LOS SISTEMAS DE RIEGO Y LAS SEMILLAS MEJORADAS EN LA AGRICULTURA MODERNA Ing. Eugenio Cedillo Portugal1 Lic. María Luisa Calzada Sandoval1 1 UNAM. Facultad de Estudios Superiores Aragón. Académicos de la Licenciatura en Planificación para el Desarrollo Agropecuario. ÍNDICE PÁG. INTRODUCCIÓN 2 OBJETIVOS 3 1. IMPORTANCIA DEL AGUA EN LAS PLANTAS 3 2. EL RIEGO EN LA AGRICULTURA 2.1 El concepto de riego agrícola. 4 4 3. EVOLUCIÓN DE LA AGRICULTURA 4 4. EL MEJORAMIENTO GENÉTICO DE LAS PLANTAS 4.1 El mejoramiento tradicional de las plantas. 4.1.1 Variedades criollas. 4.1.2 Variedades sintéticas o de polinización libre. 4.1.3 Híbridos. 6 6 7 7 8 5. LA BIOTECNOLOGÍA 5.1 Las variedades transgénicas. 8 9 6. LOS SISTEMAS DE RIEGO EN LA AGRICULTURA MODERNA Y SUS TÉCNICAS DE APLICACIÓN 6.1 Métodos de riego por gravedad. 6.1.1 Riego por gravedad por tubería multicompuertas. 6.2 Métodos de riego por aspersión y microaspersión. 6.2.1 Sistema de aspersión portátil. 6.2.2 Sistema de aspersión de avance lateral. 6.2.3 Sistema de aspersión por pivote central. 6.2.4 Sistema de aspersor único o cañón. 6.3 El riego por goteo 10 11 12 12 12 14 14 14 15 CONCLUSIONES 16 BIBLIOGRAFÍA 17 2 INTRODUCCIÓN Con un esfuerzo notable del hombre, el mundo cuenta actualmente con 250 millones de hectáreas bajo riego, de las cuáles más de la mitad requieren de trabajo de rehabilitación y de modernización. Los cultivos bajo riego proporcionan más del 60% de los alimentos que se consumen en el mundo, y sobre todo tienen un papel fundamental en la soberanía alimentaria de cualquier País. Se reconoce que los conflictos futuros por el agua van a ocupar un lugar más importante, tanto a nivel internacional, como nacional, regional o sectorial (Contijoch, 2001). Los cultivos bajo riego ocupan más del 80% del consumo de agua a nivel mundial, y de acuerdo con las estimaciones de la FAO, para alcanzar a suministrar los alimentos y productos que demanda el crecimiento demográfico en el mundo, donde cada año se incrementa en 90 millones de habitantes (prácticamente la población nacional), el consumo de agua crecerá en un 40% hacia el año 2025. En México, la superficie agrícola abarca un total de 22 millones de hectáreas, de las cuales, 15.7 millones de hectáreas, corresponden a la superficie de temporal y 6.3 millones bajo riego. De la superficie de temporal, 13.5 millones de has son de temporal de baja productividad, y sólo 2.2 millones has son de temporal tecnificado (CNA, 2001). La superficie de temporal de baja productividad se caracteriza por la siembra de especies básicas como el maíz y el fríjol, uso de semillas criollas, temporales irregulares y de escasa precipitación, donde el destino final de la producción es el autoconsumo. La superficie de temporal tecnificado, corresponde a regiones del país con temporal abundante y bien distribuido, donde se siembran cultivos como maíz, hortalizas y frutales, que se caracterizan por el uso de semillas mejoradas, mecanización de algunas labores de cultivo y/o cosecha, y donde el destino final de la producción es principalmente para el mercado regional y/o nacional. En lo que respecta a la superficie bajo riego en México, hasta el año 2000, el 92.3% utiliza riego tradicional y únicamente el 7.7% tiene algún tipo de riego tecnificado (Mendoza, 2001). El riego tradicional consiste en llevar el agua por gravedad dentro de la parcela, se caracteriza por su baja eficiencia (40% en promedio, que incluye la conducción, la distribución y el riego parcelario), utilizado principalmente en cultivos básicos mejorados como maíz, trigo y arroz, así como en caña de azúcar y en algunas hortalizas. El riego tecnificado incluye al riego por gravedad mejorado (sifones y multicompuertas), riego por aspersión y al riego localizado (goteo), se caracteriza por una alta eficiencia de aplicación de agua (más del 90%), inversión inicial alta y recomendado para cultivos de alto valor comercial como las hortalizas, flores y algunos frutales. Los cultivos bajo riego generan el 54% del volumen de la producción agrícola nacional, y el 70% de los productos agrícolas exportados son producidos bajo algún sistema de riego (Palacios, 1998). Para poder incrementar la productividad del sector agrícola, es necesario utilizar el agua de forma eficiente, esto únicamente puede realizarse a través del riego, sembrar semillas de alto potencial genético, hacer un uso racional del suelo y mejorar en general todas las técnicas de manejo de los cultivos; para ello es necesario un apoyo planificado del 3 gobierno y centros de investigación, con recursos económicos, asesoría y capacitación en toda la cadena productiva. Las semillas de alto potencial genético pueden ser generadas a partir del mejoramiento genético tradicional (selección, cruzamiento e hibridación) que incluye la obtención de variedades e híbridos; y por supuesto actualmente por la manipulación genética que da origen a las semillas transgénicas. OBJETIVOS. a) General. - Conocer y describir los diferentes sistemas de riego utilizados en los cultivos agrícolas que usan variedades mejoradas. b) Específicos. - Reconocer la importancia del uso eficiente del agua en la agricultura. Conocer y describir las diferentes técnicas de mejoramiento genético de las plantas cultivadas. Ampliar el conocimiento de la utilización de variedades transgénicas 1. IMPORTANCIA DEL AGUA EN LAS PLANTAS. El agua es uno de los componentes más importantes de todos los organismos vivientes. Específicamente en las plantas, es el principal constituyente, ya que representa 80% o más del peso de las plantas herbáceas y alrededor de 50% de las leñosas. Además de ser una parte fundamental, constituye el medio de transporte de los nutrientes que provienen del suelo y en el