Introducción

La disponibilidad de humedad en el suelo es una componente agroclimática de alta relevancia para la práctica de agricultura. Bajo condiciones de temporal, la disponibilidad de humedad en el suelo es una función del balance hídrico, el cual está determinado por la cantidad de precipitación ocurrente, la capacidad de almacenamiento de agua en el suelo y las pérdidas de agua a través de procesos como la evapotranspiración, el escurrimiento y la percolación profunda (^{Ines et al, 2001}). En áreas tropicales y subtropicales, la estación de crecimiento para los cultivos está básicamente determinada por la duración de humedad disponible en el suelo, lo cual depende de la textura de éste y va desde el inicio de la temporada de lluvias hasta la finalización de ésta, más el número de días requerido para que se agote (a través de la evapotranspiración del cultivo) la humedad remanente almacenada en el suelo (^{Eitzinger et al., 2004}).

El cambio climático altera los patrones de temperatura, nubosidad y precipitación, y, como consecuencia, también los patrones de evapotranspiración y de humedad disponible en el suelo (^{Hatfield etal., 2011}; ^{Ojeda et al, 2011}; ^{Ruiz etal., 2011}).

El cambio en precipitación tiene un efecto menor sobre la humedad del suelo en cuencas húmedas, pero en cuencas secas el porcentaje de cambio en los niveles de humedad del suelo puede ser mayor que el porcentaje de cambio en la lluvia; esto es de gran importancia en suelos arcillosos y delgados. Comparada con la precipitación, los incrementos de la temperatura por sí solos tienen un impacto insignificante sobre el escurrimiento y humedad del suelo (^{Chiew et al.1995}). Cuando se mantienen constantes todas las variables que influyen en la ETP y sólo se incrementa la temperatura; la ETP de referencia aumenta 3.4% por cada grado Celsius de incremento (^{Kimball, 2007}).

El cambio climático también puede incrementar la lluvia en algunas regiones, pero esto es generalmente acompañado por un incremento en la variabilidad de la lluvia, el cual al interactuar con temperaturas más altas y desecantes, puede conducir a sequías regionales (^{Izaurralde et al, 2011}).

En México, uno de los estados más importantes para la agricultura de temporal es Jalisco. Estudios recientes han demostrado que la temperatura de las áreas agrícolas de México se ha venido incrementando de manera perceptible desde la década de los años 1990's del siglo pasado (^{Zarazúa et al., 2011}; ^{Ruiz et al., 2014}). Existen evidencias de la presencia del cambio climático en Jalisco, México, las cuales muestran cambios en los patrones regionales de lluvia durante las últimas décadas (^{Ruiz y Regalado, 2014}); que a su vez están causando una disminución gradual de la estación de crecimiento (^{Ruiz et al, 2000a}; ^{Zarazúa et al, 2011}) y una reducción en la superficie potencial de producción de cultivos (^{Ruiz et al, 2000b}; ^{Zarazúa et al., 2011}).

Los escenarios climáticos predichos para el siglo XXI, establecen en términos generales, un incremento de la temperatura y una ligera disminución de la precipitación anual en las zonas de cultivo (^{IPCC, 2007}; ^{Ruiz et al., 2011}). Las predicciones para el estado de Jalisco también establecen un incremento sostenido de la temperatura, durante las primeras cinco décadas del presente siglo, hasta alcanzar un incremento de 1.5 a 2.5 °C durante el período 2051-2060 (^{Ruiz et al, 2011}; ^{Ruiz y Regalado, 2014}). Las consecuencias de estos cambios están directamente ligadas a un balance hídrico menos positivo en suelos, y una reducción en la estación de crecimiento en áreas tropicales y subtropicales (^{Ojeda et al, 2011}; ^{Ruiz et al, 2011}).

Los cambios presentes y futuros en humedad del suelo de las áreas agrícolas están ya demandando el desarrollo de medidas de adaptación para los sistemas agrícolas, pero uno de los primeros datos que se deben conocer es la dimensión de estos cambios. De acuerdo con lo anterior, el objetivo de este estudio fue estimar el efecto del cambio climático sobre la estacionalidad y la duración de la humedad del suelo en las tierras agrícolas de temporal de Jalisco, mediante la utilización del Modelo Newhall.

