Efecto del cambio climático en la acumulación de frío en la región manzanera de Chihuahua*

Effect of climate change on cold accumulation in the apple producing region of Chihuahua

Guillermo Medina-García^1§, José Ariel Ruiz-Corral², Manuel Rafael Ramírez-Legarreta³ y Gabriel Díaz Padilla⁴

¹ Campo Experimental Zacatecas. INIFAP. Carretera Zacatecas-Fresnillo, km 24.5. Calera, Zacatecas, México. C. P. 98600. Tel. 01 478 9850198. ^§Autor de correspondencia: medina.guillermo@inifap.gob.mx.

³ Campo Experimental Sierra de Chihuahua. INIFAP. Hidalgo 1213. Colonia centro, Ciudad Cuauhtémoc, Chihuahua, México.

⁴ Campo Experimental Cotaxtla. INIFAP. Carretera Veracruz-Córdoba, km 34.5. Medellín de Bravo, Veracruz, México.

* Recibido: diciembre de 2010
Aceptado: junio de 2011

Resumen

La región manzanera del estado de Chihuahua es la más importante en México con 40.8% de la superficie plantada, las principales variedades que se cultivan son Golden Delicious y Red Delicious. A nivel mundial es aceptado que la Tierra está experimentando un fenómeno de calentamiento atmosférico global y que ha sido consecuencia del aumento en la concentración de los llamados "gases de efecto invernadero". Se realizó un análisis retrospectivo con series de datos históricos del área de estudio, para ello se utilizaron anomalías de temperatura para el periodo 2011-2060, estimadas con un ensamble de 10 modelos de circulación general, para generar mapas de temperatura futura a partir de la climatología de referencia 1961-2003. A partir de estos mapas de temperatura se obtuvieron mapas de unidades frío para cinco escenarios futuros. El análisis retrospectivo mostró tendencia significativa de la disminución de las unidades frío en el periodo invernal. Con los escenarios futuros de la acumulación de unidades frío, se cuantificó la disminución promedio de las unidades, así como la disminución de la superficie con mayor acumulación de frío y el aumento de áreas con menor acumulación de frío en la región manzanera. Estos resultados evidencian el impacto de la variación del clima regional sobre el desarrollo del manzano en las últimas décadas, lo que señala la necesidad de medidas de adaptación. En este sentido se sugiere la aplicación de compensadores de frío, cambiar a variedades con menor requerimiento de frío y las plantaciones a zonas con mayor acumulación de frío.

Palabras clave: calentamiento global, Chihuahua, manzano, unidades frío.

Abstract

The apple producing region of Chihuahua is the most important in Mexico, with 40.8% of the planted area; the main grown varieties are Golden Delicious and Red Delicious. Globally it is accepted that the Earth is experiencing a global warming phenomenon and it has been the result of increased concentration of the so-called "greenhouse gases". A retrospective analysis was performed using historical data series for the studied area, for this purpose, temperature anomalies for the period 2011-2060 were used, they were estimated from an ensemble of 10 general circulation models, in order to generate future temperature maps from the 1961-2003 reference climatology. From these temperature maps, chilling units' maps were obtained for five future scenarios. The retrospective analysis showed a significant trend of decreasing cold units during the Winter. Using future scenarios of the cold units' accumulation, the units' average decline was quantified, as well as the decrease of the surface with greater accumulation of cold and increased areas of low cold accumulation in the apple producer region. These results demonstrate the impact of regional climate variability on the development of apple trees in recent decades, indicating the need for adaptation measures. In this regard, it is suggested the application of cold compensators, switching to varieties with lower chilling requirements and to move plantations to areas with greater accumulation of cold.

Key words: apple trees, Chihuahua, cold units, global warming.

INTRODUCCIÓN

El cambio climático global implica perturbaciones en la temperatura, en la precipitación, nubosidad y todos los elementos del sistema atmosférico. A nivel mundial es aceptado actualmente que el planeta Tierra está experimentando un fenómeno de calentamiento atmosférico global. El IPCC (2007) señala que la temperatura promedio se ha incrementado 0.6 ±0.2 °C durante los últimos cien años y ha sido consecuencia del aumento en la concentración atmosférica de los llamados "gases de efecto invernadero".

