Área de estudio y fuentes de datos

Pingliang, Yulin y Hubehot se seleccionaron como estaciones meteorológicas de estudio en las regiones semiáridas y áridas (34° 54’Ny108°30’E,37°5’Ny107°36’Ey40°51’Ny110°46’ E, respectivamente). El tipo de suelo en estos lugares es una capa de loessal con 30 m de profundidad.

Los datos de precipitación, temperatura, rendimiento de mijo cola de zorro y humedad del suelo de las zonas áridas y semiáridas de Yulin, Pingliang y Hubehot de 1978 a 2007 se obtuvieron de los Centros de Administración de Meteorológica y Agricultura en cada lugar.

Análisis de los datos

Los datos del contenido de humedad, entre 0 y 100 cm del perfil del suelo, durante las etapas de siembra y cosecha de mijo cola de zorro, entre 1978 y 2007, se utilizaron para calcular la evapotranspiración del cultivo (ET_c). La ET_c se calculó con la fórmula (^{Zhang et al., 2013b}):

ETc=P+SWs-SWh+I-D

donde P es la precipitación (mm) durante la temporada de crecimiento de los cultivos; SW_s es el agua almacenada en el suelo (mm) en la etapa de la siembra; SW _b es el almacenamiento de agua en el suelo (mm) en la etapa de cosecha; I es la cantidad de riego (mm), que fue insignificante por la falta de irrigación en el sitio de estudio; D es la cantidad de agua perdida debido a la profundidad de drenaje (mm), que fue mínima debido a la capa de agua a 30 m de profundidad y menos precipitación (^{Wang et al., 2004}).

SW en la fórmula de evapotranspiración se calculó con la fórmula:

SW=∑(Ai×Ti×Bi/10)(i=1,2,…,n)

donde SW es el agua almacenada en el suelo (mm); i es el número de capa de suelo; n es el número total de capas de suelo, incluyendo cinco capas de 0 a 20, 20 a 40, 40 a 60, 60 a 80 y 80 a100cm; A _i es la densidad aparente del suelo seco en la capa i (kg cm^-3); T _i es el espesor del suelo en la capa i (cm); Bi es el contenido de agua del suelo (%).

La EUA de mijo cola de zorro se calculó como el rendimiento de grano (RG) en kg ha^-1 dividido entre ETc:

WUE=GY/ETc

Análisis de los datos

Todos los datos se procesaron y graficaron con Microsoft Excel 2007.

Evaluación del clima

La temperatura acumulada de 1978 a 2007 mostró una tendencia significativa de aumento (Figura 1). La temperatura acumulada en Pingliang, Yulin, y Huhehot aumentó 502, 541 y 857 °C, y la temperatura anual media acumulada aumentó 16.7, 18.0 y 28.6 °C. El aumento de la temperatura es una señal del calentamiento global (^{Wei y Chen, 2009}). Por lo tanto, las temperaturas acumuladas de estos lugares tuvieron una tendencia significativa con el calentamiento global en el periodo estudiado.

Figura 1 Cambio de la temperatura acumulada de 1978 a 2007: (A) Pingliang, (B) Yulin y (C) Huhehot, China. 

El calentamiento global tiene efecto importante en la precipitación (^{Piao et al., 2010}). Los hallazgos de ^{García-Páez y Cruz-Medina (2009)} indican que la escasez de agua en regiones de México puede empeorar por la variabilidad de las precipitaciones debido al cambio climático. Las precipitaciones en Pingliang, Yulin y Huhehot mostraron una tendencia de variación con aumento de la temperatura acumulada (Figura 2), y las precipitaciones en estos lugares disminuyeron 75.0, 84.3 y 162.5 mm. Las precipitaciones medias anuales se redujeron 2.50, 2.81 y 5.42 mm en Pingliang, Yulin y Huhehot. El aumento de la temperatura acumulada puede resultar en pérdidas graves de precipitación, que perjudicarían la producción agrícola en regiones semiáridas y áridas (^{Wang, 2009}).

Figura 2 Efecto de la temperatura acumulada en la precipitación; (A) Pingliang, (B) Yulin y (C) Huhehot, China. 

