 2 , Andrés Martínez de Azagra Paredes 3 1 Junta de Castilla y León. Delegación Territorial de Valladolid. Servicio Territorial de Medio Ambiente, Duque de la Victoria, 5, 47001, Valladolid 2 Instituto Universitario de Gestión Forestal Sostenible. E.T.S. de Ingenierías Agrarias de Palencia, Universidad de Valladolid, Avda. de Madrid, 44, 34004, Palencia 3 Unidad Docente de Hidráulica e Hidrología. Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal. E.T.S.II.AA., Universidad de Valladolid. Avda. de Madrid, 44, 34004, Palencia Autor para correspondencia: [email protected] Cuad. Soc. Esp. Cienc. For. 45(1): 219-230 (2019) Doi: https://doi.org/10.31167/csecfv2i45.19516 Acceso abierto disponible en http://secforestales.org/publicaciones/index.php/cuadernossecf/index Cuadernos de la Sociedad Española de Ciencias Forestales

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Nota Técnica

Evaluación comparativa de la eficiencia técnicade los sistemas de riego de brinzales

Benchmarking technical efficiency of seedling irrigation systems

Jorge Del Río San José1*, José Reque Kilchenmann2, Andrés Martínez de Azagra Paredes3

1Junta de Castilla y León. Delegación Territorial de Valladolid. Servicio Territorial de Medio Ambiente, Duque de la Victoria, 5, 47001, Valladolid

2Instituto Universitario de Gestión Forestal Sostenible. E.T.S. de Ingenierías Agrarias de Palencia, Universidad de Valladolid, Avda. de Madrid, 44, 34004, Palencia

3Unidad Docente de Hidráulica e Hidrología. Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal. E.T.S.II.AA., Universidad de Valladolid. Avda. de Madrid, 44, 34004, Palencia

Autor para correspondencia: [email protected]

Cuad. Soc. Esp. Cienc. For. 45(1): 219-230 (2019)

Doi: https://doi.org/10.31167/csecfv2i45.19516

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Resumen

El mercado oferta numerosos sistemas de riego con el objetivo de conseguir el establecimiento de la

plantación y de evitar la reposición de plantas muertas por estrés hídrico. El presente trabajo determina la

eficiencia técnica global y pura de los sistemas de riego más utilizados mediante el método no paramétri-

co de análisis envolvente de datos (DEA). El método DEA se aplica tanto a los sistemas individuales de

riego como al principio hidráulico de entrega de agua. La variable de entrada es el coste unitario de insta-

lación y la variable de salida la eficiencia de aplicación de agua. Los datos de entrada se obtienen por revi-

sión bibliográfica. Los resultados indican que existen diferencias en las eficiencias técnicas de los siste-

mas de riego disponibles en el mercado, señalando que los sistemas de riego convencionales presentan

ineficiencias técnicas y que están operando fuera de la escala del sector. La eficiencia técnica de los siste-

mas de riego es una información valiosa para orientar a los industriales e inventores en el diseño y fabri-

cación de sus sistemas, y para los proyectistas, a los que proporciona un criterio para elegir la tecnología

de riego más eficiente técnicamente en el establecimiento de masas arboladas y/o arbustivas.

Palabras clave: repoblación, tierras secas, marras, cuidados culturales, análisis envolvente de datos

Summary

Market offers numerous irrigation systems in order to achieve stand establishment and to avoid the

replacement of dead plants due to water stress. This paper determines the global and pure technical effi-

ciency of the most used irrigation systems by means of the nonparametric method of data envelopment

analysis (DEA). The DEA method is applied to both individual irrigation systems and hydraulic principle

of water delivery. The input variable are the installation unit cost and the output variable the water applica-

tion efficiency. The input data are obtained by bibliographic review. The results indicate that there are dif-

ferences in the technical efficiencies of irrigation systems available in the market. Conventional irrigation

systems are operating outside the scale of the sector, they present technical inefficiencies. The technical

efficiency of irrigation systems is valuable information to guide manufactures and inventors in the produc-

tion and design of their systems, and for afforestation planners, to whom it provides a criterion for choo-

sing the most technically efficient irrigation technology in establishment of wooded or shrubby stands.