A nivel global las décadas de 1990 y 2000 han sido las más cálidas. Es notable el periodo entre 1910-1945 con un incremento de temperatura global de 0.14 °C y el periodo de 1976-1999 con un acrecentamiento de temperatura de 0.17 °C (Salinger, 2005; Jones et al., 2009).

Se han realizado estudios en diferentes regiones del planeta para conocer las tendencias de temperatura y determinar sus diferencias con respecto a la climatología actual, utilizando series de 3 0 años para que disminuyan errores sistemáticos y que permitan detectar variaciones pequeñas en temperaturas (Leroy, 1999), dichas diferencias son conocidas como anomalías.

En lo que respecta a las anomalías de temperatura de manera estacional, todas las estaciones muestran un calentamiento general desde mediados de los 70's (Jones et al., 2009). Esta tendencia ha alargado el período libre de heladas en varias regiones de latitudes medias y altas, observando una disminución de 10% en el número de días con helada a nivel global (Salinger, 2005).

Debido que la temperatura es afectada por diversos factores entre los que se encuentran la altitud, la cercanía del mar y el albedo que varía de acuerdo a tipo de suelo y cubierta vegetal, a escala regional se encuentran ciertas variaciones con respecto a la escala global (Garduño, 1994). Estas variaciones afectan tanto a nivel temporal, como es el caso de temperaturas invernales (Enfield y Mestas-Núñez, 1999; Pezzuli et al., 2005), lo cual se refleja en el cálculo de unidades frío.

En México, como en la mayoría de los países del mundo, existe preocupación por el cambio climático y sus posibles impactos sobre el sector productivo primario. El INE (2009) establece que en el país, para el periodo 2010-2030 la temperatura media anual puede variar de 0.5 ±0.5 °C a 1.3 ±0.8 ºC, de 2040 a 2060 de 1.3 ±0.3 ºC a 2.3 ±1 °C y de 2070 a 2090 de 2.5 ±0.3 ºC a 3.5 ±1.3 °C.

Las tendencias observadas a nivel regional presentan diferentes patrones aún a escala local, tal es el caso de un estudio realizado en el estado de Nuevo León, donde Herrera et al. (2009), detectaron incrementos en las temperaturas máximas extremas de 0.5 °C a 1.08 °C en algunas partes del estado, mientras que en otras zonas de la entidad se detectaron decrementos. De la misma manera Brito et al. (2009), en un estudio para localizar tendencias de temperatura máxima y mínima en Zacatecas, encontraron también patrones opuestos en diferentes partes del estado. Variaciones similares de acuerdo a la zona, se encontraron en la cuenca del Lago de Cuitzeo en Michoacán (Carlón y Mendoza, 2007).

No obstante que se han realizado diversos estudios, 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 en las diferentes regiones agropecuarias del país, con sus consecuentes requerimientos de ajuste de patrones de cultivo y sistemas de producción (INE, 2009).

Magaña y Caetano (2007) utilizaron un ensamble de 10 modelos de circulación general, para generar escenarios de cambio climático en México con reducción de escala global a regional y considerando los escenarios de emisiones A1B, A2, B1 y COMMIT. La cuadrícula resultante de este proceso es de 50 km*50 km y con una resolución temporal mensual.

En México, la superficie promedio de los últimos 10 años plantada con manzano asciende a 61 764 ha (SIACON, 2010), con una producción de 509 285 t. Los principales estados productores de manzana de México son Chihuahua (40.8%), Durango (18.0%) y Coahuila (11.7%), lo cual representa 70.6% de la superficie plantada y 84.2% de la producción nacional. Los cultivares con mayor superficie sembrada son Golden Delicious (60%) y Red Delicious (30%) (Parra et al., 2008).

El proceso de reposo en frutales de clima templado es una característica que inhibe el crecimiento, el cual sólo puede terminarse si la yema es expuesta a bajas temperaturas por determinado tiempo (Díaz-Montenegro, 1987). Lo anterior se denomina acumulación de frío invernal. La mayoría de las variedades de manzano requieren de 800 a 200 unidades frío (UF) durante el periodo invernal, Red Delicious requiere 700 a 800 UF y Golden Delicious 800 a 1 000 UF (Ashcroft et al., 1977). La problemática de la acumulación de frío invernal en las regiones productoras de manzano de Chihuahua, ha sido reportada desde los inviernos de 1992 a 1999 (Ramírez-Legarreta et al., 2008).