Materiales y métodos

Resultados y discusión

Los resultados del análisis estadístico de temperatura y precipitación anual de las estaciones meteorológicas que corresponden a los tres grupos texturales, se muestran en el Cuadro 1. Como puede observarse todas las series de datos climáticos resultaron con una distribución normal, aun cuando ésta fue analizada con estadísticos distintos de acuerdo con el número de observaciones de los tres grupos texturales. El análisis de varianza no reportó diferencia significativa entre grupos textuales para precipitación y temperatura (Cuadro 2).

Cuadro 1 Estadísticos básicos, normalidad y valor del estadístico Kolmogorov-Smirnov para datos normales de precipitación y temperatura anuales periodo 1961-1990 en sitios con textura de suelo gruesa, media y fina. 

Cuadro 2 Análisis de varianza para datos de temperatura y precipitación de sitios de tres grupos texturales. 

Los resultados de las pruebas F de comparación de varianzas y pruebas t de comparación de medias para los periodos 1961-1990 versus 2040-2069 en relación con los parámetros de humedad resultantes de la simulación con el modelo Newhall 1.6, se muestran en el Cuadro 3. Como puede observarse, se identificaron seis casos en que las medias de los parámetros son estadisticamente diferentes, la mayoría con una significanciap< 0.01. Tres de estos casos correspondieron a los sitios con suelo de textura media y los otros tres a sitios de con suelo de textura fina. En el caso de los sitios con textura gruesa no se identificaron casos de diferencias estadísticamente significativas ni para la prueba de varianzas (F) ni para la prueba de medias (t).

Cuadro 3 Resultados de la prueba de t y prueba de F en la comparación de medias 1961-1990 versus 2040-2069 de diversos parámetros climáticos y de humedad del suelo en sitios de textura gruesa, textura fina y textura media. 

Los valores de los parámetros analizados de manera comparativa para las climatologías 1961-1990 y 2040-2069, se pueden ver en los Cuadros 4 (sitios de textura gruesa), 5 (sitios de textura fina) y Cuadro 6 (sitios de textura media).

Cuadro 4 Parámetros de simulación de la humedad del suelo con el modelo Newhall 1.6 en sitios con textura gruesa, en dos climatologías: A: 1961-1990; B: 2040-2069. 

Pa= precipitación acumulada promedio anual; Ta= temperatura media anual; etpa= Evapotranspiración potencial acumulada promedio anual; H= días húmedos en el año; MS= días medio secos en el año; S= días secos en el año; EC= estación de crecimiento.

Dentro de los casos de variación significativa del valor de la media en sitios de textura fina, sobresalen la temperatura media anual, la ETPa y la longitud de la estación de crecimiento, incrementándose latemperatura 2.5 °C y la ETPa 21%, mientras que la LEC se redujo 10 días al pasar de 1961 1990 a 2040-2069 (Cuadro 5). Para cambio significativo de la varianza se reporta el de días medio secos al pasar de un valor de 173.5 a 784.7; es decir, se tornaría en un parámetro muy cambiante en el futuro (2040-2069), lo cual coincide con reportes previos sobre el incremento del carácter aleatorio de los parámetros de la precipitación y humedad del suelo con la presencia del cambio climático (^{IPCC, 2007}).

Cuadro 5 Parámetros de humedad del suelo modelados en sitios con textura fina, en dos climatologías: A: 1961-1990; B: 2040-2069. 

Con relación a los casos de variación significativa del valor de la media en sitios de textura media, destacan la Ta, ETPa, MS y LEC, al incrementarse 26.6% la primera, 2.7 °C la segunda, disminuir 15% MS y disminuir 27% la LEC. Con relación a la varianza, los cambios significativos se identifican en la LEC, con disminución 240% en la varianza al pasar de 1961-1990 a 2040-2069. Esto como resultado de la disminución de los más altos valores de LEC (Cuadro 6).

Cuadro 6 Parámetros de humedad del suelo modelados en sitios con textura media, en dos climatologías: A: 1961-1990; B:2040-2069. 