proceso fotosintético el agua se combina con el dióxido de carbono para constituir la biomasa, es decir la planta misma. A pesar de que el agua es parte fundamental de la planta, el consumo mayor de éste, no es en la formación de tejidos vegetales, sino en el proceso de transpiración. Se estima que en la mayoría de los cultivos agrícolas el agua evapotranspirada durante su desarrollo representa más del 95% del consumo de éste elemento (Palacios, 1998). La transpiración de las plantas constituyen un importante proceso para su desarrollo, el cual se puede describir brevemente de la siguiente forma: El agua almacenada en el suelo, dentro de la zona de exploración de las raíces de las plantas, penetra a éstas por los pelillos absorbentes de la raíz, debido a la diferencia de potencial hídrico, o diferencia de presión, la cual generalmente es mayor en el suelo que en la planta. Posteriormente se mueve por el xilema de la planta, también por diferencia de potencial, hasta llegar a las hojas y sale por los estomas (pequeños orificios que abundan principalmente en el envés de las hojas), de donde se evapora por efecto de la energía radiante. Parte del agua almacenada en el suelo, se evapora directamente de éste, principalmente cuando la cubierta vegetal no la cubre en su totalidad, por ésta razón, se dice que los cultivos evapotranspiran. Por esta situación, el agua del suelo debe ser continuamente renovada por la lluvia o a través del riego. 4 2. EL RIEGO EN LA AGRICULTURA. Sin duda, la incorporación del riego en la agricultura impulsó en gran medida la producción y la calidad de las cosechas, además aseguró la obtención de las mismas y la planificación de las siembras en diferentes épocas del año. Ya que si se depende únicamente de la precipitación pluvial y ésta es insuficiente, o se encuentra mal distribuida en el tiempo y en el espacio, se presentarán deficits de humedad, que afectaran el desarrollo y por lo mismo el rendimiento de los cultivos agrícolas. Uno de los factores de riesgo más significativos en la agricultura es el clima y como elemento importante de éste, la lluvia que suministra el agua necesaria para el desarrollo de los cultivos. Raramente la cantidad de agua que la lluvia aporta a los cultivos es adecuada para un buen desarrollo; aun en las zonas húmedas, es común que durante uno o más periodos de la época de crecimiento de dichos cultivos, el agua precipitada sea insuficiente para satisfacer la demanda. Particularmente en México, la distribución de la lluvia en el tiempo y en el espacio es inadecuada para lograr cosechas económicamente viables. En efecto, la mayor parte de los estudios climatológicos concuerdan en el hecho de que tres cuartas partes del país se considera árido o semiárido; así, en un 42% del territorio nacional, la precipitación pluvial anual es menor de 500 mm, con el agravante de que en 80% del área, la lluvia se concentra en cinco meses durante el verano, y además es común que se presente un periodo importante de sequía estival en agosto. Por otra parte, la demanda evapotranspirativa en México es de las mas altas del mundo, con un promedio de 1500 mm anuales, poco más del doble de la lluvia promedio (Palacios, 1998). De lo anterior se deduce que la mayor parte del territorio nacional el riego es necesario. Orive de Alba (1970) indica que en 62.8% del país el riego es indispensable, en 31.2 necesario y aún en 6% restante puede ser conveniente. En general, la agricultura de riego es más productiva que la de temporal o secano. De acuerdo con las estadísticas agrícolas nacionales, la productividad media de la tierra en las zonas de riego es más de tres veces que en las de temporal o secano. Esta situación no prevalece únicamente en México, en los Estados Unidos de América, también se observan incrementos sustanciales en los rendimientos, en promedio las áreas con riego son 3.5 veces más productivas que las de temporal, diferencia mayor que la observada en México; así, en una encuesta realizada en 22 estados E.U.A. se tienen aumentos hasta de más de 400% en los cultivos regados (Turner y Anderson, 1980). De acuerdo a Palacios (1998), las razones por la que los rendimientos aumentan cuando los cultivos se riegan apropiadamente son varias, entre las que destacan por lo menos cuatro: 1) seguridad de un buen desarrollo de los cultivos sin deficits hídricos, 2) pueden crecer más plantas por hectárea, 3) un uso más eficiente de los fertilizantes y 4) pueden utilizarse mejores variedades de plantas, las cuales se han desarrollado para la agricultura de riego. 2.1 El concepto de riego agrícola. Para regar un cultivo, el agricultor de riego, debe formularse cuatro preguntas fundamentales; las respuestas concretas y cuantitativas a estas preguntas permiten el uso eficiente y racional del agua, ya que definen la tecnología de riego a utilizar en cada situación (una combinación específica de suelo, cultivo y clima). De acuerdo a Gurovich 5 (1999), las cuatro preguntas fundamentales son: 1) ¿Por qué regar?, aquí se define el beneficio económico que se espera obtener al incorporar un terreno de temporal al riego. 2) ¿Cuándo regar?, responde a la frecuencia y los criterios para definir cuando regar. 3) ¿Cuánto regar?, se define el tiempo y el volumen de agua a utilizar en una unidad de riego y 4) ¿Cómo regar?, responde a la forma de aplicar el agua al suelo, lo que constituye el método de riego. La respuesta concreta, oportuna y planificada a las interrogantes anteriores evitará la pérdida de agua, el lavado de nutrientes, bajos rendimientos de los cultivos y pérdidas económicas en la unidad de producción. El concepto de riego agrícola está asociado directamente con los señalamientos anteriores, pero específicamente con el agua en el suelo y las plantas cultivadas. De tal manera que Gurovich (1999) lo define de la siguiente manera: El riego es la aplicación oportuna y uniforme de agua a un perfil de suelo para reponer en éste, el agua consumida por los cultivos entre dos riegos consecutivos. 