Keywords: afforestation, dryland, seedling failures, tending, data envelopment analysis

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1. Introducción

La industria está comenzando a ofrecer una gran variedad de sistemas de micro-riego localizado no convencionales (Bainbridge, 2007) dirigidos a evitar las marraspor estrés hídrico en el establecimiento de repoblaciones (Del Río et al., 2018). Lainformación sobre las características y funcionamiento de estos sistemas es escasay se encuentra fragmentada. Por estos motivos resulta difícil adquirir una visión glo-bal del sector del riego de brinzales y ofrecer un mapa de la posición de cada sis-tema en el estado actual de la técnica que compare los sistemas convencionales deriego y los no convencionales de micro-riego.

El objetivo del presente artículo es describir el estado actual de la tecnología delos sistemas de riego utilizados en el establecimiento de brinzales. Para ello se cal-cula la restricción tecnológica del mercado mediante el análisis envolvente de datos(DEA) (Charnes et al., 1978). Gracias a este método se determina cuál es la tec-nología más eficiente y se proporciona una serie de indicadores que estiman la efi-ciencia tecnológica global y pura de cada sistema de riego, a partir de la distanciaa la frontera de producción. Los datos utilizados se obtienen a partir de la informa-ción bibliográfica disponible sobre la eficiencia de aplicación de agua y el coste delos sistemas de riego de brinzales en los proyectos de repoblación forestal.

2. Material y médotos

2.1. Método de análisis

El DEA construye, de forma no paramétrica, las fronteras de producción resul-tantes de la combinación de los insumos y desempeño de las unidades de decisión(DMU). Las dos fronteras que define el DEA son la de rendimientos de escalaconstante y la de rendimientos de escala variable. A partir de la distancia de cadaDMU a dichas fronteras se obtiene el valor de los índices de eficiencia tecnológi-ca global, pura y de escala para las unidades de análisis.

— La eficiencia técnica global es la eficiencia técnica con rendimientos de es-cala constante (CRS). Este índice mide la capacidad óptima de la industriapara utilizar una cantidad factible de insumos para lograr el desempeño dela DMU. El índice se calcula mediante el modelo CCR (Charnes et al., 1978).Con el fin de conocer el origen de la posible ineficiencia, la eficiencia téc-nica global se desglosa en dos componentes: la eficiencia técnica pura y laeficiencia de escala.

— La eficiencia técnica pura es la eficiencia técnica con rendimientos de esca-la variable (VRS). Mide la capacidad de la industria para organizar los insu-mos de manera óptima en el proceso de producción. Se calcula con el mo-delo BCC (Banker et al., 1984).

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— La eficiencia de escala mide el grado en que la DMU opera en la dimensión,condiciones o tamaño óptimo. Este índice responde a la cuestión de si lasDMU deben reducir o aumentar el consumo de insumos.

2.2. Variables de entrada y de salida

Se deben elegir insumos (variables de entrada) y desempeños (variables de sa-lida) representativas para comparar la eficiencia global y técnica mediante el mé-todo DEA.

En este caso, la variable de entrada es el coste unitario del sistema de irrigaciónincluida su instalación (d), en unidades €·planta-1. Esta variable es el insumo y re-sume el esfuerzo productivo de la industria en el diseño y fabricación de los siste-mas de riego de brinzales hasta su instalación.

Entre las múltiples variables de salida utilizadas para medir el desempeño delriego, se ha elegido la eficiencia de aplicación de agua Ea por ser una variable pri-mordial en el diseño de riegos y en la economía del agua, y por ser apta para eva-luar todos los métodos de irrigación (Jurriens et al., 2001; Michael, 2009). Ea es lacantidad de agua transpirada por el brinzal dividida entre la cantidad de agua apli-cada por el sistema de riego (por el emisor) (Jensen, 2007).