Eficiencia en el uso del agua de mijo cola de zorro y la temperatura

La temperatura, como un factor relevante para la producción agrícola, tiene un efecto necesario en EUA. El aumento de la temperatura ha incrementando EUA de la planta (^{Loader et al., 1995}). Otros estudios sugieren que el aumento de temperatura disminuye EUA de la planta (^{Yepez et al., 2007}; ^{Nicotra et al., 2008}). La relación entre EUA de mijo cola de zorro y el cambio de la temperatura se presenta en la Figura 3. La EUA de mijo cola de zorro en Pingling, Yulin y Huhehot aumentó con el incremento de 100 °C de la temperatura acumulada en estos lugares, de 1978 a 2007, y su aumento fue 0.2, 0.2 y 0.4 kg ha^-1 mm^-1 (Figura 3). Estos resultados fueron similares a los reportados por ^{Xiao et al. (2013)}, quienes muestran que EUA de trigo aumentó con el calentamiento global. Respecto al incremento de EUA debido al aumento de la temperatura, ^{Schleser (1990)} y ^{Loader et al. (1995)} indican que EUA aumentó cuando la temperatura se elevó por debajo de la temperatura óptima para la fotosíntesis, o al contrario, disminuyó por encima de la temperatura óptima para la fotosíntesis (^{Yepez et al., 2007}; ^{Nicotra et al., 2008}). En nuestro estudio, EUA de mijo cola de zorro aumentó con el incremento de la temperatura acumulada, lo cual sugiere que el aumento de temperatura fue menor a la temperatura óptima para la fotosíntesis de mijo cola de zorro y pudo causar aumento en la capacidad fotosintética de mijo cola de zorro, lo que resultó en EUA mayor. Estos resultados son apoyados con el hallazgo de ^{Duquesnay et al. (1998)}, quienes indican que los efectos del aumento de la temperatura en EUA de haya fueron positivos a plazo largo. El aumento de EUA en condiciones de calentamiento global indica que la capacidad de vapor de agua aumentó (^{Philip y Biney, 2002}); por lo tanto, EUA de la planta aumentó en respuesta al ajustarse a la sequía (Figura 3) (^{Zou et al., 2010}). La EUA de mijo cola de zorro aumentó alrededor de 0.3 kg ha^-1 mm^-1 con el incremento de la temperatura acumulada de 100 °C de 1978 a 2007. Esto indica que un aumento en EUA de mijo cola de zorro puede ser la manifestación de una adaptación a ambientes áridos y semiáridos, lo que está apoyado por el hallazgo de ^{Zou et al. (2010)} en Haloxylon ammodendron.

Figura 3 Efecto de la temperatura acumulada en la eficiencia en el uso del agua de mijo cola de zorro: (A) Pingliang, (B) Yulin y (C) Huhehot, China. 

Eficiencia en el uso del agua de mijo cola de zorro y el cambio de la precipitación

^{Farquhar et al. (1982)} sugieren que muchos factores, como el aumento en precipitación, conductancia estomática y tasas de transpiración altas, resultan en disminución de EUA de las plantas en zonas húmedas y semihúmedas. Estos factores, particular las precipitaciones, tienen una función importante en EUA de la planta (^{Xie et al., 2016}). En nuestro estudio, EUA del mijo cola de zorro disminuyó cuando la precipitación aumentó (Figura 4). Es decir la precipitación disminuyó 100 mm de 1978 a 2007, mientras que EUA de mijo cola de zorro aumentó alrededor de 1.2 kg ha^-1 mm^-1 (Figura 4). El aumento de la precipitación puede mejorar el rendimiento de los cultivos (^{He et al., 2013}). Sin embargo, el aumento de la precipitación limitó el incremento del contenido de ¹³C en hojas de la planta, lo cual causó reducción en EUA de las plantas (^{Farquhar et al., 1982}; ^{Diefendorf et al., 2010}). Por lo tanto, el aumento de la precipitación puede reducir la EUA en mijo cola de zorro. Al contrario, el incremento de temperatura condujo a la reducción de las lluvias de 1978 a 2007, y la frecuencia y duración de las sequías aumentó. Estos factores tuvieron un efecto positivo en el aumento de EUA en mijo cola de zorro. Estos resultados coinciden con los de ^{Ogaya y Penuelas (2003)}, quienes muestran que los cultivos en ambientes áridos y semiáridos tuvieron EUA mayor en comparación con la de ambientes húmedos.