3. EVOLUCIÓN DE LA AGRICULTURA. La agricultura se originó cuando el hombre empezó a cultivar las plantas. Antes de esto, la gente obtenía su alimento por medio de la caza, la pesca y la recolección de frutos y plantas comestibles silvestres. Los cereales, verduras y frutales se podían encontrar como plantas individuales o en pequeños grupos. Los pueblos primitivos recolectaban las plantas tanto por sus propiedades medicinales, cosméticas o afrodisíacas, como por su valor alimenticio. Ciertos testimonios indican que ya 7,000 años A.C. las mujeres habrían empezado a cultivar unas pocas plantas silvestres, las cuales habrían probado y encontrado comestibles (Halfacre y Barden, 1984). A medida que pasó el tiempo, fueron recolectadas, cultivadas y propagadas más plantas, normalmente por medio de semillas; también, debido a que el tiempo de crecimiento de cualquier cultivo era limitado y los pueblos primitivos no disponían de muchos medios para preservar o almacenar la comida de una estación a otra, fue necesario descubrir cultivos comestibles que maduraran en tiempo de crecimiento corto. Durante miles de años, la selección y propagación de los mejores cultivos productores de alimentos, dio como resultado plantas superiores a sus ancestros silvestres; éste fue el principio de la domesticación de las plantas. Durante siglos, la muerte por inanición era común, hasta que los pueblos fueron descubriendo y perfeccionando poco a poco, métodos de preservación de alimentos. Esto hizo a los seres humanos más independientes de las fuerzas naturales. Cuando los grupos humanos se dieron cuenta de ésta situación, dejaron de ser nómadas y empezaron a construir pueblos y ciudades. De esta manera, las civilizaciones antiguas fueron básicamente agrícolas, cultivando principalmente las planicies fértiles como el valle de los ríos Éufrates, Tigres y Nilo hace más de siete mil años (Halfacre y Barden, 1984). 6 4. EL MEJORAMIENTO GENÉTICO DE LAS PLANTAS CULTIVADAS. La agricultura comercial con bases científicas es en realidad una invención del siglo XX. Hasta el siglo XIX, el mejoramiento de las cosechas estaba en manos de los campesinos. En esa época, el desarrollo de nueva maquinaria agrícola, hizo posible cultivar mayores predios e hizo posible la preparación de mejores plantas, la mejor conservación y utilización de la humedad del suelo y mejoró las prácticas de siembra y control de malezas, resultando en modestos incrementos en rendimiento (Bourlaug y Enkerling, 1997). Hacia el año de 1930, mucho del conocimiento científico necesario para la producción agrícola de alto rendimiento se encontraba disponible en los Estados Unidos, pero su utilización fue retrasada por la Gran Depresión Económica de los años treinta, que paralizó la economía agrícola mundial. No fue sino hasta que la Segunda Guerra Mundial generó una gran demanda de alimentos para apoyar el esfuerzo de los aliados, que los nuevos hallazgos de investigación empezaron a aplicarse ampliamente, primero en los Estados Unidos y después en muchos otros países. Al terminar la guerra, gran parte de la planta industrial dedicada a fines bélicos se dedicó al desarrollo e implementación de tecnología agropecuaria. Mediante la aplicación de los nuevos conocimientos en fitogenética, fitopatología, fisiología vegetal, entomología y tecnología agrícola, los científicos han podido desarrollar rápidamente variedades mejoradas de maíz, trigo, arroz y otros cultivos alimenticios. Los agrónomos y edafólogos han desarrollado mejores sistemas de producción agrícola con el uso de éstas variedades mejoradas, en combinación con el aumento global de diez veces en el uso de fertilizantes químicos, control más efectivo de malezas, enfermedades e insectos y un mayor apoyo en irrigación y/o mejores técnicas de conservación de humedad. Todo ello a permitido que la producción mundial de alimentos aumente más rápidamente que la población global durante las últimas décadas. En ningún cultivo es más evidente este proceso de modernización que en el maíz. En 1940, los agricultores estadounidenses produjeron 56 millones de toneladas de maíz en aproximadamente 31 millones de hectáreas, con un rendimiento promedio de 1.8 ton/ha. Durante 1992, la producción fue de 230 millones de toneladas de maíz en aproximadamente 28 millones de hectáreas, con un rendimiento promedio de 8.2 ton/ha. Este aumento de 311 por ciento en el rendimiento durante los últimos cincuenta años (y que continúa creciendo), es el resultado de una agricultura científica (Bourlaug y Enkerling, 1997). 4.1 El mejoramiento tradicional de las plantas. El mejoramiento de las plantas cultivadas (fitomejoramiento) ha sido realizada de forma empírica por todos los agricultores del mundo a través de diferentes épocas, básicamente se ha utilizado la técnica de selección por la observación de caracteres deseables, también se han aprovechado las cruzas accidentales de plantas y por medio de los intercambios comerciales entre las diferentes culturas. Todo esto ha traído como consecuencia una gran diversidad genética de las plantas cultivadas que a sido aprovechada por los fitomejoradores científicos para obtener mejores genotipos. El fitomejoramiento tiene sus bases en los experimentos realizados hace más de un siglo por Gregorio Mendel, en los que concluyó que las características de los organismos están 7 dadas por factores discretos heredables (genes), y no son resultado, como se creía anteriormente de la mezcla azarosa de