Matrices de requerimientos de los cultivos

Se elaboraron las matrices de requerimientos ambientales de los tres cultivos del estudio, maíz, sorgo trigo, a partir de revisión bibliográfica en fichas técnicas, guías de FAO y artículos relacionados a los cultivos, dando énfasis a las variables climáticas como son la cantidad y distribución de la precipitación media anual, balances hídricos, temperatura media mensual y anual, además de las condiciones de suelo y de paisaje en el que tienen mejor desarrollo, considerando las áreas en las que actualmente se establecen dichos cultivos. Se usaron cuatro clases de grado de aptitud: apto, moderadamente apto, marginalmente apto y no apto.

Elaboración de los mapas de grado de aptitud de los cultivos

A partir de las matrices de requerimientos ambientales se elaboraron los mapas de aptitud actual para cada uno de los cultivos del estudio en las áreas con uso agrícola del país, las cuales se delimitaron a partir del mapa de la serie VI del uso del suelo y vegetación (^{INEGI, 2017}), esto con el Software ArcGis 10.3. Para todas las áreas agrícolas del país, se elaboraron archivos en formato shapefile con bases de datos de las variables climáticas como precipitación media anual, temperatura media anual, duración del periodo de crecimiento por humedad disponible, temperatura media del mes más cálido, temperatura media del mes más frio, textura del suelo, pendiente del terreno, condición de drenaje, pH, salinidad y sodicidad así como de la profundidad del suelo.

Se generaron áreas agrícolas con atributos climáticos y de suelos similares con la sobreposición de los valores de los parámetros señalados. Para cada polígono con valores de las variables climáticas y de suelos, se les incluyeron los rangos de las variables climáticas y del suelo para cada cultivo que definen cada clase de aptitud y para cada uno se generó su etiqueta de aptitud actual.

Para este trabajo en la estimación del grado de aptitud bajo escenarios de cambio climático se decidió incluir solo precipitación media anual (PMA) y temperatura media anual (TMA), considerando precipitaciones y temperaturas medias mensuales. La clase de aptitud se definió por los parámetros climáticos más limitantes bajo la siguiente combinación descrita en el Cuadro 1.

Una vez definidas las clases de aptitud, con el Software ArcGis 10.3 se generaron las tablas dinámicas en donde se detalla la superficie para cada combinación de los parámetros que definen el grado de aptitud y se elaboraron los mapas a escala regional (1:250 000) para cada cultivo.

Escenarios de cambio climático

Se aplicaron los escenarios de cambio climático obtenidos de ^{Fernández et al. (2015)} para tres modelos: GFDL-CM3, HadGEM2-ES y REA; para el horizonte de tiempo lejano (2070-2099), además de dos RCP: 4.5 y 8.5 W m^-2. Los modelos se tomaron de la página del Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM (^{UNIATMOS, 2018}). Se obtuvieron las razones de cambio para las precipitaciones medias mensuales y las temperaturas medias mensuales para cada área agrícola del país y se calcularon la precipitación media anual y la temperatura media anual a partir de los valores mensuales para cada uno de los escenarios de cambio climático.

Se aplicó el procedimiento descrito en las condiciones actuales para definir las clases de grado de aptitud de las tierras agrícolas para cada cultivo, obteniéndose las bases de datos y sus respectivos mapas para cada cultivo, esto es, con cada modelo se generaron dos tablas dinámicas con las bases de datos y sus mapas, una para el RCP de 4.5 y la otra para el RCP 8.5. Con esta información se analizaron los cambios de aptitud actual en cada escenario de cambio climático para cada cultivo.

Maíz de grano (Zea mays L.) condiciones actuales

De las 32 429 966 ha delimitadas como de uso agrícola (^{INEGI, 2017}), 81.59% tienen algún grado de aptitud para el maíz bajo condiciones de temporal (Cuadro 2), de los cuales 10.91% no tiene limitantes (apta), 35.67% como moderadamente aptas y 35% como marginalmente aptas. Los parámetros climáticos que representan restricciones para este cultivo y que definen las áreas agrícolas como no aptas, están en primer lugar la temperatura.