En este caso se ha elegido una variable de entrada (m =1) y una de salida (s =1)por la escasez de datos disponibles sobre el sector. Los datos seleccionados paradescribir las tecnologías del sector se han obtenido a partir de las revisiones biblio-gráficas del sector del riego de brinzales (Tabla 2) incluyendo sistemas tradiciona-les de riego y sistemas de micro-irrigación forestal.

2.3. Unidades de decisión (DMU)

Con el fin de proporcionar una visión amplia del sector del riego de brinzalesse adoptan dos niveles de análisis: el sistema de riego y su fundamento hidráulico.El número de unidades evaluadas del primer nivel es nDMUw = 20. El segundo nivelde análisis es el fundamento hidráulico que describe el proceso físico implicado enla entrega de agua de los sistemas de riego. Los datos de este nivel se obtienen me-diante la media de los sistemas de riego que comparten el mismo fundamento hi-dráulico (Tabla 1). El número de unidades es nDMUh = 5.

2.4. Orientación y cálculo del modelo

El análisis DEA planteado en este trabajo está orientando al insumo. Este en-foque (Charnes et al., 1981) establece que los costes son controlables por la indus-tria, mientras que la Ea es un desempeño no controlable, característico del estadoactual de la tecnología de cada sistema y fundamento de riego. De esta manera, laeficiencia técnica global mide qué sector de la industria de fabricación de sistemasde riego consigue la producción con un nivel dado de Ea con el mínimo coste d.

La técnica DEA está ampliamente descrita (Charnes et al. 1994, Coelli et al.,

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Tabla 1. Costes y eficiencia de aplicación de agua de los sistemas de riego de brinzales conindicación de fundamento hidráulico.

Unidad de toma

de decisión:

Sistema de riego

(DMUw)

Sistemas convencionales

Gravedad

Aspersión

Micro-aspersión

Goteo superficial

Goteo subterráneo

Autobomba o cisterna

con manguera (1)

Micro-riego

Tubos verticales

Irrigasc

Buried diffuser ®

Tubos de drenaje

Grupos de piedras

enterradas

(sistema Chahbani)

Tarros de barro

Cápsulas porosas

Botellas PET

modificadas

(sistema RIES)

Microreservoir ®

Botellas PET

con mechas

Tarros de barro

con mechas

Eco Bag ®

Waterboxx ®

Konkom

Unidad de toma

de decisión:

Fundamento hidráulico

(DMUh)

Infiltración

Presión de trabajo

Infiltración

Diferencia

en potencial hídrico

Presión de trabajo

Capilaridad

Evaporación y

condensación

Coste del sistema

de irrigación

d

[€·planta-1] (8)

10,00

15,00

25,00

40,00

50,00

2,67

0,93

3,50

6,00

2,47

2,60

2,24

1,07

2,90

6,30

0,79

1,20

4,11

4,89

0,86

Eficiencia de

aplicación Ea

[adim.] (2)

(0,55; 0,66); 0,60

(0,67; 0,81); 0,74

(0,84; 0,90); 0,87

(0,85; 0,95); 0,90

0,95

0,50

0,95

0,95

0,95

0,85

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

0,95

Fuente

de datos

Ea

(3)(4)(5)

(3)(4)(5)(6)

(4)

(3)(4)(5)(7)

(4)

(9)

(10)

Notas: (1) Riego con manguera acoplada a tractores agrícolas con un remolque de 10.000 litros equipado con motobomba. (2) Rangoy promedio según fuentes bibliográficas. (3) Keller (1990), Fuentes y Cruz (1990), Pascual (2008). (4) Irmak et al. (2011)(5) Brouwer et al. (1989). (6) Tarjuelo (2005). (7) Arviza (1996). (8) Fuentes de los costes: Ariel (2016), Alarcón et al. (2016),Bainbridge (2007), Martínez de Azagra & Del Río (2012), e información facilitada por los productores de cada sistema. (9) y (10)Estimado por los autores.