las cualidades de los progenitores. Con este conocimiento comenzó, entre los cultivos de mayor importancia, el método tradicional de producción de cultivares mejorados mediante selección y cruzas dirigidas entre individuos de la misma especie o de especies estrechamente relacionadas. Los individuos sobresalientes son seleccionados en ciclos subsecuentes de cultivo, hasta que después de numerosos eventos de cruzas y retrocruzas, aunadas a laboriosas pruebas de campo, se obtiene una generación portadora de la característica deseada que es reconocida como una nueva variedad. Todo el proceso de selección va acompañado de colectas, tanto de semillas como de plantas completas, que son almacenadas en bancos de germoplasma quedando a disposición para posteriores usos. Es destacable mencionar, que una importante limitante de todo proyecto de producción de nuevas variedades vegetales es la incompatibilidad sexual entre las especies de plantas seleccionadas como progenitores y que si la divergencia genética entre las especies involucradas es muy grande, la probabilidad de obtener semillas viables de tal cruza es muy baja y mayor será el número de generaciones requerido para incorporar en la progenie el carácter elegido (Herrera y Martínez, 2004). Del fitomejoramiento tradicional se han obtenido los siguientes grupos de variedades mejoradas: 4.1.1 Variedades criollas. Este grupo de semillas corresponde a las que obtiene el agricultor de su propia cosecha, por lo cual existen miles de variedades criollas de las distintas especies. El agricultor selecciona las mejores semillas con base en sus características y las de la planta que la produjo, las semillas seleccionadas se mezclan y de ésta se toman las que van a ser usadas el ciclo de siembra siguiente (Robles, 1983). Este grupo de semillas se caracterizan por estar adaptadas específicamente a ciertas condiciones ecológicas, por ejemplo, en el caso de maíz, se tienen variedades criollas para climas templados, tropicales y secos; sin embargo, la capacidad productiva de estas semillas es baja comparada con las variedades sintéticas e híbridos y la calidad de la semilla no está garantizada, pues no tiene un proceso de certificación. La semillas criolla es utilizada por la agricultura de subsistencia y tradicional, que se caracteriza por la siembra de pequeñas parcelas, en condiciones de temporal, baja o escasa utilización de fertilizantes y plaguicidas, y donde el destino final de la producción es el autoconsumo. 4.1.2 Variedades sintéticas o de polinización libre. Se refieren a aquel grupo de semillas que han sido producidas por un genetista, utilizando la técnica de selección, cruza y retrocruza, para ello el investigador realiza una infinidad de ensayos y pruebas experimentales para encontrar la mejor combinación de caracteres deseables de las plantas cultivadas. En la producción comercial de este tipo de semillas, la pureza genética se controla con el proceso de certificación. El objetivo principal de la certificación es proteger las cualidades genéticas de una variedad, para ello se aplican normas de producción, con respecto al aislamiento, presencia de plantas fuera de tipo y la calidad de la semilla cosechada (Hartmann y Kester, 1985). Este tipo de variedades se caracterizan por ser más productiva que las criollas, además tienen la ventaja de que pueden utilizarse en ciclos de siembra posteriores, siempre y cuando se mantenga una excelente sanidad en las mismas y no exista contaminación genética de otras parcelas. Pueden utilizarse bajo condiciones de riego y temporal, pero requieren de insumos 8 mejorados, como fertilizantes y plaguicidas. Las variedades sintéticas o de polinización libre fueron las primeras semillas mejoradas por los genetistas profesionales, por lo cual tuvieron su auge con la llegada de la famosa “Revolución Verde”, sin embargo, con la aparición de las variedades híbridas, han sido poco a poco desplazadas del mercado. 4.1.3 Híbridos. Este grupo de semillas se obtienen por la cruza de dos o más líneas puras dentro de una misma especie. Una línea pura se refiere a individuos que descienden de un solo individuo autógamo (Brauer, 1983). Los híbridos se han convertido en una categoría de plantas cultivadas de importancia creciente, siendo la generación F1 (la primera) la que se ocupa comercialmente. Las plantas producidas son muy heterocigóticas pero presentan un aspecto uniforme y muchas muestran un vigor híbrido y otras cualidades ventajosas, siempre que la semilla se haya seleccionado de la forma adecuada. En la generación siguiente (f2) y en las sucesivas, el híbrido se deteriora con gran rapidez, las plantas no mantienen el vigor y el grupo presenta mucha variabilidad (Hartmann y Kester, 1985). Es por ello que ciclo tras ciclo, el agricultor tendrá que comprar las semillas para seguir produciendo con calidad. Los híbridos son producidos por genetistas profesionales y la semilla comercial es certificada. También es importante señalar, que los híbridos son más productivos que las variedades sintéticas o de polinización libre, además la mayoría de ellos cuentan con resistencia a factores ambientales y/o a plagas y enfermedades, y poseen alguna cualidad especifica, por ejemplo, precocidad, color, uniformidad del fruto, etc. Sin embargo, para obtener el máximo potencial genético las semillas híbridas se requiere de la aplicación de un paquete tecnológico eficiente, que incluya la mecanización de la siembra, aplicación de fertilizantes, manejo eficiente del agua y aplicación de plaguicidas. Este tipo de semillas están recomendados para la agricultura comercial, para grandes productores y bajo condiciones de riego. 