Utilización de Taxodium mucronatum Ten para determinar la variación estacional de la precipitación en Guanajuato

Taxodium mucronatum Ten use to determine the seasonal rainfall variation in Guanajuato

Eunice Nayeli Cortés Barrera ¹, José Villanueva Díaz ² Juan Estrada Ávalos ² Cecilia Nieto de Pascual Pola ³, Vidal Guerra de la Cruz ⁴ y Oscar Vázquez Cuecuecha ¹

¹ Facultad de Agrobiología, Universidad Autónoma de Tlaxcala. Correo-e: nayeli_coba@yahoo.com.mx

³ Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Conservación y Mejoramiento de Ecosistemas Forestales (CENID-COMEF), INIFAP.

⁴ Campo Experimental Tlaxcala, Centro de Investigación Regional Centro (CIR-CENTRO), INIFAP.

Fecha de recepción: 03 de diciembre de 2009.
Fecha de aceptación: 23 de abril de 2010.

Resumen

Se colectaron núcleos de crecimiento en dos poblaciones de Taxodium mucronatum en la región centrosur del estado de Guanajuato y se generaron dos cronologías de ancho de anillo de 128 y 237 años para los municipios de Manuel Doblado y Jerécuaro, respectivamente. Mediante el análisis de componentes principales se determinó una variabilidad común para ambas series de tiempo, por lo que se unieron para crear una cronología regional de 308 años (1700-2007). Para analizar su respuesta climática, se compararon los índices de ancho de anillo con los registros de precipitación de una estación climática regional compuesta por diez estaciones meteorológicas. El período que correlacionó significativamente (r = 0.75, p <0.01) corresponde a la temporada enero-abril. El análisis de calibración-verificación indica una respuesta significativa y explica 62 y 52% de la variabilidad de precipitación total, respectivamente. Dado que ambos subperíodos correlacionaron significativamente con los índices de ancho de anillo, se generó el modelo de reconstrucción climática de precipitación invierno-primavera con el total de datos disponibles con una r² = 0.59 (p<0.001). Las sequías más fuertes que se reconstruyeron están entre los periodos 1778-1788, 1798-1811, 1817-1839 y 1861-1904; mientras que para las condiciones de precipitación arriba del promedio regional destacan las de: 1789-1797, 1840-1860, 1905-1927, 1964-1969, 1987-1994 y 2003-2007.

Palabras clave: Cronología regional, índice de ancho de anillo, núcleos de crecimiento, precipitación reconstruida, sequías, Taxodium mucronatum.

Abstract

Increment cores were collected from two Taxodium mucronatum populations located in the Central-South of Guanajuato state and two ring-width chronologies of 128 and 237 year long were produced for Manuel Doblado and Jerecuaro sites, respectively. Principal Component Analysis determined a common response for both time series, so a composite chronology was developed for the whole region, covering the period 1700 - 2007 (308 years). To analyze the climatic response of the composite chronology, the ring width indices were compared to precipitation records representating regional climatic data from ten individual meteorological stations. The period of significantly correlation (r= 0.75, p<0.01) corresponds to the seasonal January-April total precipitation. Calibration-verification procedures indicated a significant response for the statistic tests involved, explaining 62 and 52% of the variance, respectively. A calibration procedure was run for the whole period, explaining a significant 56% of the variance, and then this model was used to reconstruct a seasonal precipitation for the total length of the chronology (308 years). The reconstructed winter-spring precipitation indicated high hydroclimate variability and severe drought periods were detected from 1778 to 1788, 1798 to 1811, 1817 to 1839, and 1861 to 1904. Pluvials were present from 1789 to 1797, 1840 to 1860, 1905 to 1927, 1964 to 1969, 1987 to 1994, and 2003 to 2007.

Key words: Regional chronology, ring width indices, increment cores, precipitation reconstruction, drought, Taxodium mucronatum.

