Cambio climático y efectos en la fenología del maíz en el DDR-Toluca*
The effects of climate change on the phenology of corn in the RDD-Toluca
Rebeca Granados Ramírez1§ y Asael Alejandro Sarabia Rodríguez2
1Departamento de Geografía Física, Instituto de Geografía, Universidad Nacional Autónoma de México. Cd. Universitaria, C. P. 04510, Coyoacán, México, D. F. Tel. 01 (55)56224335. Ext. 45477. Fax (01 (55) 56162145. §Autora para correspondencia: rebeca@igg.unam.mx.
]]> 2Posgrado en Geografía, Facultad de Filosofía y Letras, Universidad Nacional Autónoma de México, Cd. Universitaria, C. P. 04510, Coyoacán, México. (albarn_84@hotmail.com).
* Recibido: mayo de 2012
Aceptado: febrero de 2013
Resumen
El cambio climático más probable es el ascenso de la temperatura del aire en promedio de 2 °C; en cuanto a la precipitación pluvial la altercación es mayor, en algunos casos se escenifica una disminución de 40%; sin embargo, es de esperarse que existan regiones donde la precipitación aumente. Estos cambios afectarán ciertos períodos de vida de las plantas cultivadas, situación que repercutirá en la productividad. El trabajo tiene como objetivo analizar las posibles alteraciones que puede traer el cambio climático en la producción de maíz de temporal en el Distrito de Desarrollo Rural de Toluca en el Estado de México. Los resultados obtenidos con el modelo de Cambio Climático Hadley, de los escenarios de emisiones A2 y B2 (horizonte 2050), muestran que las variables temperatura y precipitación tendrán desenlaces negativas en el desarrollo fenológico de maíz, principalmente afectará la floración, misma que puede reducir de manera acentuada la producción.
Palabras clave: Zea mays L.; aumento de temperatura, agricultura de temporal, déficit de agua.
Abstract
]]> The most likely climate change is a rise of 2 °C in average air temperature; with respect to rainfall the projected change is greater, in some cases a 40% decrease; however, it is to be expected that there regions where precipitation increases. These changes will affect certain periods of the life of cultivated plants, a situation that will affect productivity. The aim of this work is to analyze the possible disturbances that can be brought about by climate change in corn production in the Rural Development District of Toluca in the State of Mexico, Mexico. The results obtained with the Hadley Climate model from the emission scenarios A2 and B2 (horizon 2050) show that the temperature and precipitation variables will have negative effects in the phenological development of corn, mainly affecting flowering, which could significantly decrease production.Key words: Zea mays L.; temperature increse, dryland agriculture, water deficit.
Introducción
Las plantas como seres vivos, se consideran como aparatos meteorológicos registradores, sensibles a diversos elementos del clima. La fenología estudia la secuencia temporal de las distintas fases periódicos de las plantas y sus relaciones con el clima y el tiempo atmosférico; fases como: aparición de las primeras hojas, floración, maduración de los frutos, etc., tienen relación con las condiciones prevalecientes de temperatura y la oportuna cantidad de precipitación (Taiz y Zeiger, 2006; Villers et al, 2009).
Así se tiene que cada planta presenta límites mínimos, óptimos y máximos; algunas son susceptibles a las temperaturas altas en las primeras fases fenológicas y posteriormente pueden resistir altas temperaturas, otras suspenden funciones al estar en condiciones de bajas temperaturas. Igualmente la oportuna cantidad de agua es vital; una precipitación excesiva en las primeras fases de vida es perjudicial por afectar los retoños, si está es acompañada de granizo y se presenta durante la floración y fructificación causará bajas en la producción. Contrariamente se pueden presentar condiciones de sequía, con lo cual, los cultivos manifiestan cambios en la acumulación de biomasa, en los procesos de asimilación primaria, entre otros y finalmente en el rendimiento (Taiz y Zeiger, 2006).
Dentro de las fases fenológicas de las plantas, se reconoce la sensibilidad e importancia que poseen la floración y desarrollo del fruto a los cambios climáticos (Bradley et al, 1999; Beaubien y Freeland, 2000; Peñuelas y Filella, 2001).