5. LA BIOTECNOLOGÍA. El mejoramiento tradicional de las plantas, tiene sus límites. En primer lugar, sólo las plantas de la misma especie o de especies cercanas relacionadas pueden entrecruzarse, por lo que las fuentes de rasgos potencialmente deseables son muy restringidas. En segundo lugar, aislar individuos que tengan sólo características favorables es muy difícil, consume una gran cantidad de tiempo (12 a 15 años) y en ocasiones no se consiguen los resultados esperados (AgroBIO México, 2003). Las complicaciones pueden surgir porque el mejoramiento tradicional involucra cruzas y selección de individuos. Durante la cruza, los genes de las plantas progenitoras se combinan de manera azarosa, así que tanto los rasgos deseables como los no deseables pueden expresarse en la progenie. Para eliminar los rasgos no deseables, el genetista debe emplear una gran cantidad de tiempo para hacer cruzas inversas, así como utilizar nuevas plantas progenitoras a lo largo de varias generaciones. Ante este panorama, la biotecnología se convierte en una alternativa viable para obtener más rápidamente y con mayor seguridad plantas cultivadas mejoradas con caracteres deseables. En su sentido más amplio, la biotecnología es un conjunto de técnicas que emplean organismos vivos, moléculas o procesos biológicos para desarrollar nuevos productos, proporcionar servicios o resolver problemas específicos. Sin embargo, en los últimos años se han incorporado como elementos centrales de la biotecnología, técnicas de ingeniería genética, tecnología del ADN recombinante (ADNr) y modificación genética, lo que hace 9 de ésta una actividad productiva multidisciplinaria (AgroBIO México, 2003). En el caso de la biotecnología aplicada al mejoramiento de las plantas cultivadas se le llama biotecnología vegetal. Existen tanto similitudes como diferencias entre el mejoramiento tradicional y la biotecnología vegetal. Cuando se emplea biotecnología vegetal en los programas de mejoramiento, el objetivo es el mismo; mejorar las características de la semilla de tal manera que las plantas resultantes posean rasgos mejorados, como una mayor resistencia a plagas, mayor rendimiento y mejores características nutricionales. La diferencia principal entre las dos técnicas estriba en la forma en la que se logra este objetivo. La biotecnología vegetal permite la transferencia de información genética de una manera más precisa. A diferencia del mejoramiento tradicional de plantas, que involucra la cruza de cientos de miles de genes, las herramientas de la biología molecular permiten la transferencia de uno o unos cuantos genes, con lo cual se logra la transferencia exclusiva de la característica que se desea en un menor tiempo posible, y ésta puede entonces ser transmitida a generaciones posteriores. A través de la biotecnología vegetal se obtienen los organismos vivos modificados (OGMs), que se refiere a cualquier organismo vivo que posee una combinación nueva de material genético que se haya obtenido mediante la aplicación de la biotecnología moderna (Protocolo de Cartagena, 2000) y entre éstos encontramos a las semillas transgénicas. 5.1 Las variedades transgénicas. Las semillas transgénicas son obtenidas a través de la manipulación genética de las plantas cultivadas, en el cual se insertan genes de una especie a otra llamada especie receptora. De ésta manera, no todos los organismos genéticamente modificados son transgénicos (AgroBIO México, 2003). Los genes introducidos en las plantas permiten darles resistencia a virus, bacterias, hongos e insectos como la polilla de la papa. También las hacen tolerantes a los insecticidas, herbicidas o a condiciones difíciles de cultivo como la salinidad o el frío, además permiten la producción de proteínas de importancia comercial. Actualmente existen plantas transgénicas de plátano, tomate, numerosas flores, tabaco, papa, soya, zanahoria, algodón, arroz y maíz, calabaza y colza (Zúñiga, 1999). En México, sin embargo, aún no se ha autorizado la siembra comercial de semillas transgénicas, hasta 1999, se habían autorizado siembras experimentales de maíz, algodón, tomate, calabacita, soya y papa (SAGARPA, 1999). Fue hasta octubre de 2009 cuando se expidieron realmente los dos primeros permisos de siembra de maíz transgénico en terrenos controlados y aislados. La secretaría de medio ambiente (SEMARTAT) y de Agricultura (SAGARPA), en un comunicado conjunto, informaron que las siembras se mantienen en fase de experimento, cumplen con los requisitos fijados en la Ley sobre bioseguridad de organismos genéticamente modificados y son variedades de maíz que ya se han aprobado en el mundo y son aptos para consumo humano (Notimex, 2009, citado por esmas.com). Corporaciones trasnacionales como Monsanto, DuPont, Novartis, etc. son los principales proponentes de la biotecnología, ven a los cultivos transgénicos como una manera de 10 reducir la dependencia de insumos tales como plaguicidas y fertilizantes. Lo irónico es que la biorevolución está siendo adelantada por los mismos intereses que promovieron la primera ola de agricultura basada en agroquímicos (Revolución Verde), pero ahora, equipando cada cultivo con nuevos genes insecticidas, prometiendo al mundo soluciones más rápidas y seguras (Altieri, 2000). A nivel mundial han habido más de 1,500 aprobaciones para pruebas de campo de cultivos transgénicos (el sector privado ha solicitado el 87% de todas las pruebas de campo desde 1987), a pesar del hecho que en la mayoría de los países no existen regulaciones estrictas de bioseguridad para tratar con los problemas medioambientales que pueden desarrollarse cuando plantas diseñadas por ingeniería genética son liberadas en el ambiente (Hruska y Lara Pavón, 1997). La preocupación principal es que las presiones internacionales para ganar mercados y aumentar las ganancias están empujando a las compañías a que liberen cultivos transgénicos demasiado rápido, sin consideración apropiada de los impactos a largo plazo en las personas o en el ecosistema (Mander y Goldsmith, 1996). A excepción de algunos países como Canadá, Estados Unidos y Argentina, donde ya se siembra semillas transgénicas, en varias partes del mundo existe un debate abierto con respecto a la utilización de este tipo de variedades. Hacen falta estudios profundos sobre la utilidad y el impacto ambiental de dichos organismos genéticamente modificados, además del derecho de las transnacionales a la patente exclusiva sobre los mismos. Actualmente, para obtener los mejores resultados con la siembra de transgénicos, se requiere un paquete tecnológico de vanguardia, que haga un uso eficiente de los insumos mejorados. 