Con el fin de lograr una adecuada planeación del desarrollo agrícola a corto y mediano plazo en una región, es necesario estimar en escenarios climáticos futuros, la disponibilidad de recursos agroclimáticos, entre ellos la acumulación de frío, para contar con suficiente información y poder diseñar e implementar medidas de adaptación que eviten o minimicen en lo posible los impactos negativos del cambio climático.

El estudio se llevó a cabo en la región manzanera del estado de Chihuahua, México, que se encuentra entre los 108° 06' 36" y 106° 28' 48" de longitud oeste y 28° 00' 00" y 29° 34' 12" de latitud norte, la cual comprende los municipios de Namiquipa, Bachiniva, Cuauhtémoc, Guerrero y Cusihuiriachi (Figura 1).

La primera parte del estudio consistió en realizar un análisis retrospectivo para determinar si realmente en la región de estudio se está registrando un cambio en la temperatura. Para ello se seleccionaron seis estaciones de la Comisión Nacional del Agua (CNA) con el mayor número posible de datos y ubicadas dentro de la región manzanera del estado de Chihuahua. Con los datos diarios de temperatura se estimaron las unidades frío (UF) de octubre a marzo para los años de la serie, para ello se utilizó el programa SICA (Medina et al., 2004), el cual utiliza la metodología propuesta por Richardson et al. (1974).

Con los datos de UF de la serie histórica de las estaciones, se estimaron promedios móviles con periodos de 30 años, tal como lo recomienda la organización meteorológica mundial (WMO, 1983). Con los promedios móviles resultantes se estimaron modelos de regresión para determinar si la tendencia de cambio de la temperatura es significativa, esto es, si la pendiente del modelo es diferente de cero (White et al., 2007).

La segunda parte del estudio consistió en la estimación de los escenarios climáticos futuros en la región de estudio, para ello se utilizó la base de datos de anomalías mensuales de temperatura media obtenidas del modelo ensamble (10 modelos globales de circulación general) para el escenario de emisiones de gases de efecto invernadero A2 (IPCC, 2007), elaborado por Magaña y Caetano (2007). Se obtuvieron valores de anomalías de temperatura media mensual a nivel nacional de los años 2000 a 2099.

Las características más distintivas del escenario A2 son la autosuficiencia y la conservación de las identidades locales. Las pautas de fertilidad en el conjunto de las regiones convergen muy lentamente, con lo que se obtiene una población mundial en continuo crecimiento. El desarrollo económico está orientado básicamente a las regiones, y el crecimiento económico por habitante así como el cambio tecnológico están más fragmentados y son más lentos que en otras líneas evolutivas.

Posteriormente, se tomó como climatología actual de referencia la correspondiente al Sistema de Información Ambiental (SIA) del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) correspondiente al periodo 1961-2003 (Ruiz et al., 2003), la cual se trabajó en formato raster, sumándole algebraicamente las anomalías futuras estimadas por Magaña y Caetano (2007). Se calcularon los valores de temperatura media mensual para los años 2011 a 2060, mediante la expresión: Temperatura media (en el año n)= temperatura (1961-2003) + anomalía de temperatura (en el año n).

Una vez que se estimaron las temperaturas medias mensuales para cada uno de los años 2011 a 2060, se obtuvieron las temperaturas medias mensuales para los cinco escenarios futuros: 2011-2020, 2021-2030, 2031-2040, 2041-2050 y 2051-2060 (Ruiz et al., 2010). Para cada uno de estos cinco escenarios se estimaron las temperaturas mínimas para los meses de octubre a marzo mediante modelos de regresión del SIA e INIFAP, a partir de la temperatura media y la oscilación térmica.

Con los promedios históricos normales (1961-2003) de los meses de octubre a marzo, de temperatura media, temperatura mínima, temperatura máxima, latitud, altitud y UF de 1 970 estaciones de la CNA, se desarrollaron modelos de regresión con la opción de seleccionar variables significativas (Forward) con el programa SAS (SAS, 2009) para cada uno de los meses, considerando a las UF como variable dependiente. Con los modelos obtenidos se generaron mapas de UF a partir de los mapas de temperatura del SIA e INIFAP, los modelos se aplicaron con el SIG Idrisi (Eastman, 2006).