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2005). Los índices CRS, VRS con valor 1 indican que el DMU se encuentra situa-do en la frontera de eficiencia. El valor complementario de los índices, 1–CRS y1–VRS, refleja las ineficiencias, señala cuál debe ser el esfuerzo que debe realizarel DMU para alcanzar la frontera y pasar a ser eficiente.

Los cálculos de DEA se han realizado mediante el software OSDEA (VIRTOS,H. Released 2016. Open Source DEA, Version 0.2., http://opensourcedea.org).

3. Resultados

Las fronteras de rendimientos de escala constante (frontera CRS) y de rendi-mientos de escala variable (frontera VRS) se han trazado en el plano de las varia-

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Figura 1. Fronteras de posibilidades de producción de los sistemas de riesgo y sus principios hi-dráulicos.

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bles d y Ea (Figura 1). La figura 1 muestra que en los sistemas no convencionalesde micro-riego la eficiencia técnica global se debe a la eficiencia técnica pura.Quedan en la frontera, mientras que en los sistemas convencionales el efecto de laeficiencia de escala sobre la eficiencia técnica global es mayor. El fundamento deentrega de agua mediante presión de trabajo se encuentra fuera de escala para su usoen los trabajos de repoblación.

En la figura 2 se sitúan las DMU sobre los ejes de los índices CRS y VRS. Elsistema de referencia es «PET, botellas con mechas» y el fundamento hidráulico deentrega de agua es el de «Evaporación y condensación». Ambos son eficientes téc-nicamente.

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Figura 2. Índices VRS y CRS para cada sistema de riego y fundamento hidráulico.

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Todos los fundamentos hidráulicos de entrega de agua mediante sistemas noconvencionales tienen alguna tecnología con competitividad alta, CRS y VRS > 0,5.En este grupo se encuentran los tubos verticales, cápsulas porosas y tarros de barrocon mechas. El resto de sistemas no convencionales son menos eficientes. Tieneníndices comprendidos en el rango 0,1 < CRS y VRS <0,5 lo que refleja que estossistemas tienen una competitividad media en el sector. Las técnicas de riego con-vencionales (gravedad, aspersión, micro-aspersión, goteo superficial y goteo sub-terráneo) son las más ineficientes técnicamente para el riego de brinzales.

4. Discusión

En la literatura está bien establecido que la eficiencia de aplicación de agua noes sinónimo de eficiencia técnica (Farrell, 1957; Seckler, 1999; Yigezu et al., 2013).Este es el motivo por el cual las buenas prácticas en el regadío agrícola, recomen-dadas a partir del DEA, proponen la utilización de sistemas de riego localizadocon alta eficiencia de aplicación, junto con otras medidas complementarias comoson la capacitación de los agricultores en su uso, para conseguir una elevada efi-ciencia técnica (Pereira & Marques, 2017). Los resultados de nuestro trabajo, apli-cados al riego con un enfoque especial hacia la reforestación de zonas áridas, guar-dan consonancia con el de estos autores. Los grupos de mayor eficiencia de apli-cación de agua (competitividad alta o media) son ineficientes técnicamente, no poruna cuestión de escala, sino por un exceso de precios, que obliga a mejoras en lagestión para lograr una reducción de costes. El problema de la escala comienza aaparecer en sistemas ineficientes con muy baja o nula competitividad. En el casode los sistemas convencionales de riego, los recursos disponibles para su fabrica-ción están sobredimensionados para la Ea que proporcionan. Los esfuerzos de me-jora, tanto en escala como en eficiencia técnica, muestran que su adaptación alriego de brinzales resulta inalcanzable frente a la eficiencia lograda por otros sis-temas de riego más específicos.