6. LOS SISTEMAS DE RIEGO EN LA AGRICULTURA MODERNA Y SUS TÉCNICAS DE APLICACIÓN. Loa métodos o sistemas de riego, constan de diferentes componentes y procedimientos y tienen un objetivo definido que es optimizar el uso del agua en el tiempo y en el espacio. El concepto de técnicas se aplica a los procedimientos específicos de aplicación del agua en la parcela, por ejemplo, el método de riego por gravedad, puede ser utilizando la técnica de inundación o multicompuertas. Sin duda alguna, la agricultura a tenido un avance importante en los últimos años, resultado del avance científico y tecnológico en diferentes áreas del conocimiento; a su vez, también se le ha dado gran relevancia la utilización eficiente del recurso agua, a través de mejores técnicas de riego y obteniendo mayor productividad por unidad de superficie. Esto sólo puede alcanzarse utilizando paquetes tecnológicos modernos que incluyan el uso de semillas mejoradas, manejo de la fertilidad del suelo, mecanización de las labores de cultivo, aplicación de fertilizantes y plaguicidas. En México, actualmente la agricultura moderna y comercial tiene autorizado la siembra de variedades sintéticas o de polinización libre e híbridos, teniendo aún restringido el uso de los transgénicos básicamente a nivel de prueba; esto mismo sucede en varias partes del mundo. Por lo cual, al describir a continuación las diferentes técnicas de riego utilizadas en la agricultura moderna y comercial, se centrará básicamente en donde hagan uso de semillas híbridas, sin dejar de comentar, que el tipo de semilla no se convierte en un obstáculo para cualquier método de riego, siempre y cuando se maneje el recurso agua de manera eficiente en el tiempo y el espacio, para obtener el máximo potencial de rendimiento de la planta cultivada. 11 De acuerdo a Palacios (1998), los métodos de riego más utilizados hasta la fecha, se pueden agrupar en cuatro tipos y son: a) Gravedad b) Aspersión y microaspersión c) Goteo d) subirrigación Los métodos de aspersión, microaspersión y goteo, también se denominan de riego presurizado, ya que el agua se conduce a presión hasta las salidas por donde se distribuye a las plantas. En éstos métodos es común que se utilice el sistema presurizado de conducción para hacer llegar a los cultivos diferentes tipos de agroquímicos solubles al agua, tales como fertilizantes y plaguicidas, por lo cual deben considerarse no solamente como métodos de riego, sino sistemas de producción. También al referirse a éstos métodos, es importante considerar las diferentes técnicas de riego que pueden usarse. Así, por ejemplo en el riego por gravedad, puede ser por inundación, por melgas, surcos o multicompuertas. En el de aspersión se tienen los sistemas fijos, los portátiles, los cañones, de desplazamiento lateral y pivote central. En el riego por goteo los hay por cinta flexible, rígida y riego por goteo localizado. La selección del método de riego, como se ha indicado anteriormente, depende de varios factores. En el caso de los factores técnicos, dependen del tipo de suelo, del clima, de la especie y tipo de variedad y de la disponibilidad de agua. En el caso de los factores socioeconómicos, debe tomarse en cuenta la disponibilidad de capital, la superficie a regar y el destino de la producción. Todo esto únicamente puede lograrse a través de una adecuada planeación de la producción y del apoyo incondicional de los agentes involucrados en todo el proceso. 6.1 Los métodos de riego por gravedad. A los métodos de riego por gravedad, también se les llama de superficie, son los de más uso común en México, ya que se utilizan en el 92% del área riego. En general, los métodos de riego por gravedad o superficie se podrían agrupar en dos tipos, los de inundación y los surcos. En los primeros, las superficies que se van a regar se limitan por bordos (como el cultivo del arroz en el Estado de Morelos), y el segundo se hacen canales equidistantes y paralelos dentro de la parcela (Palacios, 1998). El riego por inundación casi ya no se utiliza por la dificultad para el control del flujo de agua en la parcela y por la escasez cada vez mayor del vital liquido. Hay dos factores de la parcela que son muy importantes en la definición del método de riego, la tasa de infiltración del suelo y las pendientes del terreno. Si la tasa de infiltración es de más de 10 cm/hr, los métodos de riego por gravedad, definitivamente no son recomendables. Por otra parte, la pendiente del terreno debe ser muy pequeña, máximo del 3%, con un óptimo de 0.2% (Palacios, 1998). Las ventajas más importantes del riego por gravedad son las siguientes: son de bajo costo en relación a los de aspersión y goteo, son fáciles de manejar, no es afectado por el viento y se requiere poca energía para su distribución, ya que aprovecha el escurrimiento por 12 gravedad. Entre las principales desventajas se pueden señalar las siguientes: no puede utilizarse en terrenos desnivelados y de textura gruesa, además moja todo el terreno y propicia la aparición de malezas y enfermedades de tipo fungoso y la aplicación de fertilizantes en el agua de riego se dificulta bastante. Este método de riego se adapta a muchos tipos de cultivo, principalmente a todos los que se siembran en hileras, como las gramíneas (maíz, sorgo, trigo, etc.), la caña de azúcar, la soya, así como el algodón, la papa, tabaco y prácticamente todas las hortalizas. En México, el 100% de las cereales de riego utilizan este método. El maíz, sorgo, trigo y arroz cultivado en México, así como la soya son cultivos de semillas híbridas. Actualmente se han realizado mejoras al sistema de riego por gravedad, entre las cuales podemos señalar, el riego por gravedad con tuberías multicompuertas. 