Después que se obtuvieron los mapas de UF de la climatología actual y en los cinco escenarios futuros, se obtuvieron de esos mapas los promedios mensuales de UF en las áreas agrícolas más importantes de los cinco municipios que comprenden la región manzanera (Figura 2); dentro de esas áreas agrícolas se localizan las huertas de manzano, no significa que todas las áreas agrícolas están plantadas con éste frutal. También se clasificaron los mapas de UF en rangos cada 100 unidades y se obtuvo el número de hectáreas de cada rango en las áreas agrícolas de la región manzanera en los diferentes escenarios.

Finalmente, de acuerdo con los resultados obtenidos, se proponen algunas medidas de adaptación a los escenarios climáticos estudiados en la región manzanera del estado de Chihuahua.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El análisis retrospectivo realizado mediante la estimación de promedios móviles de periodos de 30 años, muestra la tendencia de las unidades fríos acumulados en los meses de octubre a marzo, en cada una de las seis estaciones seleccionadas en la región de estudio (Figura 3). Se observa como las líneas en la gráfica tienen una tendencia a la disminución en la cantidad de frío acumulado.

Los modelos de regresión obtenidos con los promedios móviles de los periodos de 30 años, se presentan en el Cuadro 1. Todas las pendientes de los modelos resultaron negativas significativamente (p< 0.05), excepto en la estación Bachiniva (p< 0.1), y cumplieron el supuesto que la pendiente debe ser estadísticamente diferente de cero para tomar como válida la tendencia (White et al., 2007) de la disminución de las UF en la región de estudio.

Los modelos de regresión obtenidos con los promedios históricos normales (1961-2003), para cada uno de los meses de octubre a marzo, considerando a las UF como variable dependiente, se presentan en el Cuadro 2. En todos los meses las variables que fueron seleccionadas como variables independientes estadísticamente significativas (SAS, 2009), fueron la temperatura media y la temperatura media mínima, resultando modelos cúbicos. También se seleccionaron los modelos con el menor valor de la suma de cuadrados de los residuales. En todos los casos el valor de R² fue superior a 0.9, lo cual significa que son modelos predictivos aceptables.

La aplicación de los modelos de regresión con los escenarios climáticos actual y futuros, se ejecutó con el SIG Idrisi (Eastman, 2006), produciendo los mapas de UF acumuladas para el periodo de octubre a marzo que se muestran en la Figura 4. Conforme se avanza hacia el futuro en los escenarios, disminuye el área de los intervalos con mayor cantidad de frío, como son los rangos 701 a 800, 801 a 900, 901 a 1 000 y >1 000 UF, en cambio el área de los intervalos con menor cantidad de UF, como son los rangos entre 401 y 700 UF aumenta, lo cual indica que disminuye la cantidad de frío acumulado en el periodo invernal. Estos resultados coinciden con lo reportado por Jindal y Mankotia (2004).

Al mismo tiempo que se obtuvieron los mapas de los escenarios futuros para todo el periodo invernal, se estimaron los promedios mensuales de UF, pero únicamente en las áreas agrícolas más importantes de la región manzanera (Figura 2). Los resultados se presentan en el Cuadro 3, ahí se observa que en la climatología actual el promedio de UF acumuladas en el periodo invernal es de 786.9 y conforme se avanza hacia los escenarios futuros, ésta cantidad disminuye hasta ser de sólo 599.6 en el escenario 2051-2060; es decir, una disminución de 187.3 UF. Resultados similares en la disminución de la cantidad de frío han sido reportados por otros autores (Jindal y Mankotia, 2004; Yu et al., 2010).

En la región manzanera de Chihuahua las variedades con mayor superficie plantada son Golden Delicious (60%) y Red Delicious (30%) (Parra et al., 2008), las cuales requieren 800 a 1 000 y 700 a 800 UF, respectivamente (Ashcroft et al., 1977). De acuerdo con los resultados del Cuadro 3, en el periodo 1961-2003 en promedio se acumula el frío suficiente para Red Delicious, pero no para Golden Delicious; sin embargo, esto es un promedio, lo cual no significa que todos los años sean así. En los escenarios futuros, el frío acumulado en promedio en el periodo invernal, disminuirá hasta el punto en que durante el periodo 2031-2040 las UF acumuladas promedio descenderán por debajo de 700, lo cual no será suficiente para ninguna de las dos variedades.