INTRODUCCIÓN

El estado de Guanajuato ocupa el vigésimo segundo lugar en extensión territorial de México y es uno de los más productivos a nivel nacional, pues destaca en la industria minera, petroquímica y de calzado, agricultura, ganadería y turismo. Su ubicación geográfica al centro de la república le da gran accesibilidad tanto al Golfo de México, como al Océano Pacífico, por lo que representa el punto central entre las principales ciudades del país y las fronteras norte y sur, situación que resulta estratégica para su desarrollo económico (INEGI, 2005). El mayor problema que enfrenta la entidad en el tema del agua es la sobreexplotación de los acuíferos, para satisfacer la demanda de todos los sectores (agrícola, urbano, industrial, recreación, etc.). Desde 1990, del 25% de los pozos nacionales que se localizan en Guanajuato, 85% se destinaban al riego; para 1995 se incrementaron a 16,505 y en 1998 se registraron 16,500 aprovechamientos de agua subterránea, de los cuales 14,439 eran pozos; a la fecha, se estima que existen alrededor de 20,000. El volumen total concesionado es de 4,007.3 m³; de ellos 83% (3,326 m³) son de uso agrícola, 14% (561 m³) para el abastecimiento público y el resto para la industria y el sector termoeléctrico (INE, 2003; INAFED, 2005; CONAGUA, 2007).

El acelerado crecimiento poblacional y el empleo poco eficiente del agua, así como su creciente demanda, han provocado que el suministro público sea cada vez más difícil de atender, lo que obliga a su extracción a mayor profundidad, lo que incide en la disminución de su nivel subterráneo y origina hundimiento de terrenos y formación de fallas; todo ello afecta la infraestructura urbana, ya que en la actualidad la extracción anual supera la recarga (INAFED, 2005).

La agricultura es una de las principales actividades económicas y la que representa una demanda superior de agua en el estado. Por otra parte, la región centro-sur o Bajío Guanajuatense es la zona más importante desde el punto de vista agrícola, pues reúne la extensión más amplia cultivada bajo el régimen de riego, además de que aporta la mayor producción a nivel nacional (INEGI, 1998).

De acuerdo con lo anterior, el objetivo del presente estudio fue determinar la variabilidad de la precipitación en Guanajuato mediante la generación de cronologías basadas en anillos de crecimiento de Taxodium mucronatum Ten. (ahuehuete o sabino) para realizar reconstrucciones de precipitación e identificar períodos extremos de humedad y de sequía, información que es de gran trascendencia para el manejo y planeación actual y futura del uso del agua en la región centro-sur del estado.

MATERIALES Y MÉTODOS

Dentro de la zona centro-sur de Guanajuato se ubicaron dos rodales de ahuehuete en ecosistema de bosques de galería en los municipios de Jerécuaro y Manuel Doblado. Ambos sitos pertenecen a la región hidrográfica Lerma-Chapala-Santiago (RH12), en la provincia fisiográfica Eje Neovolcánico. El clima es templado subhúmedo con lluvias de verano, temperatura media anual de 14 a 18°C, precipitación de 600 a 800 mm anuales y suelos de tipo Vertisol compuestos por arcillas.

En las dos localidades el agua es utilizada con fines de riego, principalmente, para lo cual las presas juegan un papel fundamental, además de control de avenidas extremas (Figura 1), (Cuadro 1) (INEGI, 1998).

Se extrajeron entre dos y cuatro núcleos de crecimiento o virutas por árbol con un taladro de Pressler, marca Hagloff, SUUNTO, de 50.8 a 70.12 cm, con un diámetro interno de 5.1 mm y de 2 a 3 cuerdas, de especímenes seleccionados de ahuehuete de apariencia longeva y sin daño aparente. Las muestras obtenidas se identificaron y montaron en secciones acanaladas de madera, para después pulirlas con lijas de diverso grado (fino a grueso).

En el Laboratorio de Dendrocronología del INIFAP, con apoyo de un estereoscopio trinocular de alta resolución, se contaron y fecharon los anillos decrecimiento al año exacto de su formación (Stokes y Smiley, 1968). Posteriormente, se midió el ancho de anillo total con un sistema de medición VELMEX, información que se verificó con el programa COFECHA (Holmes, 1983; Grissino-Mayer, 2001) Las tendencias biológicas y geométricas no relacionadas con el clima se removieron mediante el programa ARSTAN al insertar una curva exponencial negativa o línea recta a la serie de medición y dividir cada valor anual de medición entre el valor obtenido de la curva (Cook, 1987).