6.1.1 Riego por gravedad por tuberías multicompuertas. Loa sistemas de riego con tubería de multicompuertas cada vez son utilizados con mayor frecuencia. En general esta técnica de riego consta de las siguientes partes: la fuente de abastecimiento, la red de conducción interparcelaria y parcelaria, las tomas- hidrantes y la tubería multicompuertas de aplicación de riego. La fuente de abastecimiento determina el tipo de energía utilizada, para el caso de un canal de abastecimiento superficial, se puede aprovechar el desnivel topográfico, para el caso de pozos u otra fuente de abastecimiento, se requiere obligatoriamente de un equipo de bombeo. El agua se hace llegar a la parcela mediante canales o tubos enterrados, de ahí llegan a los tomas-hidrantes para regular el flujo de agua y enseguida el agua se conecta a la tubería multicompuertas que está en un extremo de la parcela, esta tubería multicompuertas consta de pequeños orificios regulables (compuertas) que se hacen coincidir con los surcos de la parcela. De esta manera se evita, que un trabajador regule la entrada de agua a la parcela con una pala (método tradicional). Así el riego es muy uniforme dentro de la parcela, ya que entre la misma cantidad de agua en cada surco, y si nos es así, se abren o se cierran las compuertas de cada surco dependiendo del caso (ver anexo fotográfico). Con esta mejora del riego por gravedad tradicional, se evita la erosión hídrica y la irregularidad del riego parcelario, por lo cual la eficiencia en el uso del agua aumenta considerablemente hasta en un 90% (Memorias, Volumen III, V Curso Internacional de Sistemas de Riego, 1999), ya que no se depende de la habilidad y experiencia de un trabajador. Actualmente, existen programas de gobierno como “Alianza para el Campo” que estimulan a través de subsidios la adquisición de este tipo de riego. Este método es altamente recomendado para parcelas niveladas, de pequeñas y grandes extensiones, donde cultiven especies rentables que hagan uso de variedades mejoradas como híbridos y transgénicos. 6.2 Métodos de riego por aspersión y microaspersión. Los métodos de riego por aspersión se dividen en dos tipos básicos: los métodos aéreos, donde se imita a la lluvia y el riego localizado o por microaspersión, donde el agua se entrega puntualmente a la base de los cultivos como los frutales, mediante un pequeño aspersor o también conocido como microaspersor (de poco gasto por hora). En virtud de que el riego por microaspersión, no es utilizado en cultivos de amplia cobertura en el terreno como las gramíneas y las hortalizas ó algún cultivo industrial como el algodón, no se describirá mayormente, ya que como se señaló anteriormente se recomienda para 13 cultivos perennes como los frutales, donde no se utilizan cultivares híbridos y transgénicos, por lo cual no es tema del presente trabajo. Como característica fundamental de los métodos de riego por aspersión, es que requieren de alguna fuente de energía para presurizar los sistemas, los cuales en algunos casos pueden trabajar a bajas presiones, con cargas menores de 40 metros (m), pero en otros, los requerimientos de energía pueden ser considerables, para poder dar cargas de hasta 70 m. Por otra parte es importante señalar que estos métodos de riego no solamente permiten una mayor eficiencia en la aplicación de agua (más del 90% en condiciones ideales), sino que como se aplican con mayor frecuencia que en los riegos por gravedad, se logra mantener el suelo con una humedad constante, lo que permite obtener mayores rendimientos; además, mediante éstos sistemas es posible aplicar fertilizantes y plaguicidas en las dosis y frecuencias adecuadas, utilizando las tuberías presurizadas, por lo que más que un método de riego, pueden ser considerados como sistemas de producción (Palacios, 1998). La inversión inicial para instalar un sistema de riego por aspersión es alta, por lo cual se requieren que los cultivos seleccionados sean altamente rentables. Puede instalarse en cualquier tipo de topografía en comparación con los métodos de riego por gravedad que tienen esa limitante. Sin embargo, también es preciso señalar que tiene el inconveniente de que si el viento es mayor a 10 km/hr la eficiencia de aplicación baja y algunas hortalizas y frutales son muy sensibles al mojado de las flores y el follaje. Por otra parte se requiere de personal técnico más capacitado para el diseño y operación del sistema. Por último y al igual que los métodos de riego por gravedad, debe tenerse mucho cuidado con el control de malas hierbas, ya que se moja todo el suelo de la parcela y se favorece la germinación de una gran cantidad de semillas de malezas (Castaños, 1993). Existen diferentes tipos de sistemas de riego por aspersión, los hay móviles y fijos, multiaspersores o con un solo aspersor (cañón), de avance lateral y circular. es por ello que sus componentes varían, sin embargo, siempre habrá un equipo de