Como limitante única o en combinación con otras variables con 10.82% del total de las tierras agrícolas, la mayor parte de estas áreas presentan temperaturas medias anuales menores a 12 °C y se ubican en las zonas altas del Eje Transversal Mexicano y áreas altas de la Sierra Madre Occidental. La precipitación como limitante para que las tierras agrícolas tengan aptitud para este cultivo bajo condiciones de temporal, ya sea sola o en combinación con otras variables representan 8.85% del total de las tierras agrícolas.

Estas áreas se asocian a zonas agrícolas con precipitaciones menores a los 350 mm anuales y algunas áreas con precipitaciones medias anuales mayores a los 4 000 mm. Dentro de las áreas agrícolas con precipitaciones medias anuales menores a 350 mm corresponden en su mayor proporción a zonas bajo riego, aunque hay algunas zonas agrícolas de temporal que tienen esta condición de bajas precipitaciones en donde además de otros cultivos también se siembra maíz, pero con alto grado de siniestralidad.

Escenarios de cambio climático

En el Cuadro 3 se muestran los resultados del grado de aptitud de las tierras agrícolas del país para maíz de temporal bajo los escenarios de cambio climático para un RCP de 4.5 y 8.5 para el horizonte de tiempo lejano (2 070 a 2 099) y aplicando las razones de cambio para los tres modelos generales de circulación atmosférica (MGCA).

En ambos RCP es considerable la disminución de la superficie con algún grado de aptitud para este cultivo, al pasar de 81.59% del total de las tierras agrícolas a 61.22%, 53.81% y 60.5% en el RCP 4.5 y a 63.32%, 60.66% y 61.23% en el RCP 8.5, para los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente. Como se aprecia no hay grandes cambios en los dos RCP, incluso es ligeramente mayor la superficie con algún grado de aptitud en el RCP 8.5 asociado a que se pronostica un menor decremento en la precipitación que en el RCP 4.5.

El incremento de la temperatura estimada en los tres modelos es el factor dominante en la exclusión de las áreas agrícolas para este cultivo, en donde se estima que la temperatura media anual en áreas con algún grado de aptitud bajo condiciones actuales estará con valores superiores a los 26 °C que es el límite para considerar algún grado de aptitud, la proporción de las áreas agrícolas sin aptitud para este cultivo asociada con la temperatura sola o en combinación.

Con otras variables como es la precipitación menor a 350 mm anuales, cambia de 10.82% a 31.62%, 29.96% y 23.6% para el RCP 4.5 y 30.6%, 30.24% y 24.07% para el RCP 8.5 en los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente. Es importante señalar que, aunque algunas áreas agrícolas del país que en condiciones actuales tienen temperaturas medias anuales menores a 12 °C y que en estos escenarios su temperatura será mayor a este umbral por lo que presentarán algún grado de aptitud para este cultivo.

Sin embargo, la superficie que incrementa su temperatura media anual a valores superiores de 26 °C es considerablemente mayor. Como se aprecia, la proporción de la superficie que pasa a no apta es similar en los dos RCPs en cada modelo. La proporción de las áreas agrícolas del país que no tendrán aptitud para este cultivo bajo condiciones de temporal derivadas principalmente de la disminución de la precipitación a valores menores a 350 mm anuales pasan de 8.85% a 14.02%, 25.39% y 21.54% en el RCP 4.5 y de 12.05%, 14.96% y 18.69% en el RCP 8.5, para los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente. En los tres modelos en el RCP 8.5 se tiene una menor afectación en la superficie con algún grado de aptitud, asociado a que se estima que la disminución de la precipitación en diferentes regiones de México será menos severa que para el RCP 4.5.

