Cambio climático y agroclimático para el ciclo otoño-invierno en la región Ciénega de Chapala*

Climatic and agroclimatic change for the fall-winter cycle in the Ciénega region of Chapala

Patricia Zarazúa-Villaseñor^1§, José Ariel Ruiz-Corral², Diego Raymundo González-Eguiarte¹, Hugo Ernesto Flores-López² y José Ron-Parra³

¹ Desarrollo Rural Sustentable. Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias. Universidad de Guadalajara. Carretera Guadalajara-Nogales, km 15.5. (diegonz@cucba.udg.mx). ^§Autora para correspondencia: paty.zarazua@hotmail.com.

³ Departamento Producción Agrícola. Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias. Universidad de Guadalajara. (jron@cucba.udg.mx).

* Recibido: diciembre de 2010
Aceptado: junio de 2011

Resumen

Los objetivos de este trabajo fueron cuantificar la tendencia de variables climáticas para el ciclo otoño-invierno durante el periodo 1961-2006, establecer escenarios climáticos y agroclimáticos futuros, para el ciclo otoño-invierno y evaluar el impacto del cambio climático sobre el desarrollo del trigo en la región Ciénega de Chapala, Jalisco, México. Se utilizaron datos de 10 estaciones climatológicas para analizar el cambio climático con visión retrospectiva, y modelos de circulación general para estimar el cambio climático a futuro. Se aplicó la prueba de homogeneidad normal estándar, para detectar cambio de tendencia en los valores observados. Se generaron los escenarios futuros para cinco parámetros climáticos y cinco agroclimáticos, para evaluar los impactos del cambio climático sobre el trigo. Los resultados mostraron un cambio en la tendencia de las temperaturas máxima y mínima alrededor del año 1983. En los escenarios futuros, la temperatura máxima se incrementará hasta 6.4 °C a finales del siglo XXI, provocando incrementos en temperatura media y oscilación térmica. La temperatura mínima se mantiene entre 9 y 10 °C durante todo el siglo. Se tendrán incrementos en la evapotranspiración, aceleración en la acumulación de unidades calor, incrementos en las temperaturas diurnas y nocturnas y disminución en el número de horas frío. El cultivo de trigo sufrirá condiciones desfavorables para la vernalización y acortamiento en sus etapas fenológicas, por lo que el uso de variedades con menor requerimiento de vernalización y con mayor tolerancia a condiciones cálidas, será una de las medidas de adaptación a seguir para continuar con el trigo en la zona de estudio.

Palabras clave: Triticum spp., escenarios climáticos futuros, fenología del trigo, impacto del cambio climático.

The objectives of this paper were to quantify the trend of the climatic variables for the Autumn-Winter cycle during 1961-2006 periods in order to establish future climatic and agroclimatic scenarios for the Autumn-Winter cycle and to assess the impact of climate change on wheat development in Ciénega region of Chapala, Jalisco, Mexico. The data from 10 weather stations were used to retrospectively analyze the climatic change and general circulation models in order to estimate future climatic change. The standard normal homogeneity test was applied to detect trend changes in the observed values. Future scenarios were generated for five climatic parameters and five agroclimatic parameters, in order to assess climatic change impacts on wheat. The results showed a change in the trend of maximum and minimum temperatures around the year 1983. In future scenarios, the maximum temperature will increase up to 6.4 °C by the end of the XXI century, causing increases in average temperature and temperature variation. The minimum temperature is maintained between 9 and 10 °C throughout the century. Evapotranspiration will increase, there will be acceleration in the heat units' accumulation, day and night temperatures will increase and the number of chilling hours will decrease. Wheat cultivation will suffer unfavorable conditions for vernalization and a shortening of phenological stages, so that the use of varieties with lower vernalization requirements and greater tolerance to hot conditions, will be one adaptation measurement to continue the wheat cultivation in the studied area.

Key words: Triticum spp., future climatic scenarios, impact of climatic change, wheat phenology.

INTRODUCCIÓN

En México, como en la mayoría de los países del mundo, existe una preocupación por el cambio climático y sus posibles impactos sobre el sector productivo primario, debido a que existen aún pocos estudios cuantitativos y documentados enfocados a las áreas agrícolas (Tejeda y Rodríguez, 2007). La mayoría de las iniciativas en México para hacer frente al cambio climático global, están relacionadas con el desarrollo de estrategias enfocadas a la selección de medidas de adaptación y mitigación de los efectos del cambio climático (INE, 2009). Sin embargo, aún queda mucho por investigar con relación al carácter regional y estacional del cambio climático en México, sobre todo para cuantificar los tipos y niveles de modificación climática que han estado experimentando las diferentes regiones agropecuarias del país, con sus consecuentes requerimientos de ajuste de patrones de cultivo y sistemas de producción.

