La temperatura como herramienta de predicción agroclimatológica

La temperatura como herramienta de predicción agroclimatológica aplicada a
la producción de frutales
Mercedes Pérez de Azkue1 y Marelia Puche
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INIA-CENIAP-AGROCLIMATOLOGIA [email protected]
2 UCV FAGRO Climatología Agrícola [email protected]
En nuestro camino hacia el siglo XXI, la comunidad científica que se dedica a la
investigación en agricultura se enfrenta con el desafío de equilibrar la continua
necesidad de aumento de la productividad con los nuevos y crecientes problemas de la
sostenibilidad de los sistemas de producción y la degradación del medioambiente. Esto
señala el fundamental y nuevo papel de la agrometeorología en el mundo. Dentro de
las áreas prioritarias a considerar, está el estudio de las interacciones entre clima,
gestión de recursos en cultivos perennes y tecnología agrícola para desarrollar
indicadores climáticos y agroclimáticos que permitan vincular el efecto de las
condiciones climáticas sobre la respuesta del cultivo. Particularmente, de la relación
entre fenología y rendimientos, con los objetivos de predicción de cosecha, reducción
de riesgos, mitigación de los efectos de la variabilidad climática y disminución de
impactos sobre el ambiente. Visto de esta manera, la agroclimatología puede ayudar a
la industria agrícola a mejorar la producción, reduciendo gastos y riesgos sin necesidad
de recurrir a insumos adicionales.
El clima es un recurso renovable, variable en el tiempo y en el espacio. Para un uso
adecuado y eficaz del suelo y material genético, es una condición previa esencial el
conocimiento del papel del clima. La zona intertropical se encuentra limitada
geográficamente por los paralelos 23,5º LN (Trópico de Cáncer) y 23,5º LS (Trópico de
Capricornio). Dentro de esta zona, las condiciones climáticas difieren
considerablemente de otras zonas del planeta.
En las zonas templadas, como consecuencia de las grandes variaciones de radiación
global a lo largo del año, se produce notable estacionalidad térmica con diferencias
superiores a 5°C, entre el mes mas frío y el mes más caliente, encontrándose algunos
meses del año en que la temperatura impide el crecimiento vegetal. En contraste, en
la zona intertropical las fluctuaciones de la temperatura a lo largo del año son menores
a 5°C, favoreciendo el crecimiento en cualquier época del año, por lo cual la
precipitación pasa a ser el elemento climático que determina la longitud de la estación
de crecimiento vegetal en estas regiones. En zonas intertropicales, con lluvia
estacional, una buena parte de las actividades, particularmente las agropecuarias, se
ejecutan en función de este tipo de secuencia periódica. A pesar de lo antes
mencionado, en las zonas intertropicales la temperatura juega un papel importante en
el control de las tasas de desarrollo vegetal, definiendo la aparición de las diferentes
fases fenológicas y la duración de las mismas. En este trabajo discutiremos algunos de
estos aspectos.
Fenología en frutales
Los eventos comúnmente observados en cultivos agrícolas y hortícola denominados
también fases fenológicas, son: siembra, germinación, emergencia (inicio), floración
(primera, completa y última) y cosecha. Los eventos adicionales observados en
frutales incluyen: presencia de yemas, aparición de hojas, maduración de frutos, caída
de hojas. El periodo entre dos distintas fases es llamado estado fenológico (Villalpando
y Ruiz, 1993). Estas fases fenológicas están controladas principalmente por la
temperatura, el fotoperíodo (en el caso de especies sensibles) y el estrés hídrico, por
lo que un cultivo puede no desarrollar todas sus fases fenológicas si crece en
condiciones climatológicas diferentes a su región de origen.
La designación significativa de los eventos fenológicos varía con el tipo de planta en
observación. Por ejemplo, los estados fenológicos del mango pueden identificarse
como:




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
Aparición de hojas nuevas: fecha en que aparecen las primeras hojas de un
nuevo ciclo de desarrollo (Figura 1).
Floración: momento en que la mitad de la unidad de muestreo presenta las
primeras flores (Figura 2).
Amarre del fruto: fecha en que la mitad de la unidad de muestreo aparece el
fruto incipiente, aún envuelto por vestigios florales (Figura 3).
Inicio de desarrollo del fruto: momento en que en la mitad de la unidad de
muestreo los frutos alcanzan 2 cm de diámetro
Terminación del desarrollo del fruto: Fecha en que en la mitad de la unidad de
muestreo se logra el máximo desarrollo del fruto.
Madurez: fecha en que el fruto alcanza la madurez para cosecha (Figura 4).