Sorgo de grano (Sorghum bicolor L.) condiciones actuales

Del total de las tierras agrícolas, 61.54% tienen algún grado de aptitud para sorgo de grano bajo condiciones de temporal (Cuadro 4). Los parámetros climáticos que representan restricciones para este cultivo y que definen las áreas agrícolas como no aptas, están en primer lugar la precipitación como limitante única o en combinación con otras variables, 28.16% del total de las tierras agrícolas, estas áreas presentan precipitación media anual menores a 400 mm o mayores a 1 800 mm.

La temperatura como limitante para que las tierras agrícolas tengan aptitud para este cultivo bajo condiciones de temporal, ya sea sola o en combinación con la precipitación representan 23.20% del total de las tierras agrícolas, estas áreas se asocian a zonas agrícolas con temperaturas medias anuales menores a 15 °C o mayores a 28 °C. En algunas regiones del país donde se establece este cultivo bajo riego no necesariamente se cumple la condición de precipitación media anual.

Escenarios de cambio climático

En el Cuadro 5 se muestran los resultados del grado de aptitud de las tierras agrícolas del país para sorgo de grano en condiciones de temporal para los escenarios de cambio climático para los RCP de 4.5 y 8.5 para el horizonte de tiempo lejano (2 070 a 2 099) y aplicando las razones de cambio para los tres modelos generales de circulación atmosférica (MGCA) de este estudio.

En el RCP 4.5 resalta que en el modelo GFDL se incrementará la superficie con algún grado de aptitud para este cultivo al pasar de 61.54% a 65.58%, en cambio para los modelos HADGEM y REA la superficie con algún grado de aptitud para el desarrollo de este cultivo disminuye a 53.06% y 53.98%, respectivamente.

Para el RCP 8.5 la proporción de la superficie de las tierras agrícolas con algún grado de aptitud aumenta ligeramente con respecto a las condiciones actuales en los modelos GFDL y HADGEM con 63.23% y 62.14%, respectivamente y disminuye a 55.16% en el modelo REA. Con respecto a los resultados del RCP 4.5 el mayor cambio se estima con el modelo HADGEM que se incrementa en 10% del total de la superficie agrícola, mientras en los otros modelos los cambios son menores.

La proporción de las áreas agrícolas del país que no tendrán aptitud para este cultivo bajo condiciones de temporal derivadas principalmente de la disminución de la precipitación a valores menores a 400 mm anuales pasan de 28.16% bajo condiciones actuales a 23.9%, 38.31% y 38.39% en el RCP 4.5 y de 27.18%, 29.38% y 35.87% en el RCP 8.5 para los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente.

El modelo GFDL en el RCP 4.5 se estima un incremento en la superficie que está en el rango de precipitación con algún grado de aptitud, por el incremento en la superficie con precipitaciones medias anuales menores a 1800 mm, mientras que en el RCP 8.5 el cambio de la superficie dentro del rango de precipitación con algún grado de aptitud es similar a las condiciones actuales.

En el modelo HADGEM para el RCP 4.5 hay una disminución considerable de la superficie con el rango de precipitación con algún grado de aptitud, mientras que en el RCP 8.5 se incrementa la precipitación con respecto al RCP anterior, principalmente en las áreas que tuvieron valores menores a 400 mm anuales, para tener una superficie similar a las condiciones actuales. En el modelo REA en ambos RCPs hay una disminución de la superficie con algún grado de aptitud en el rango de precipitación definido para este cultivo.

El incremento de la temperatura estimada en los tres modelos reporta un incremento en las áreas con temperatura media anual mayor a 15 °C, así como un incremento a las áreas con temperaturas mayores a 28 °C, por lo que la proporción de las áreas agrícolas sin aptitud para este cultivo asociada con la temperatura sola o en combinación con otras variables como es la precipitación menor a 400 mm anuales o mayor a 1 800 mm anuales, cambia ligeramente de 23.2% en condiciones actuales a 20.94%, 24.68% y 24.31% para el RCP 4.5 y 22.14%, 21.58% y 23.75% para el RCP 8.5, en los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente.