Figura 4 Efecto de la precipitación en la eficiencia en el uso del agua de mijo: (A) Pingliang, (B) Yulin y (C) Huhehot, China. 

Un estudio de ^{Chen et al. (2003)} muestra que EUA de las plantas del desierto tuvo correlación negativa y significativa con la precipitación anual. ^{Ogaya y Penuelas (2003)} reportan una EUA alta de las plantas en condiciones de sequía. En nuestro estudio, EUA de mijo cola de zorro fue mayor al disminuir la precipitación, lo cual sugiere que mejoró en ambientes con sequía. A largo plazo, la sequía causó que las plantas se adaptaran a la sequía, como conductancia estomática y tasa de transpiración bajas, y contenido mayor de ¹³C en las hojas de las plantas. La variación de estos factores tuvo efecto directo en EUA mayor (^{Yang et al., 2007}; ^{Prentice et al., 2011}). El mijo cola de zorro se ha cultivado desde hace mucho tiempo y puedo haber aumentado su EUA para adaptarse a los ambientes áridos del noroeste de China.

Variación de la temperatura y la agricultura de secano

El calentamiento global es un hecho en el mundo (^{Agnes et al., 2016}). La temperatura ha cambiado y afectado significativamente la producción de los cultivos (^{He et al., 2015}). La agricultura es uno de los sectores económicos que dependen más del clima (^{Hansen, 2002}), en especial en las regiones de secano. En nuestro estudio, Huhehot, una región con latitud alta (N 40° 51’), tuvo CV alto en la temperatura acumulada y la precipitaciones (Figura 5). Esto indica que el calentamiento global y la reducción de la precipitación tuvieron una alteración severa en regiones áridas y semiáridas de latitudes altas en China, lo cual coincide con los hallazgos de ^{Ding (2007)}.

Figura 5 Relación entre el coeficiente de variación (CV) y las latitudes de las áreas de estudio (Pingliang, Yulin y Huhehot, China).  

La EUA promedio de mijo cola de zorro de 1978 a 2007 aumentó cuando el CV de la temperatura acumulada y de la precipitación fue más alto (Figura 6). Estos resultados sugieren que el calentamiento global y la disminución de la precipitación fueron factores importantes en la mejoría de EUA de mijo cola de zorro. Aunque el aumento de temperatura puede incrementar EUA de los cultivos, esta es una adaptación negativa en condiciones de estrés hídrico. Hay impactos negativos en el rendimiento del cultivo debido al calentamiento global en las zonas áridas y semiáridas (^{Knox et al., 2012}; ^{Muller, 2013}; ^{Nkulumo et al., 2014}). Si la temperatura se eleva y la precipitación disminuye hasta un punto que no satisfagan las necesidades de los cultivos, la seguridad alimentaria en regiones áridas y semiáridas está en riesgo (^{Zhang et al., 2013a}).

Figura 6 Efecto del coeficiente de variación en la eficiencia en el uso del agua promedio de mijo cola de zorro; A: temperatura acumulada, B: precipitación. 

¿Cómo puede utilizarse eficientemente la precipitación limitada? ¿Cómo ahorrar la precipitación? ¿Qué hay que plantar? ¿Cómo plantar? Estas son preguntas importantes que necesitan contestarse para adaptar la agricultura al reto del calentamiento global reciente en las zonas áridas y semiáridas de China. Ajustar la estructura de plantación entre los diferentes cultivos y aumentar las áreas de cultivos con EUA alta, para protegerlos de la sequía, como mijo cola de zorro, mijo y sorgo, son necesarios para aumentar la seguridad alimentaria. Además, las técnicas de cultivo que tienen un efecto alto para conservar la precipitación y aumentar el rendimiento de los cultivos en zonas áridas y semiáridas, como labranza de conservación (^{Amir et al., 2012}), acolchado de película plástica (^{Wang et al., 2004}), sistema de recolección de precipitación basado en la labranza especial del suelo (^{Qu et al., 2012}), y riego limitado y de suplemento (^{Christian et al., 2010}), deben adoptarlas los agricultores y ampliar la producción de alimentos en las zonas áridas y semiáridas de China.