De acuerdo con el cuarto reporte sobre cambio climático global del IPCC (2007), la temperatura superficial promedio se ha incrementado 0.6 ±0.2 °C durante los últimos cien años, y la lluvia se ha incrementado entre 0.2 a 0.3% en las zonas tropicales. Brito et al. (2009) detectaron variaciones en temperaturas máxima y mínima a escala regional. También se han presentado variaciones en los tipos climáticos de algunas zonas, resultando en un impacto regional y local (Zhao et al., 2005).

En México se han desarrollado desde la década de los años ochentas, diversas investigaciones respecto a la tendencia en el cambio climático y sus efectos en actividades productivas, entre ellas la agrícola. Al respecto, Ruiz et al. (2000a y 2000b) informan que para el caso del maíz de temporal en Jalisco, las áreas potenciales para maíz de ciclo intermedio- tardío, se redujeron durante el periodo 1972-1996, no así para variedades de maíz de ciclo intermedio-precoz. Asimismo, tanto la estación de crecimiento para este cultivo en la misma zona como la capacidad térmica, presentan una tendencia a la disminución, configurándose un panorama desfavorable para la agricultura de temporal en esta entidad.

Tejeda y Rodríguez (2007), recomiendan enfocar nuevos proyectos de investigación que permitan establecer políticas de mitigación y de adaptación a este cambio. Varias de las investigaciones ya realizadas se han enfocado al efecto de este cambio sobre la agricultura de temporal, la cual constituye más de 60% de la actividad agrícola de México; sin embargo, una proporción importante de la agricultura se realiza durante el periodo otoño-invierno, 37% de acuerdo con SAGARPA (2009), por lo que esta modalidad de producción también resultaría afectada por el cambio climático global.

Algunos efectos del incremento de temperatura en especies agrícolas, son mencionados por Ramos et al. (2009), quienes entre sus resultados consignan una disminución de la duración del aparato fotosintético y pérdida de viabilidad en polen y estigmas en maíz. En frijol se registran descensos significativos en la captación de CO₂ por el efecto combinado de estrés hídrico y de temperatura; en trigo se presentan efectos negativos en la acumulación de materia seca y proteínas, y de acuerdo con Solís et al. (2004) la temperatura de las etapas reproductivas temprana y tardía influye significativamente sobre el rendimiento de grano.

El presente trabajo se realizó con los objetivos de: a) cuantificar la tendencia de variables climáticas durante el periodo 1961-2006 en la región Ciénega de Chapala, Jalisco, México para el ciclo otoño-invierno; b) establecer escenarios climáticos y agroclimáticos futuros para el ciclo otoño-invierno; y c) evaluar el impacto del cambio climático sobre el desarrollo del cultivo de trigo en esta zona.

MATERIALES Y MÉTODOS

La región Ciénega de Chapala, con una superficie de 4 825 km², se localiza en el centro-este del estado de Jalisco en México, entre los 20° 02' y 20° 41' de latitud norte y 101° 59' y 103° 32' de longitud oeste, alrededor del Lago de Chapala, el lago natural más grande de México. La componen los municipios de Atotonilco el Alto, Ayotlán, Degollado, La Barca, Chapala, Jamay, Jocotepec, Ocotlán, Poncitlán, Tizapán el Alto, Tototlán, Tuxcueca y Zapotlán del Rey. En la zona se presentan dos tipos climáticos de acuerdo con la clasificación Köppen (García, 2004) que son el clima semicálido subhúmedo y el clima templado subhúmedo, cubriendo una superficie de 80% y 20%, respectivamente.

De acuerdo con INEGI (1986), en esta región se presentan los tipos de suelos de clasificación Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y a Alimentación (FAO): Luvisol férrico, Luvisol vértico, Feozem háplico, Feozem lúvico, Vertisol pélico, Vertisol crómico y Litosol. La producción agrícola representa para el estado de Jalisco 23.5% del valor de su producción y ocupa 36% de la superficie total de la región con cosechas de maíz, trigo, hortalizas y legumbres con una producción importante de agave.