Ahora bien, respecto al cambio climático éste se entiende como un cambio del clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana y que se suma a la variabilidad natural (Sánchez-Cohen et al, 2011). Las últimas evaluaciones del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC por sus siglas en inglés) presentadas en el Cuarto Reporte de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (AR4 por sus siglas en inglés) argumentan que es un fenómeno inequívoco cuyo aumento ha sido de 1 °C respecto a las temperaturas registradas en 1850 (Gay et al, 2010).
Sus efectos son irreversibles en diversos sistemas naturales y sugieren que a finales del siglo XXI el incremento en la temperatura del planeta con mayor probabilidad será de entre 2 a 5 °C; el nivel del mar podría registrar un aumento de 28 a 43 centímetros y posiblemente se observarán cambios importantes en los patrones de precipitación y en los eventos climáticos extremos; finalmente el cambio climático ya está teniendo una influencia indiscutible sobre muchos de los sistemas biológicos (Peñuelas y Filella, 2001; Villers et al, 2009;Sánchezetal, 2011).
Hasta ahora el incremento de la temperatura media parece muy leve, pero ha conllevado a una respuesta del reino vegetal; los cambios y evidencias producto de estas variaciones, han sido investigadas y reportadas en las contribuciones de los grupos de trabajo del (AR4) (Rosenzweig et al, 2007). Por otro lado, Ruiz et al. (2000) resaltan que los agrosistemas más sensibles a los cambios de los elementos del clima son los sistemas en condiciones de temporal; además Conde et al. (2004) consideran que esta actividad se encuentra sumamente vulnerable, sobre todo en los países en desarrollo. Los impactos reportados son tanto, en los ciclos estacionales (duración del periodo de crecimiento e inicio del periodo de crecimiento) y de la vida (etapas fenológicas) que incluyen retención o caída prematura de las hojas, cambios en las fechas de floración y maduración o cosecha (Bradley et al, 1999; Beaubien y Freeland, 2000).
]]> En términos generales el cambio climático es un tema que causa gran preocupación; algunas evaluaciones de los posibles efectos, particularmente en las fases fenológicas y áreas potenciales del maíz en México, han sido subrayadas por (Conde et al, 1997; Ruiz et al., 2000; Alvarado et al, 2002; Conde et al, 2007). Mismos que sugieren impactos en los rendimientos y reducciones en las superficies aptas.Dada laimportancia del maíz (Zeamays L.) y su vulnerabilidad a las variaciones de los elementos del clima, el objetivo del trabajo fue realizar un análisis de las posibles alteraciones que puede traer consigo el cambio climático, particularmente las fluctuaciones en verano de la temperatura y precipitación; además de sus repercusiones en la fenología del maíz de temporal en el Distrito de Desarrollo Rural (DDR- Toluca) en el Estado de México. Se asume que para un futuro los requerimientos agroclimáticos de diversas fases fenológicas del maíz no serán satisfechos.
Materiales y métodos
Respecto al área en estudio es importante mencionar que el Estado de México en 2010 reportó una superficie agrícola de 622 529.86 hectáreas, de las cuales 74.4% fueron ocupadas con maíz grano. Uno de los distritos que sobresalen por sus extensas superficies sembradas es el DDR-Toluca, con 112 720.49 ha. Las variedades de maíz blanco cultivadas en el distrito son: H-23, 28, 30, 33 y 34, cuya duración del periodo de crecimiento (DPC) oscila entre 160-170 días y las fechas de siembra recomendada son del 20 de abril al 31 de mayo y a partir del 1 de octubre se inician la cosecha hasta el 15 de diciembre.
Se recopiló información mediante entrevistas a productores de comunidades pertenecientes al distrito de Toluca que sirvieron para corroborar el manejo de las variedades, fechas regulares de siembra y conocer la percepción de las variaciones de la temperatura y precipitación en los últimos años y la afectación en sus cultivos.
Con información bibliográfica se integraron los niveles de aptitud y potencial productivo del maíz, mismos que se resumen en el (Cuadro 1), y los requerimientos (mínimos, óptimos y máximos) por fase fenológica en el (Cuadro 2).