Figura 1. Aparición de hojas nuevas
Figura 2. Floración
Figura 3. Amarre del fruto
Figura 4. Madurez
Fotos: Mercedes Perez de A CENIAP
Todos estos estados son visualmente detectables. En frutales, las fechas de floración y
maduración de frutos se aceptan generalmente como indicadores significativos, y de
importancia en el posterior rendimiento (Villalpando y Ruiz, 1993). De igual manera, el
comienzo y fin de cada fase o etapa sirve como medio para juzgar la rapidez del
desarrollo de las plantas. El registro sistemático y posterior uso de estas fases
fenológicas permite correlacionarla con el clima, especialmente con la temperatura, la
humedad y con los factores edáficos. Esta integración ofrece llegar a ciertas
conclusiones o realizar predicciones respecto a las respuestas de los individuos al
ambiente.
Aplicación de los Índices de Régimen Térmico en frutales
Además de los valores tradicionalmente usados como las temperaturas medias,
máximas y mínimas, se calculan otros parámetros e índices como:





·
·
·
·
·
temperaturas día-noche,
temperatura del suelo a diferentes profundidades,
grados-día acumulados con diferentes temperaturas base,
temperaturas u horas frío acumuladas,
índice temperatura-humedad-radiación-viento.
Todos ellos vinculados directamente con las respuestas de plantas y animales.
El crecimiento y desarrollo de las plantas e insectos puede ser caracterizado por el
número de días entre eventos observables, tales como floración y madurez de frutos.
El número de días entre eventos, sin embargo, puede constituir una mala herramienta
porque las tasas de crecimiento varían con las temperaturas. La medición de eventos
puede ser mejorada si se expresan las unidades de desarrollo en términos de "tiempo
fisiológico" en lugar de tiempo cronológico, por ejemplo, en términos de acumulación
de temperatura. Así surge el término de grados-día (GD), definido para un período
específico, como los grados acumulados sobre una temperatura umbral durante dicho
período.
Tomando como ejemplo la Figura 5, puede verse que, en términos generales, debajo
de una temperatura umbral mínima (Tb), determinada genéticamente para cada
organismo, el desarrollo no ocurre o es insignificante. Sobre dicha temperatura, el
desarrollo se incrementa hasta llegar a un pico o intervalo, donde la velocidad del
desarrollo es máxima (To). A partir de allí, el desarrollo decrece nuevamente hasta
llegar a ser nulo en una temperatura umbral máxima (Tu). Estos valores umbrales se
conocen como temperaturas cardinales (Arnold, 1959).
En algunos casos pueden ser utilizados segmentos de la curva de desarrollo del cultivar
para fines específicos, como es el caso de la estimación de la temperatura base. Así,
para completarse una etapa fenológica es necesario la acumulación del requerimiento
térmico, que se mide en grados-día sobre la temperatura base.
Figura 5. Relación entre la tasa de desarrollo y la
temperatura. Tb, To y Tu son valores de Temperaturas
Cardinales (WMO, 1993).
El concepto de GD al aplicarse a observaciones fenológicas ha sido de gran utilidad en
la agricultura. Entre las múltiples aplicaciones de este parámetro se encuentran las
indicadas por Neild y Seeley (1977):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Programación de fechas de siembra o ciclos de cultivo.
Pronóstico de fechas de cosecha
Pronóstico de rendimiento
Determinación del desarrollo vegetal esperado en diferentes localidades
Determinación del desarrollo vegetal esperado en diferentes fechas de
siembra o inicios del ciclo de cultivo
Determinación del desarrollo esperado de diferentes genotipos
Pronóstico de coeficientes de evapotranspiración de cultivos.
Pronóstico de aparición de plagas y enfermedades
La mayoría de estas aplicaciones se sustentan en modelos de grados día para describir
el desarrollo de plantas e insectos, de ahí que el concepto de GD se utilice más bien
como grados día de desarrollo (GDD) (Ruiz, 1991). Algunos autores señalan que el
éxito de los grados días depende de una relación estrecha entre radiación y
temperatura; fotoperíodo y temperatura y de cultivares adaptados a fotoperíodos
locales (Hodges y Doraiswamy, 1979). Los métodos para el cálculo de los grados-día,
difieren en complejidad y están basados en el conocimiento de la curva del
comportamiento diario de la temperatura y la comparación con las temperaturas
umbrales (mínima y máxima), dadas para una determinada fase de desarrollo de la
especie.
La forma más usada y simple para calcular los grados-día se basa en la suma de los
subtotales diarios, producto de la diferencia entre la temperatura promedio diaria y la
temperatura base (Tb).
Td = Tx – Tbase
donde: Td = grados días acumulados en un día [(°C d)/d]
Tx = temperatura media del día (°C)
Tbase = temperatura base (°C) Los grados-día acumulado en un período de n días
serían:
=
Tbase
-
Estos análisis también han sido aplicados en el pronostico de fases de desarrollo con
fines de monitoreo y control de insectos predadores.