Para el presente estudio se analizaron los datos climáticos tomados de 10 estaciones meteorológicas, correspondientes a la Red de Estaciones de la Comisión Nacional del Agua (CNA) en el periodo 1961-2006, y la base de datos de los valores de anomalías de temperatura media y precipitación acumulada mensuales, generada por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM ) (Magaña y Caetano, 2007), mediante un modelo ensamble y con base en el escenario de emisión de gases de efecto invernadero A2 (IPCC, 2007).

Para evaluar el impacto de cambios climáticos sobre el cultivo de trigo (Triticum aestivum), se seleccionaron las variedades comerciales utilizadas en la zona, que son Salamanca S75, Saturno S86, Eneida F94 y Cortázar S94. La etapa siembra-floración dura entre 70 y 80 días, con una acumulación promedio de 1040 UC_Base5, mientras que la etapa siembra-madurez fisiológica tiene una duración entre 110 y 137 días, con una acumulación promedio de 1640 UC_Base5. Estas variedades producen en promedio 6 300 kg ha-¹.

Cuantificación de la tendencia de variables climáticas

Se generaron las variables climáticas de temperatura máxima mensual y anual, temperatura mínima mensual y anual, temperatura media mensual y anual, precipitación acumulada mensual y anual, y oscilación térmica mensual y anual, a partir de los valores diarios de la base de datos de las estaciones CNA. Con los valores anuales de temperatura máxima, mínima y precipitación se procedió a realizar la prueba de detección de ruptura de la serie, con el método standard normal homogeneity test (SNHT) de Alexandersson (Alexandersson y Moberg, 1997), para cada una de las estaciones meteorológicas y para la región Ciénega de Chapala.

Se generaron los escenarios climáticos del ciclo otoño-invierno para los años 2019 a 2090, tomando como serie base la climatología 1977-2006 de valores observados en la base de datos CNA y aplicando los valores de anomalías del modelo de ensamble, bajo el escenario de emisiones A2 generado por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) (Magaña y Caetano, 2007). La estimación de las temperaturas máximas y mínimas mensuales se realizó mediante un modelo trigonométrico (Bowerman, 2007).

Se determinaron para el ciclo otoño-invierno las variables agroclimáticas evapotranspiración potencial con el método Hargreaves (Allen et al., 2006) y ajustado al tanque evaporímetro, temperaturas diurna y nocturna con el método descrito en Ruiz et al. (2003); unidades calor efectivas en el ciclo tomando como temperatura base el valor de 5 °C; porcentaje de lluvia invernal con los valores de precipitación mensual de enero a marzo con relación a la precipitación anual (Ruiz et al., 2004), y número de horas frío con el promedio de los valores obtenidos mediante los métodos de Da Mota y Weinberger (Ortiz, 1987).

Evaluación de impacto del cambio climático sobre el desarrollo del trigo en la zona de estudio.

Para evaluar el impacto del cambio climático sobre la fenología del trigo, se estimaron las variables número de días con efecto de vernalización, esto es con temperatura media entre -5 y 15 °C (McMaster et al., 2008); número de días requeridos para completar la etapa siembra-floración, dado un requerimiento térmico de 1 040 UC_Base5; número de días requeridos para completar el ciclo siembra-madurez fisiológica, dado un requerimiento térmico de 1 640 UC_Base5; número de días con temperatura mínima menor que 5 °C utilizando un modelo Gompertz (Wheldon, 1988); y número de días con temperatura máxima mayor que 25 °C utilizando también un modelo Gompertz.

Se realizó una simulación para estimar el comportamiento de la duración de las etapas fenológicas siembra-floración y floración-madurez fisiológica, considerando las fechas de siembra 1 y 15 de noviembre; 1 y 15 de diciembre y 1 de enero.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cuantificación de la tendencia de variables climáticas en el periodo 1961-2006

Se observaron variaciones para temperatura máxima media y temperatura mínima media, a través de todo el periodo estudiado en la Región Ciénega de Chapala; en los últimos 25 años se manifestó la mayor variación en la tendencia de los datos (Figura 1). Las temperaturas máximas tienden a incrementarse en la última década; en cambio para temperaturas mínimas, mostraron variaciones en todo el periodo, en los últimos años no se detectó tendencia alguna.