También en el Cuadro 3 los resultados indican que los meses de marzo y noviembre, tendrán una mayor disminución en la cantidad acumulada de frío; de tal manera, que para el escenario 2051-2060 prácticamente sólo en los meses de diciembre, enero y febrero habrá acumulación de frío. El mes de octubre no se reporta debido a que resultó con cero acumulación de frío.

En los primeros cuatro rangos, de 3 01 a 700 UF, conforme se avanza en los escenarios a futuro, la cantidad de superficie aumenta; es decir, el área aumenta pero no el frío ya que son rangos con pocas UF, por lo que aumenta la superficie pero disminuye el frío. Por lo contrario la superficie de los rangos con mayor cantidad de frío, de 701 a 1 000, baja al disminuir la cantidad de frío. En otras palabras la superficie de los rangos con más frío pasa a los rangos con menos frío, que predice la disminución de frío en el futuro (Luedeling et al., 2009).

Justamente los rangos donde disminuirá la superficie son los rangos donde se pudiera cultivar manzano de acuerdo a sus requerimientos que son entre 700 y 1 000 UF; sin embargo, de acuerdo con los resultados del Cuadro 4, el rango de 701 a 800 UF, donde se acumula el frío suficiente para Red Delicious, aunque disminuirá, para el escenario 2051-2060 aún habrá 56 389 ha donde se podría cultivar ésta variedad.

Dadas las evidencias de los Cuadros 3 y 4, se manifiesta la tendencia a la disminución de la cantidad de frío en el periodo invernal en la región manzanera del estado de Chihuahua; sin embargo, también se observa que las zonas con mayor cantidad de acumulación de frío, pasarán a un rango de menor acumulación, en este sentido el rango de 701-800 UF, que es el apropiado para la variedad Red Delicious, aparentemente se mantendrá con buena superficie hasta el escenario 2041 -2050.

Si se desea seguir cultivando manzana en la región de estudio se debe pensar en aplicar compensadores de frío, sobre todo en la variedad Golden Delicious, ya que de no hacerlo se retrasa la brotación y se afecta la fenología del cultivo (Schwartz y Hanes, 2010). Al mismo tiempo se debe pensar en cambiar a cultivares con menor requerimiento de frío como los de tipo Gala, de tal manera que se aplique la menor cantidad de compensadores de frío y evitar el incremento de los costos de producción.

También se debe identificar plenamente las áreas con mayor acumulación de frío y que reúnan otras condiciones para el establecimiento del cultivo, cómo el riego o bien un excelente temporal, pensando en la posibilidad de establecer las huertas en esos lugares.

CONCLUSIONES

El promedio de las UF acumuladas en el periodo invernal en las áreas agrícolas del área de estudio disminuye conforme se avanza en los escenarios futuros, pasando de 786.9 en el escenario climatológico actual a 599.6 en el escenario 2051-2060; es decir, una disminución de 187.3 UF en promedio.

Los meses de marzo y noviembre son los que tendrán una mayor disminución en la cantidad acumulada de frío, de tal manera que para el escenario 2051 -2060 prácticamente sólo en los meses de diciembre, enero y febrero habrá acumulación de frío.

Dado que la cantidad de frío invernal está disminuyendo, se hará necesario aplicar compensadores de frío, sobre todo en la variedad Golden Delicious. Al mismo tiempo se deben sustituir las actuales variedades por otras de menor requerimiento de frío. Se puede iniciar el traslado de plantaciones de manzano a las áreas con mayor acumulación de frío y con facilidades para el establecimiento de las huertas.

AGRADECIMIENTOS

Al Instituto Nacional de Ecología e Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias; por el apoyo financiero y las facilidades brindadas en la realización de esta investigación, dentro del marco de los proyectos "PRECI 3057110AF: evaluación de la vulnerabilidad y propuesta de medidas de adaptación a nivel regional de algunos cultivos básicos y frutales ante escenarios de cambio climático", y "PRECI 1527703M: cambio climático y su impacto sobre el potencial productivo agrícola, forrajero y forestal en México".

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