Para proporcionar criterios de decisión sobre la oferta de tecnologías es útilacudir al concepto de restricción tecnológica, cuyo extremo define la frontera de po-sibilidades de producción empírica de los sistemas de riego disponibles en el mer-cado. El DEA es muy flexible, no realiza supuestos iniciales sobre la forma de lafrontera, y admite múltiples entradas y salidas (Díaz-Balteiro et al., 2006). El aná-lisis DEA planteado cumple con los requisitos formales de la metodología (Haas &Murphy, 2003; Golany & Roll, 1989; Charnes et al., 1994; Murias et al., 2008). Noobstante, los resultados numéricos concretos de este trabajo hay que considerarlosorientativos debido a que el DEA tiene dos limitaciones. La primera es que la efi-ciencia técnica depende de la exactitud de la medida de los insumos y desempeños.Por este motivo, se pueden estar clasificando unidades de decisión como ineficien-tes, cuando realmente no lo sean, cuando existe incertidumbre en los datos (Mar-tín, 2007). En el caso que se plantea en este trabajo existe una incertidumbre del

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desempeño Ea, debido a que se utilizan los escasos valores bibliográficos disponi-bles. Futuros trabajos experimentales que concreten el valor de Ea permitirán unaclasificación más exacta del valor de la eficiencia técnica global y pura de los sis-temas de riego. La segunda limitación es que la variable de entrada que hemos uti-lizado es un coste unitario. Esta aproximación es útil porque engloba la facilidadde manejo de la tecnología y el precio del producto en una sola variable. Sin em-bargo, al no desglosar los factores de producción o las etapas de comercialización,no proporciona indicaciones detalladas sobre la mejora de la gestión de los recur-sos concretos empleados por la industria.

La eficiencia técnica incrementa la información disponible sobre el sector delriego de brinzales, el acceso a la información, a la tecnología apropiada y al uso efi-ciente de los recursos. Estos indicadores son utilizados habitualmente en la evalua-ción de la intensificación sostenible agraria (Mahon et al., 2017; Smith et al., 2017)y contribuyen positivamente a reducir las barreras de adopción tecnológica (Dethier& Effenberger, 2012) e incrementan la velocidad de adopción tecnológica (Alcónet al., 2011). Sin embargo, la eficiencia técnica no puede ser el único criterio de de-cisión para determinar su posible aplicación. En el caso de las repoblaciones fores-tales, cuestiones selvícolas pueden matizar la elección (Martínez de Azagra & DelRío, 2012; Del Río et al., 2018).

5. Conclusiones

El mercado del riego de brinzales proporciona una variada oferta de sistemasde riego basados en distintos fundamentos hidráulicos de entrega de agua. Pese ala importante limitación por los escasos datos bibliográficos disponibles hasta lafecha, hemos podido detectar que tienen muy desigual eficiencia técnica.

La evaluación de la eficiencia técnica permite trazar un mapa del estado actualde la tecnología del riego de brinzales que proporciona criterios con los que com-parar los múltiples sistemas de riego de brinzales que oferta la industria. Su evalua-ción nos permite orientar la gestión del proceso productivo e incorporar la eficien-cia técnica como un criterio a considerar en la elección de los sistemas de riego debrinzales.

Los sistemas de micro-riego que está ofreciendo el mercado son más eficien-tes técnicamente que los sistemas convencionales de irrigación para el estableci-miento de brinzales.

La determinación de la eficiencia técnica de los sistemas de irrigación para elestablecimiento de brinzales en los proyectos de repoblación podrá ser más exactaa medida que se publiquen más datos sobre el funcionamiento hidráulico de los sis-temas de riego y de los procesos productivos implicados en su fabricación. Llega-do ese momento, será de utilidad para un análisis DEA más detallado de los siste-mas de riego de brinzales el incorporar las variables utilizadas habitualmente en elanálisis del riego agrícola convencional.

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