Para determinar la influencia del clima en el crecimiento estacional del ahuehuete, se ubicaron aquellas estaciones más cercanas a los sitios de recolecta, para lo cual se utilizó la base climática ERIC III (Extractor Rápido de Información Climática) (IMTA, 1997) (Figura 1, Cuadro 2). La respuesta climática entre precipitación y crecimiento anual se analizó con la subrutina RESPO, por sus siglas en inglés (Análisis de Función de Respuesta), que permite identificar el período de respuesta climática de la especie. Los datos disponibles se analizaron con la subrutina VERIFY; con la mitad de ellos, se realizó una calibración y con la otra una verificación (Fritts, 1991). Por último, se obtuvo una ecuación de transferencia para desarrollar la reconstrucción de precipitación en el total de la cronología. La serie de alta frecuencia se ajustó con una curva decenal flexible, para resaltar eventos de baja frecuencia (períodos secos o húmedos) (Cook y Peters, 1981).

Los períodos reconstruidos con sequías extremas o con lapsos de tiempo húmedos se cotejaron con archivos históricos de la región y a nivel nacional; así como con reconstrucciones de precipitación previamente desarrolladas con anillos de árboles para otras regiones del norte y noreste de México. Con este análisis se considera factible determinar la extensión de los eventos secos y la influencia de patrones atmosféricos circulatorios, como es el caso concreto de El Niño-Oscilación del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés)

Para lo anterior, se compararon los índices de ENSO y los de lluvia tropical (TRI, por sus siglas en inglés) contra el índice de ancho de anillo, se siguió el mismo proceso para la precipitación reconstruida.

Se utilizó el TRI porque es un estimativo de la variabilidad de ENSO, al considerar anomalías de precipitación en la región del Océano Pacífico Central y que puede tener mayor estabilidad que el índice Tahití-Darwin, con el que se estima la variabilidad de ENSO (Wright, 1979).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se estudiaron dos poblaciones de T. mucronatum en la región centro-sur del estado de Guanajuato con lo que se generaron dos series de tiempo: la primera de 128 años (1880 - 2007) para el municipio de Jerécuaro y la segunda de 237 años (1770 - 2006) para el municipio de Manuel Doblado.

Del análisis de correlación y de componentes principales entre ambas cronologías resultó que presentan una variabilidad común y significativa (p < 0.05) por lo cual se trabajó en integrar una serie de tiempo y generar una reconstrucción de precipitación regionales de los últimos 238 años (1770 - 2007).

Con un análisis de correlación entre los índices dendrocronológicos y los datos de precipitación regional promedio procedentes de 10 estaciones climáticas del estado para el intervalo de 1959 a 2004, se determinó que el período del año en que dicho factor influye de manera significativa en el crecimiento de los árboles incluye los meses de enero a agosto; no obstante, al comparar los índices dendrocronológicos con el lapso estacional con mayor correlación, enero - mayo, ésta aumenta (r = 0.75, p<0.05) (Figura 2).

Al relacionar la serie de índices de crecimiento de anillo total con los registros instrumentales regionales para el período estacional enero-mayo que abarca de 1959 a 2004, se observa una asociación significativa entre ambas variables con una correlación de r = 0.75 (p<0.0001), lo que implica que la serie dendrocronológica posee un alto potencial para fines de reconstruir precipitación en los meses considerados; en el análisis se eliminaron los años que mostraron información atípica: 1986, 1989, 1995 y 2003, es decir, aquellos en los que no se presenta una relación lógica entre el grosor de los anillos y el dato de la variable climática, con el objeto de lograr mayor confiabilidad estadística en el modelo de regresión (figuras 3 y 4).

A fin de tener una mayor confiabilidad estadística al generar el características físico-químicas de modelo de reconstrucción se desarrolló el proceso de calibración-verificación en el total de registros observados disponibles (1959-2004) y precipitación reconstruida; para tal efecto, los datos se dividieron en dos subperíodos: 1959-1982 para calibración y 1983- 2004 para verificación (Cuadro 3).