Se obtuvieron las anomalías de temperaturas y las posibles fluctuaciones de precipitación del Modelo de Circulación General (MCG) Hadley tomadas de Conde et al. (2008) y el Canadian Climate Center del Model Boer et al. (1992) de todos ellos en forma mensual, y bajo el escenarios con énfasis regional: A2, el cual considera incrementos en gases de efecto invernadero (GEI) de 850 partes por millón (ppm), resultado de escasas o nulas políticas ambientales y B2 proyecta emisiones de 620 ppm resultado de normas enfocadas al desarrollo sustentable Nakicenovic et al. (2000); ambos escenarios estimados para el 2050; fueron ordenados por ciclo agrícola y fase fenológica, para su análisis correspondiente.
Para conocer las condiciones climáticas normales y los cambios esperados a 2050, se realizó la construcción de gráficas y diagramas ombrotérmicos, representando las cinco fases fenológicas más ampliamente manejadas por los agricultores y expertos en los estudios del maíz (germinación, crecimiento vegetativo, floración, formación del fruto: estado masoso y lechoso y finalmente madurez) tanto de información de la estación meteorológica Calixtlahuaca (15203), localizada en la zona en estudio, como del escenario base y los cambios proyectados a 2050.
Los diagramas ombrotérmicos definen distintas condiciones de eficiencia de la humedad respecto a la variación de la temperatura; la intersección de las curvas de temperatura y precipitación forman los polígonos: déficit hídrico, mismo que refiere al área que representa un aporte de lluvia suficiente para mantener húmedo el suelo; condición húmeda, área que constituye el aporte de lluvia entre 60 y 100 mm, lo cual mantiene el suelo húmedo y libre de estrés a una planta y superávit es la cantidad de lluvia recibida por encima de los 100 mm y que rebasa la capacidad de campo. Para la construcción del diagrama, se utilizó la fórmula p= 2t + 28 propuesta por García et al. (1983), ya que en esta zona existe un régimen de lluvias de verano.
]]>Resultados
Escenario base
En verano las condiciones de temperatura mínima en el DDR-Toluca oscilaron entre los 5.7 y 8.4 °C, valores térmicos inferiores a los parámetros óptimos, ya que los requeridos por el cereal en cualquier fase de crecimiento, debe ser mayor a 10 °C. Las temperaturas máximas fueron entre 19.1 y 22.5 °C, registros que se encontraron dentro y muy cercanos a las temperaturas para el buen desarrollo de los estadios del maíz (Cuadro 3).
Las condiciones ombrotérmicas normales en verano reportaron una temperatura media mensual entre 13.1 y 14.8 °C; y en relación a la precipitación fueron 701 mm, mismos que representaron 88% de la precipitación total anual. Mayo alcanzó condición húmeda por lo que el suelo no representó peligro de estrés para iniciarse la siembra y propiciar la germinación, es la temporada en que generalmente inicia el ciclo agrícola en el DDR-Toluca y zonas aledañas. Las condiciones de humedad con superávit fueron de junio a septiembre; las cantidades y oportunas lluvias se presentaron adecuadamente en cada fase (Figura 1).
La intersección de la información climática histórica y los requerimientos termopluviométricos del cultivo, dieron como resultado que el maíz de temporal del distrito se halle bajo el tipo de aptitud marginalmente apta (mA) y potencial productivo medio; con esta categorización el DDR-Toluca reportó una tasa media anual de crecimiento (TMAC) de 1996 a 2010 de 1.9% y rendimiento promedio de 4.6 t ha-1 de maíz. Particularmente en 1996 y 2009 se presentaron reducción de precipitación en la época caliente (sequía intraestiva) cuantificada entre 15-20%, misma que se registro en julio y agosto, causando reducción en los rendimientos.