En la detección de cambio de tendencia, el método SNHT estableció como punto de ruptura para la temperatura máxima media anual el año 1992 y para la temperatura mínima media anual el año 1982, ambos parámetros fueron altamente significativos (p< 0.05) en la prueba. Esto significa que en los últimos años de la serie analizada, se detecta un cambio de tendencia de las variables térmicas de la zona de estudio. Con respecto a la precipitación no se observaron resultados significativos de punto de ruptura.

Escenarios climáticos y agroclimáticos futuros para el ciclo otoño-invierno en la zona de estudio

El uso del escenario de emisiones de gases de efecto invernadero A2 (IPCC, 2007), aplicado a la climatología 1977-2006, resulta en incrementos más notorios para la temperatura máxima (Figura 2), la cual en la climatología actual tiene un valor de 26.5 °C en el ciclo agrícola otoño-invierno en la zona de estudio, y a finales del siglo XXI se estima llegará a ser de 32.9 °C, esto es un incremento de 6.4 °C. Este incremento impactará de manera directa a la temperatura media y la oscilación térmica, las cuales llegarán a ser de 21.3 °C y 23.2 °C, respectivamente a fines del siglo.

La temperatura mínima no muestra incrementos considerables, manteniéndose en valores anuales entre 9 y 10 °C, similar a los valores actuales para el ciclo otoño-invierno. La precipitación acumulada en este ciclo de cultivo, sin considerar los efectos de "El Niño Oscilación del Sur", muestra una ligera disminución hacia la década 205 0 y a partir de ahí se mantiene en un valor de 5 3 mm. En razón de estos cambios, se verán también afectados varios parámetros agroclimáticos en la región Ciénega de Chapala, cuyos valores actuales y futuros se observan en el Cuadro 1.

La evapotranspiración presentará un incremento, resultado del aumento de las temperaturas; las temperaturas diurnas y nocturnas tenderán al incremento, que afectará las tasas fotosintéticas de las especies vegetales del ciclo otoño-invierno. Se observa un incremento en la acumulación de unidades calor, las cuales fueron calculadas con base 5, por lo que el desarrollo de los cultivos se acelerará. Para este ciclo el adelanto en las fechas de siembra permitiría la disminución de los efectos del incremento de temperaturas en las etapas críticas del cultivo.

Con un ciclo de desarrollo más acelerado, la planta permanecerá menor tiempo en el campo, entonces las necesidades hídricas también se verán afectadas. Al respecto, Ojeda et al. (2011) y Zarazúa et al. (2011), consignan disminuciones en los requerimientos hídricos para cultivos del ciclo otoño-invierno y primavera-verano para fines del siglo XXI. El porcentaje de lluvia invernal no muestra cambios durante todo el siglo.

Si el incremento de las temperaturas traerá una mayor acumulación de unidades calor, también se traducirá en una disminución de las horas-frío; se observa que para la climatología actual, 1977-2006, corresponde un total de 148 h frío acumuladas durante los meses de noviembre a diciembre; para años futuros ese valor disminuirá drásticamente hasta desaparecer para el ciclo otoño-invierno 2039-2040, lo que afectaría a aquellas especies que requieren de cierto tiempo de vernalización. El número de horas frío a partir del ciclo otoño-invierno 2019-2020, se presentará en los meses de diciembre y enero únicamente.

Los efectos negativos de temperaturas invernales altas, generan valores negativos en este parámetro ya que el cálculo comúnmente se realiza con los modelos Da Mota y Weinberger (Ortiz, 1987), los cuales fueron desarrollados para países con clima templado, por lo que al aplicarse en zonas semicálidas y cálidas resulta en valores negativos. Al respecto, Pérez et al. (2008), establecen como mejor modelo para zonas subtropicales el modelo dinámico, el cual considera el efecto de las altas temperaturas.

Evaluación del impacto del cambio climático sobre el desarrollo del trigo en la zona de estudio

Se ha observado en la actualidad que la región Ciénega de Chapala se presentan 15.8 días con estas características en los meses de enero a abril, suponiendo una siembra en la primera quincena de enero, como es común en la zona de estudio. Los escenarios futuros para este parámetro agroclimático estimados mediante un modelo Gompertz ajustado (R²= 0.85), muestran condiciones de restricción debido que la temperatura media experimentará incrementos que superan el límite superior para vernalización, como se observa en la Figura 3.

No se consideraron en estas estimaciones los días en que la temperatura máxima excede 3 0 °C y que al presentarse en el período de vernalización, pueden provocar un retroceso o suspensión del mismo (Brooking, 1996; McMaster et al., 2008). Los resultados obtenidos señalan que en un futuro se requerirá el uso de variedades con una necesidad menor de vernalización, como medida de adaptación al cambio climático.