Los resultados indican que la cronología explica 54% (r² = 0.54, p<0.0001) de la variabilidad de la precipitación para el período de calibración, mientras que en el de verificación lo hace en 49% (r² = 0.49, p< 0.0001) (Figura 5).

Dado que ambos subperíodos se correlacionaron de manera significativa con los índices de la cronología de anillo total, se utilizó el total de datos climáticos disponibles (1959 a 2004) para el modelo de reconstrucción que mostró una r² = .59 (p<0.001) (Figura 5, Cuadro 4). Este valor implica que la cronología de anillo total explica 56% de la variabilidad de precipitación observada para la región centro-sur de Guanajuato en el período estacional enero-mayo; el restante 44% del crecimiento obedece a la influencia de otros factores, es decir la variabilidad genética, suelo donde se desarrolla la especie, por ejemplo.

El modelo de regresión obtenido para el período 1959-2004, considerado estadísticamente válido para reconstruir el período total de la cronología es:

Donde:

Y_t, = Valor de la precipitación reconstruida para el periodo enero-mayo de un año particular (mm)

X_t, = Índice de anillo total en el mismo año.

La reconstrucción de la precipitación invierno-primavera para la región centro-sur de Guanajuato comprende 238 años que se extienden de 1770 a 2007 y muestra una alta y baja frecuencia de los patrones de precipitación estacional para esta región. Con el fin de resaltar eventos de baja frecuencia (períodos húmedos y secos) ocurridos a lo largo de la reconstrucción, los datos anuales se ajustaron mediante una línea flexible (spline) representada por una curva suavizada a nivel decenal (Figura 6).

Las causas de la variabilidad climática en la región, de acuerdo a los análisis efectuados, particularmente con índices de ENSO (1950 - 1995) y TRI (1950 - 1995), no muestran impacto significativo; ya que las correlaciones fueron casi nulas con valores inferiores a 0.2 (Cuadro 5).

Al comparar los valores de los índices de la cronología regional con eventos de la fase fría y calidad de ENSO, no se observó un patrón definido en el crecimiento. Así por ejemplo, en el período 1869-2007 se presentaron 37 eventos de la fase fría de ENSO, de los cuales en 15 de ellos (40.5%) se detectaron incrementos superiores a la media (>1.0); mientras que para los 22 restantes (59.5%) fueron inferiores (<1.0). Así mismo en el lapso de 18682006 se registraron 30 eventos cálidos de ENSO, aunque sólo 9 (30%) produjeron crecimiento superior a la media (>1.0) y en 21 de ellos (70%) éste resultó inferior (<1.0) (Cuadro 6). Con la información expuesta se puede argumentar la falta de claridad en el impacto del fenómeno ENSO para la región de Guanajuato estudiada, cuyo crecimiento de los árboles de T. mucronatum quizás esté más influenciado por otros fenómenos atmosféricos como pueden ser las tormentas tropicales y el impacto de huracanes (Therrell et al., 2002).

Las sequías reconstruidas cubren de: 1778-1789, 1798-1811, 18171839, 1862-1905, 1944-1961, 1977 1985 y 1995-2002 cubren períodos que abarcan algunos de los eventos más importantes que han afectado al estado y otras regiones del país, además de estar respaldados por cronologías realizadas para el centro y norte de México (Cuadro 7).

La sincronización entre eventos de baja frecuencia (períodos húmedos y secos) no es similar en las diversas reconstrucciones de precipitación invierno-primavera, particularmente, si se compara la precipitación reconstruida del centro-sur de Guanajuato con otras desarrolladas para el norte y noreste de México.

Esta situación pudiera atribuirse al impacto diferente de ENSO para dichas regiones, al ser el efecto de mayor intensidad, en especial la fase cálida de ENSO para el norte de México. No obstante lo anterior, es importante señalar que ciertos períodos húmedos fueron comunes para las reconstrucciones, lo cual significa que eventos ENSO de alta intensidad cubrieron gran parte del territorio nacional (Figura 7).