Modelo Hadley, escenario A2 horizonte 2050
]]> Las salidas de este modelo simularon los incrementos de temperatura y los porcentajes de precipitación ante la duplicación del CO2 en la atmósfera. Respecto a la temperatura media reportó un aumento de 1.3 °C, mismo que presentó variaciones mes a mes. En general la fecha de siembra en el distrito agrícola de Toluca se ha realizado entre el 20 de abril y 31 de mayo, los requerimientos óptimos de temperatura media en esta fase fenológica deben oscilar entre 20 a 25 °C, y una mínima de 10 °C. En el escenario base se reportó una temperatura de 14.8 °C en mayo; en cuanto a la proyección en el escenario A2 del modelo Hadley reportó 16.1 °C, este aumento beneficiará al cultivo del maíz al aproximarse los 20 °C, que es el valor de temperatura que se encuentra dentro de los requerimientos óptimos para el cereal en ésta fase fenológica.El crecimiento vegetativo se presenta en junio y julio; en el escenario de referencia se reportó una temperatura media de 14.5 y 13.6 y °C respectivamente, estas se consideran poco favorables para el desarrollo de la planta en esta fase fenológica, ya que la temperatura mínima recomendable es ≥ 15 °C, sin embargo, con las proyecciones del escenario A2 se tendría un incremento, la temperatura media escenificada será de 15.9 y 14.9 °C respectivamente, este incremento favorecerá de manera importante el crecimiento de la planta.
La fase fenológicade floración se ha presentado generalmente en agosto, en esta etapa la temperatura óptima recomendada oscila entre 20 - 30 °C, el aumento reportado ascendió en 1.3 °C con respecto a la normal, por tanto el valor absoluto será 15 °C, aún cuando se presente este incremento en 2050, no será suficiente para encontrarse dentro de los niveles óptimos térmicos. La formación de fruto, tanto en su estado lechoso y masoso, es la fase fenológica que requiere un mayor número de días para desarrollarse, entre 35 y 45 días, se presenta entre agosto y septiembre, cuyos requerimientos oscilan entre 20 - 30 °C, aún cuando existieran los aumento y se escenifiquen temperaturas de 15.0 y 14.7 °C en dichos meses, estos no se encontrarían dentro de los niveles recomendables.
La fase fenológica de madurez en el DDR-Toluca se ha desarrollado generalmente en octubre, las necesidades deben ser entre 20 - 30 °C, sin embargo, aún cuando se proyecta un incremento de temperatura de 1.5 °C para 2050, situándose en los 15 °C, este aún se encontrará lejos de los niveles óptimos reportados (Figura 2).
En cuanto a temperaturas mínimas se espera un aumento de 2.5 °C y en las máximas 2 °C, mismas que no alcanzarán los valores óptimos requeridos, pero serán positivos, por un lado, alejaría la zona de las heladas y otro beneficiaría el desarrollo de las fases fenológicas del cultivo del maíz.
Las condiciones de humedad en este escenario muestran que en 2050 existirá aumento de precipitación fundamentalmente en verano que representó 93% respecto a la total. El diagrama ombrotérmico para este escenario (Figura 3) muestra que entre abril y mayo se presenta el polígono de condición húmeda, mismo que es propicio para la siembra y proliferación de la germinación del maíz. Igualmente se escenifica humedad suficiente para el crecimiento vegetativo de este cereal, posteriormente se representan cuatro meses catalogados como superávit, dentro de éstos en la fase de floración (julio) se muestra una reducción de la precipitación (sequía) < 10%.
Modelo Hadley, escenario B2 horizonte 2050
]]> En cuanto a la temperatura media en el escenario B2 se escenifica un aumento de 1.4 °C, los mayores incrementos de temperatura se presentarían durante el invierno. Los valores para el ciclo agrícola primavera-verano, son muy similares a los resultados obtenidos en el escenario A2, con tan sólo una diferencia <0.5 °C. Por otro lado se escenifica un aumento de la temperatura mínima desde la primavera hasta el verano de 2.2 °C, en cuanto a la máxima se estimó un ascenso de 2.3 °C. El incremento proyectado por fases muestra que las temperaturas se ubicarán cercanas a los parámetros térmicos recomendados.Los niveles pluviométricos simulados para el ciclo agrícola primavera-verano serán de 907.3 mm, lo que representaría un aumento de 114 mm con respecto al escenario base. Sin embargo, al analizar la distribución por fases y niveles de humedad, mediante el diagrama ombrotérmico (Figura 4) se muestra la presencia de cuatro meses de superávit de humedad, correspondiente a precipitaciones mayores a 100 mm. Dentro de éste se ejemplifica reducción de precipitación en la floración y un aumento en el estadio de formación de grano.