Para la estimación prospectiva del número de días con temperatura máxima mayor que 25 °C y número de días con temperatura mínima menor que 5 °C de la serie 2007-2099, se utilizaron los modelos ajustados del modelo Gompertz presentados en el Cuadro 2. Para la estimación del número de días con temperatura máxima mayor que 25 °C, se incluyó por el modelo el valor promedio de temperatura máxima en los meses de enero, febrero y marzo. Para el modelo de estimación de número de días con temperatura mínima menor a 5 °C, se incluyó el promedio de la temperatura mínima de los meses de enero y febrero.

El modelo utilizado para estimar el número de días con temperatura máxima mayor que 25 °C, arrojó valores mayores a 180 días en el año 2083 (180.6 días), como se muestra en la Figura 4, cubriendo el total de días que abarcaría este cultivo al sembrarse en enero (el análisis para este cultivo, como se mencionó anteriormente, abarca los meses de enero a junio), por lo que el cultivo ya no sería apropiado para la región bajo estas condiciones térmicas; esto significa que durante el ciclo se presentarían temperaturas máximas mayores que 25 °C, que mantendría bajo estrés calórico al cultivo durante este período, lo que constituye un potencial productivo nulo para esta especie. Los días con temperatura mínima menor que 5 °C, se observa una tendencia estable de 6 días con estas condiciones durante el periodo 2007-2099.

En la Figura 5 se observan las tendencias de las variables fenológicas días siembra-floración (S-F) y días floración-madurez (F-M). Las diferencias entre el valor observado en la climatología 1977-2006 y el estimado para el año 2090, son 16 días menos para el parámetro días S-F y 4 días menos para días F-M; éstos resultados reflejan el impacto que el cambio climático tendría sobre la duración de las etapas fenológicas, a través de una acumulación de unidades calor más acelerada. Así, el ciclo del cultivo de trigo tenderá a reducirse en 20 días a finales del siglo XXI.

Como se aprecia en la Figura 5, conforme avance el siglo, estas dos etapas se van acortando para la misma fecha de siembra (14 de enero); si se llegara a modificar ésta, adelantándola, se tendrían las duraciones mostradas en el Cuadro 3, donde se observa que después del año 2040, se tendrá un acortamiento más marcado en la etapa siembra-floración para cualquiera de las fechas de siembra, en tanto que la etapa floración-madurez fisiológica no mostrará acortamientos significativos.

CONCLUSIONES

La región Ciénega de Chapala muestra un cambio de tendencia significativo durante el periodo 1961-2006, para la temperatura máxima media anual, mínima media anual y media anual; dichos cambios ocurrieron entre 1982 y 2003. La precipitación anual no mostró cambio de tendencia significativo durante el periodo analizado. Los escenarios futuros de la climatología para el ciclo otoño-invierno, muestran tendencias al incremento en la temperatura máxima y un ligero decremento en la precipitación.

La oscilación térmica presentará un incremento en sus valores con una pendiente ligera, indicando que en el futuro se tendrán condiciones térmicas más extremosas que las actuales. Los escenarios futuros de la agroclimatología para el ciclo otoño-invierno de la zona, se ven impactados por las tendencias del clima: la evapotranspiración potencial tiende a incrementarse, que refleja el incremento en las temperaturas máximas; la precipitación no muestra efecto; las unidades calor efectivas de los cultivos serán cubiertas rápidamente por la menor demanda hídrica de las plantas; las horas frío disminuirán, las temperaturas diurnas y nocturnas se verán incrementadas, como respuesta al aumento de temperaturas medias, que impactará en los procesos de fotosíntesis y de respiración en las especies agrícolas; se espera un incremento de días con temperaturas mayores al umbral, provocando que las plantas experimenten mayores lapsos de tiempo bajo estrés térmico.

El trigo de invierno experimentará un acortamiento en las etapas siembra-floración y floración-madurez fisiológica, como respuesta a la rápida acumulación de unidades calor y su desarrollo se verá afectado por la presencia de mayor número de días con temperaturas mayores a la temperatura umbral.

AGRADECIMIENTOS

Este artículo es en parte producto del Proyecto INIFAP 305711 0AF: evaluación de la vulnerabilidad y propuestas de medidas de adaptación a nivel regional de algunos cultivos básicos y frutales ante escenarios de cambio climático.

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