Sequías históricas detectadas en el centro-sur de la entidad se han presentado simultáneamente, hasta en regiones consideradas húmedas como es el caso de la Península de Yucatán, donde en los períodos 1822-1823 y 1833-1834 ocasionaron migración, hambre y tumulto. En el último período también se presentó alza de precios en Michoacán (Contreras, 2005).

La falta de agua extrema registrada para el periodo 18621905 afectó principalmente a Sinaloa, estado en el que hubo muerte masiva de ganado y carestía de grano para las décadas 1860 y 1870, respectivamente (Escobar, 1997).

En el centro-norte de México, las sequías de: 1882-1883,18891890 y 1891-1895 propiciaron migración y afectaron drásticamente la ganadería (Escobar, 1997; Contreras, 2005).

Las condiciones de precipitación por arriba del promedio regional reconstruidos se observaron en los periodos de: 17891797, 1839-1860, 1906-1927, 1963-1970, 1987-1995 y 20032007. Antes de 1950 se reconstruyeron tres de los más húmedos, entre los que destacan: 1789-1797, 1840-1860 y 1905-1927, que en algunos años alcanzó valores de 450 mm. Posterior a 1950 se registraron tres nuevos eventos con lluvia por arriba de la media regional, aunque a diferencia de los anteriores a este año, el más húmedo apenas tuvo condiciones superiores a los 170 mm de precipitación.

En el estado de Guanajuato han ocurrido inundaciones desde el siglo XVII hasta nuestros días. De 1970 a 2003 han tenido lugar 55 severas en 19 municipios, entre ellas destacan las que sucedieron en los años: 1770, 1772, 1780, 1788, 1803, 1883, 1887, 1888, 1890, 1967, 1971, 1973, 1998 y 2003. Las consecuencias de estos desastres naturales, provocados por lluvias extraordinarias, fue el desbordamiento de ríos que ocasionó la muerte y desaparición de personas, pérdida de casas, caminos anegados y terrenos situados aguas abajo (Garza, 1998; CEAG, 1999; García-Acosta et al., 2003; Escobar, 2004); sin embargo, no todos se originaron por las intensas lluvias, sino por causas antropogénicas como la invasión de cauces de ríos y la acumulación de sedimentos, escombros o basura que alteran las llanuras inundables (Salas y Jiménez, 2004; Matías et al, 2007; Endfield et al, 2004).

CONCLUSIONES

Se reconstruyó la precipitación estacional invierno-primavera de 238 años para la zona centro sur de Guanajuato, la cual sugiere que las condiciones hidroclimáticas dominantes son similares, por lo tanto, es representativa de esta región. Los períodos más secos reconstruidos se presentaron de: 1778 a 1789, 1798 a 1811, 1817 a 1839, 1862 a 1905, 1944 a 1961, 1977 a 1985 y de 1995 a 2002; mientras que, los que tuvieron condiciones de precipitación por arriba del promedio regional comprendieron los años de: 1789 a 1797, 1839 a 1860, 1906 a 1927, 1963 a 1970, 1987 a 1995 y 2003 a 2007, dichos períodos coinciden en gran medida con eventos históricos documentados relacionados con sequías, inundaciones, epidemias y crisis agrícolas intensas para Guanajuato y otros estados del país.

El efecto de patrones circulatorios como es el caso de ENSO en la precipitación de la entidad estudiada no mostró una influencia significativa, excepto la presencia de "Niños" muy intensos que se han detectado simultáneamente en otras regiones de la República Mexicana. Esto indica el potencial que tienen las cronologías de anillos de árboles para entender la variabilidad hidroclimática histórica de esta región en los últimos siglos; así como, para analizar la cobertura y distribución de los fenómenos climáticos. Debido a lo anterior es pertinente ampliar la red de cronologías de anillos de árboles en otras partes de Guanajuato y estados circunvecinos, para determinar con más precisión, la influencia de dicho patrón circulatorio y de otros más, que pudieran resultar importantes para explicar el clima.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece el financiamiento otorgado a través del proyecto "Manejo integra de los recursos naturales en el ámbito de la Ciudad de León, Guanajuato" que concensó en la convocatoria CONACYT CONAFORT 2000-01, con clave 33366, por el cual fue posible realizar este trabajo.

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