En el caso de cítricos, los grados-día acumulados no solamente reflejan desarrollo;
también pueden determinar la fecha aproximada de maduración y cosecha para un
cultivar determinado. Para variedades tardías, la maduración durante o después del
invierno en condiciones templadas, puede ser retrasada mucho más por la poca
cantidad de calor acumulado durante esos meses. En condiciones tropicales el intervalo
entre los valores de maduración de cultivares tempranos y tardíos es muy pequeño.
Monselise (1986) señala que la cantidad de energía solar puede explicar mejor el
comportamiento varietal que la cantidad de grados-día acumulados.
Desafortunadamente, los datos de radiación (energía solar) son pocos y no siempre
están disponibles. Ortolani et al. (1991) seleccionó en el estado de Sao Paulo, Brasil,
cinco localidades para comparar los GD acumulados desde la floración hasta la
maduración de variedades de cítricos tempranas, intermedias y tardías. Basado en esa
información, verificó que la maduración de variedades tempranas se completa con
2.500 GD, las intermedias, con 3.100 y las tardías con 3.600, mientras que en
Venezuela Avilan et al (1999) indica oscilaciones entre 1976 y 3091 GD para cultivares
de mandarinas precoces y tardíos, respectivamente.
Ben-Mechlia y Carroll (1989) sugirieron que el cálculo de GD no presenta resultados
satisfactorios y como alternativa modelaron el proceso de maduración del fruto de
"Navel" y "Valencia" considerando dos fases principales del desarrollo; El comienzo del
proceso de maduración definido como el tiempo requerido para llegar a un diámetro de
6 y la segunda fase denominada el primer día de la posible cosecha, definida como el
día en que alcanza un diámetro de 9. En ambos casos se basaron en el incremento
diario del diámetro como una función de la temperatura media diaria.
Volpe et al (1989) demostró, en cuatro cultivares de cítricos en Jaboticabal (Brasil),
que de cada 7.00 GD acumulados hay un incremento diario de 0.06 en la relación
entre sólidos totales y acidez.
Los Grados-hora (GH) se definen como los grados acumulados cada hora sobre una
temperatura umbral durante un período. La hipótesis de que la acumulación de GH
afecta el periodo de crecimiento fue verificada en diferentes cultivares de durazno por
Ben-Mimoun y Delong (1999), quienes establecieron una correlación entre la
acumulación de GH durante el tercer día de la floración y la fecha de cosecha. Esa
relación fue introducida en el modelo PEACH, el cual simula la fuente de carbono anual
y la demanda de crecimiento y reproducción en árboles de durazno. La relación de GH
mejora el modelo de predicción de la fecha de cosecha y simultáneamente mejora la
capacidad del modelo PEACH para predecir rendimiento. Ellos establecieron que el
numero de días de crecimiento decrece con el incremento de la suma de GH en el
primer mes después de la floración.
En Venezuela se han realizado algunos estudios preliminares en los cultivares de
mango, Cumare y Avilán (1994) reportaron diferencias en las unidades foto térmicas
requeridas por la variedad Haden con respecto a otros cultivares los cuales requieren
menor cantidad de temperatura y horas luz para llegar al periodo de plena floración.
Azkue et al. (2000), señalan en estudios preliminares los diferentes requerimientos de
GD acumulados por los cultivares Springfels, Haden y Edwar en condiciones de manejo
de alta densidad de población como se observa en el Cuadro 1, los cuales están
catalogados como: Edwar, de alto vigor vegetativo; Haden, con vigor intermedio y
Springfels, de vigor bajo.
Cuadro 1. Suma de Grados-Día acumulados (GDA), Tb =
12°C*, para las fases de brotación, floración y fructificación
en los tres cultivares (Azkue et al., 2000)
CULTIVARES BROTACIÓN
FLORACIÓN
FRUCTIFICACIÓN
Springfield
346
183,5
98,2
Haden
2.129,8
174,7
432,2
Edwar
937,2
1313,6
432,3
* Temperatura base asumida de acuerdo con la literatura (WMO, 1993)
Una aplicación muy promisoria de estos conceptos consiste en su inclusión dentro de
modelos de simulación de cultivos. Como ejemplo se puede citar los modelos
generados por la Universidad de California en Davis (EUA); donde la base de datos
presenta información de la fenología de más de 100 plantas, plagas y enfermedades la
mayoría de importancia para esa región. Cada modelo contiene los GD acumulados
requeridos para una fase especifica de un organismo y, paralelamente, incluye los
registros diarios de temperatura, diversos métodos para estimar los GD, e información
general sobre la localidad de estudio. Otra aplicación se presenta en el modelo
establecido desde 1970 en EUA (WMO, 1993) para la incidencia de plagas y
enfermedades, donde se refleja el uso combinado de la información climática y los
eventos principales de presencia de organismos que interactúan con los cultivos, el que
se tratará en próximo artículo.
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