Discusión
Investigaciones realizadas a nivel nacional de esta temática concluyen que una gran extensión del territorio mexicano se está calentando, siendo mayor en el noreste de México; sin embargo, pequeñas porciones del territorio nacional ligeramente se están enfriando (Gay et al, 2010). En los estudios realizados de impactos en la agricultura por el cambio climático Conde et al. (1997); Flores et al. (2000) han sugerido que existe mayor vulnerabilidad en la agricultura de maíz de temporal, decrementos en las superficies aptas y reducciones en rendimientos. En tanto Monterroso et al. (2011) al comparar diversos modelos sugiere que a nivel nacional se simula que la temperatura y la precipitación aumentará en su mayor parte del año, por tanto aumentan los niveles de evapotranspiración potencial; mientras que los resultados obtenidos con Hadley, indicaron que la temperatura aumentará en todo el país, mientras que la precipitación aumentará también en algunos lugares y disminuirá considerablemente en otros; el aumento de temperatura también será responsable de los niveles mayores de evapotranspiración.
Son relevantes las contribuciones realizadas en torno al cambio climático a nivel nacional e igualmente importante es realizar estudios más concretos, ya que las adaptaciones sugeridas por los impactos futuros, no son aplicables a escala nacional y a nivel generalizado de cultivos.
Particularmente el modelo Hadley tanto los escenarios A2 y B2 aplicado para este estudio, mostraron que los incrementos simulados en temperatura serán beneficiosos para el cultivo; concretamente al aumentar las temperaturas mínimas en verano alejaría del peligro de las heladas a la zona; mismas que siniestran frecuentemente los cultivos de temporal en este distrito y en general el centro del país.
Por otro lado, el aumento de precipitación que se proyecta serán mínima, por tanto, el aumento en los niveles de evapotranspiración serán minúsculos, no se presentaron fuertes cambios en los polígonos de condición húmeda y superávit; en caso de las reducciones proyectadas en la fase de floración en ambos escenarios puede afectar la producción, pero mediante el buen manejo del cultivo en la fase susceptibles, pueden reducir los daños y posibles impactos en los rendimientos. Igualmente el aumento de precipitación, en el estado de formación de grano que se escenifican en el escenario B2, puede causar bajas en la producción, mismo que puede atenuarse mediante la aplicación oportuna de prácticas agrícolas.
]]> El análisis realizado en primer lugar evidencio que en las condiciones normales de temperatura y precipitación, la zona está lejos de ser catalogada como muy apta (MA) para el cultivo del maíz, se le ubicó como marginalmente apta mA, principalmente por las condiciones templadas que prevalecen en la zona. Por otro lado, los aumentos escenificados en la temperatura tenderán a mejor las condiciones térmicas.
Conclusiones
Los ciclos biológicos de los organismos están íntimamente relacionados con las condiciones ambientales en que se desarrollan, por tanto, es evidente que pueden verse afectados por el cambio de temperatura y precipitación futuras.
Los requerimientos térmicos óptimos del cultivo del maíz, son ligeramente más elevados a los existentes en el DDR-Toluca aún con los aumentos esperados en 2050, en tanto la precipitación ésta dentro de los niveles hídricos sugeridos y presenta una distribución favorable para el buen desarrollo del cultivo.
Las temperatura media, mínima y máxima y precipitación del escenario de emisiones A2 y B2 modelo Hadley año 2050 fueron comparadas con los requerimientos termopluviometricos del maíz, lo que sugiere que el aumento de la temperatura esperado favorecerá en general todas las fases fenológicas de maíz, mientras que la escasez de agua en la fase fenológica de floración, así como excedente agua en el estado lechoso-masoso, podría provocar el desarrollo de plaga y enfermedades que impactarán en la producción.
Es importante conocer las anomalías que presentará la temperatura y precipitación ante el cambio climático: para que los investigadores encargados del mejoramiento genético y obtención de nuevas variedades, consideren que las futuras variedades deben poseer mayores límites de tolerancia y para los productores quienes pueden aplicar algunas medidas de adaptación tales como: mejoras en el manejo del cultivo, cambio de variedades empleadas, conversión y diversificación de cultivos; mismas que coadyuvaran en mejorar sus ingresos.
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