En el modelo GFDL se tiene un incremento en la superficie con algún grado de aptitud por este parámetro en los dos RCPs siendo superior en el RCP 4.5. Para el modelo HADGEM se estima una ligera reducción de la superficie con algún grado de aptitud en el RCP 4.5, mientras que se reporta un ligero incremento para el RCP 8.5. Para el modelo REA los valores para ambos RCPs son similares en la proporción de superficie con algún grado de aptitud.

Trigo de grano (Triticum spp. L.) condiciones actuales

Del total de las tierras agrícolas del país solo 26.95% tienen algún grado de aptitud para el cultivo de trigo bajo condiciones de temporal (Cuadro 6). Los parámetros climáticos que representan restricciones para este cultivo y que definen las áreas agrícolas como no aptas, están en primer lugar la temperatura media anual mayor a 18 °C que sola o en combinación con la precipitación representan 71.79% del total de las tierras agrícolas.

La precipitación como factor limitante para que no sean aptas las tierras agrícolas para este cultivo por tener valores mayores a los 2 000 mm anuales o menores a los 300 mm anuales, sola o en combinación con otros factores representan 32.34% de la superficie agrícola del país. Cabe señalar, que algunas de las regiones productoras de trigo como son las áreas de la planicie costera del pacifico norte en Sonora, el cultivo se desarrolla en invierno y bajo riego.

Escenarios de cambio climático

En el Cuadro 7 se muestran los resultados del grado de aptitud de las tierras agrícolas del país para trigo en condiciones de temporal para los escenarios de cambio climático para los RCP de 4.5 y 8.5 para el horizonte de tiempo lejano (2 070 a 2 099) y aplicando las razones de cambio para los tres modelos generales de circulación atmosférica (MGCA) de este estudio.

En ambos RCP es considerable la disminución de la superficie con algún grado de aptitud para este cultivo, al pasar en condiciones actuales de 26.95% del total de las tierras agrícolas a 15.59%, 17.25% y 16.62% en el RCP 4.5 y a 17.11%, 17.21% y 16.62% en el RCP 8.5, para los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente. Como se aprecia solo en el modelo GFDL hay cambio entre los dos RCPs, con una menor disminución de la superficie con algún grado de aptitud en el RCP 8.5 comparado con el de 4.5. En los otros dos modelos los resultados son similares para las dos RCPs.

El incremento de la temperatura estimada en los tres modelos es el factor dominante en la exclusión de las áreas agrícolas para este cultivo, en donde se estima que la temperatura media anual en áreas con algún grado de aptitud bajo condiciones actuales, estará con valores superiores a los 18 °C que es el límite para considerar algún grado de aptitud, la proporción de las áreas agrícolas sin aptitud para este cultivo asociada con la temperatura sola o en combinación con otras variables como es la precipitación menor a 300 mm anuales, cambia de 71.79%.

En condiciones actuales a 84.1%, 81.31% y 81.15% para el RCP 4.5 y 81.53%, 82.31% y 81.22% para el RCP 8.5, en los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente. Como se observa, la proporción de la superficie que pasa a no apta es similar en los dos RCPs para los modelos HADGEN y REA, en el modelo GFDL es mayor en el RCP 4.5. La proporción de las áreas agrícolas del país que no tendrán aptitud para este cultivo bajo condiciones de temporal derivadas principalmente de la disminución de la precipitación a valores menores a 300 mm anuales o incremento.

En la precipitación a más de 2 000 mm anuales pasan de 32.34% en condiciones actuales a 39.5%, 46.77% y 46.15% en el RCP 4.5 y a 41.93%, 41.64% y 44.98% en el RCP 8.5, para los modelos GFDL, HADGEM y REA, respectivamente. En los tres modelos en el RCP 4.5 se tiene una menor afectación en la superficie con algún grado de aptitud.