Al analizar de manera global la información de los Cuadros 4, 5 y 6 se puede además observar que en términos generales el efecto del cambio climático se manifiesta a través de las siguientes tendencias: a) un incremento de precipitación en sitios de textura fina y textura media; b) un incremento de la temperatura en sitios de todo tipo textural; c) un incremento de la evapotranspiración potencial en sitios de todas las clases texturales; d) una disminución del número de dias húmedos durante el año en sitios de todos los grupos texturales, siendo más marcada esta tendencia en sitios de textura gruesa; e) un decremento de los dias medio secos en el año en sitios de textura gruesa y media; f) un incremento del número de dias secos al año en sitios de todos los grupos textuales, siendo más marcada esta tendencia en suelos arenosos y de textura media; y g) una disminución de la longitud de la estación de crecimiento en sitios de todas las clases texturales, siendo más evidente en el caso de la textura media, donde la disminución promedio equivale a 54 dias, sobresaliendo los casos de Pihuamo, Santa Maria de los Ángeles, Tapalpa, Atemajac, Tacotán, San Juan de Potreros, Corrinchis II, Presa Achimec, El Nogal, Bocas, Mazamitla, San Gaspar de los Reyes, Jilotlán, Colotlán y Ajojúcar con un decremento de la LEC de 129, 116, 116, 115, 114, 95,93,93, 86, 83, 76, 75, 69, 66 y 60 dias, respectivamente.

La disminución de la LEC en el estado de Jalisco por efectos del cambio climático ya había sido reportada de manera previa por ^{Ruiz et al. (2000)} y fue atribuida por estos autores a la combinación de una disminución de la precipitación con un incremento de la evapotranspiración potencial producto del incremento de temperatura. En el contexto del presente estudio la disminución en la LEC se explica directamente por la disminución del número de días húmedos y medio secos y por el incremento del número de días secos, e indirectamente por el incremento de la evapotranspiración potencial.

En el caso de los sitios de textura gruesa la precipitación prácticamente no varía atendiendo al valor promedio de los cinco sitios (Cuadro 4); para los sitios de textura fina (Cuadro 5) y de textura media (Cuadro 6) la precipitación se incrementó en promedio, sin embargo este incremento no compensó el incremento en la ETP, por lo que la resultante fue el mencionado decremento de la LEC en los sitios de todas las clases texturales. Al respecto, ^{Chiew et al. (1995)} mencionan que el cambio en precipitación tiene un efecto menor sobre la humedad del suelo en cuencas húmedas, pero en cuencas secas el porcentaje de cambio en los niveles de humedad del suelo puede ser mayor que el porcentaje de cambio en la lluvia, siendo de gran importancia en suelos arcillosos y delgados.

^{Izaurralde et al. (2011)} mencionan que el incremento de precipitación que puede causar cambio climático, generalmente es acompañado por un incremento en la variabilidad de la lluvia, el cual al interactuar con temperaturas más altas y desecantes, puede conducir a sequías regionales. Esto es lo que al parecer ocurriría en sitios de textura fina, donde la precipitación se incrementaría 8.7% con el cambio climático de 2040-2069, pero la varianza de la precipitación pluvial se incrementaría 33.6%.

Las consecuencias que los cambios discutidos anteriormente podrían traer a los cultivos que actualmente se producen bajo condiciones de temporal en el estado de Jalisco, tienen que ver con un incremento de la tasa de desarrollo debido al incremento de temperatura (^{Ojeda et al, 2011}), un incremento de la demanda hídrica del cultivo por aumento de la evapotranspiración, pero a su vez una posible disminución del requerimiento hídrico del cultivo debido al acortamiento del ciclo de producción por efecto del incremento en la velocidad de desarrollo de la planta (^{Ruiz et al, 2011}).

Los cambios en la longitud de la estación de crecimiento harán necesaria una medida de adaptación consistente en el cambio de variedades de siembra o en el cambio de patrón de cultivos, en sitios donde la disminución de la LEC es muy drástico (^{Zarazúa et al, 2011}).

El incremento en la tasa de desarrollo del cultivo y en consecuencia la reducción del ciclo de producción, impactará directamente en el acortamiento de la fase reproductiva de los cultivos y por tanto en su rendimiento (^{Conde et al., 2006}).

Conclusiones

El cambio climático del periodo 2040-2069 impactará las condiciones de humedad del suelo en sitios de todas las clases de textura de suelo. Sin embargo, los cambios más significativos se observarán en sitios de textura media, seguidos por sitios de textura fina.

Los parámetros climáticos y de humedad del suelo que serán afectados con significancia estadística por el cambio climático son la temperatura, evapotranspiración potencial y longitud de la estación de crecimiento. Para temperatura y evapotranspiración potencial se identifica una tendencia de incremento, y para la longitud de la estación de crecimiento una tendencia de disminución, infiriéndose que el cambio climático será negativo en cuanto a la disponibilidad de humedad del suelo para la práctica de agricultura.

La disminución en la longitud de la estación de crecimiento guarda correspondencia con la disminución del número de días húmedos y medio secos, y con el incremento del número de días secos en el año.