bombeo para presurizar el sistema, excepto cuando se dispone de suficiente carga natural; también habrá una tubería principal, la cual puede ser rígida o semirígida y en todos los casos los aspersores pueden ser de diferente tipo, predominando los giratorios impulsados por reacción hidráulica. En México la mayor parte de los sistemas instalados son de tipo móvil o semipermanente (con la tubería principal estacionaria y laterales móviles) y en general cuentan con los siguientes componentes: i) Equipo de bombeo, ii) Línea principal iii) Líneas secundarias y iv) Sistema de aspersores. Adicionalmente suelen colocarse válvulas para el control de la presión y en muy pocos casos equipos para la fertigación o quimigación en general (Palacios, 1999). Existen varios tipos de sistemas de aspersión pero de manera general se pueden señalar los siguientes: 6.2.1 Sistemas de aspersión portátil. Un sistema de aspersión portátil se caracteriza porque de una línea principal se conectan un número determinado de laterales y sobre éstas se tienen aspersores igualmente espaciados, seleccionados de manera que el gasto que descargan todos ellos es sensiblemente el mismo (ver anexo fotográfico). Estos sistemas permanecen en una determinada posición mientras 14 riegan y después de aplicar la lámina de riego deseada, se trasladan a otra posición, ya sea manual o mecánicamente regando una o varias franjas rectangulares de terreno en cada posición (Memorias, Volumen IV, V Curso Internacional del Riego, 1999). Este tipo de sistemas son muy utilizadas para el cultivo de especies forrajeras, alfalfas o pastos, ya que en general los aspersores se encuentran a baja altura (1.0 1.2 m). 6.2.2 Sistemas de aspersión de avance lateral. Un sistema de aspersión de avance lateral tiene su propio sistema motriz para moverse de una posición a otra (pueden ser eléctricos o mediante tractor), donde se tiene una tubería principal montada sobre grandes ruedas, que al girar mueven lateralmente a la tubería y sobre ésta se colocan los aspersores donde su altura se puede regular de acuerdo al tamaño del cultivo (ver anexo fotográfico). Para ello es necesario tener un canal superficial o un sistema de tuberías enrollables para tomar el agua de una toma-hidrante. Puede adaptarse a cultivos en hilera o de cobertura total del terreno, también se adapta a diferentes tipos de altura del cultivo, por lo cual puede utilizarse en gramíneas como maíz, hortalizas y algodón. El criterio fundamental para utilizarlo es la rentabilidad del cultivo. Su vida útil va de 15-20 años y tienen una eficiencia del 75-90% 6.2.3 Sistemas de aspersión por pivote central. Es una variación de un sistema de avance lateral, con los mismos componentes y el mismo tipo de uso, lo que varía es el tipo de movimiento y de ahí procede su nombre ya que gira continuamente (ver anexo fotográfico). La alimentación del agua se realiza por una tubería enterrada a más de 1.0 m de profundidad y se eleva a más de 3.0 m en el centro del circulo y desde ahí alimenta una tubería que cubre el diámetro de un circulo. El sistema de riego de pivote central tiene el inconveniente de que riega solamente áreas circulares, por lo cual el concepto de parcela rectangular o en forma de cuadro se rompe totalmente. Estos equipos tienen una vida útil de 15-20 años y una eficiencia de riego del 75-90%. El moviendo del pivote se realiza mediante motores eléctricos. 6.2.4 Sistema de aspersor único o cañón. Los sistemas de aspersor único también suelen denominarse cañones, requieren de altas presiones para su funcionamiento, para regar superficies grandes, de 2.5 hasta 15. 0 hectáreas por aspersor; estos pueden ser movidos manualmente, con tractor o bien son autopropulsados por algún tipo de motor eléctrico o de gasolina (Palacios, 1999). El inconveniente principal de éste sistema de aspersión, es que como el agua recorre más altura y distancia es más afectado por el viento, por otro lado algunos cultivos son muy sensibles a la fuerza del golpeteo del agua, además de que se requieren cargas o presiones muy grandes, sin embargo, es común su uso en el riego de algunos cultivos como los forrajes y la caña de azúcar. La ventaja principal de este sistema de aspersión con respecto a los demás, es que no se requiere un gran movimiento de laterales y aspersores, sino uno sólo y por otro lado es más barato que los otros sistemas de aspersión. 6.3 El riego por goteo. Este método de riego es también conocido como riego localizado, consiste en distribuir el agua generalmente ya filtrada y con fertilizantes a las plantas sobre o dentro del suelo, de esta manera el agua llega directamente a la zona de raíces de las plantas cultivadas gota a 15 gota. La distribución se realiza por una red de tuberías generalmente de plástico, ya sea de polietileno o PVC hidráulico en las líneas principales, en las líneas laterales se realiza con tubería flexible o rígida de polietileno. La entrega de agua a las plantas se hace mediante perforaciones o boquillas llamadas emisores o goteros, aunque también los goteros y emisores pueden ser independientes de la tubería, para lo cual se requieren implementos adicionales como múltiples de cuatro salidas, tubo de polietileno delgado (Tubín) y estacas de plástico (ver anexo fotográfico). El sistema de riego por goteo permite una difusión diferencial y tridimensional del agua (en forma de bulbo), manteniendo bajo los niveles de tensión de humedad, favoreciendo de esta forma el desarrollo de los cultivos. De acuerdo a Castaños (1993) y Palacios (1998), un sistema de riego por goteo consta de los siguientes componentes principales: a) Un sistema de control central o cabezal de riego, que incluye una bomba de agua, filtros, válvulas reguladoras de presión y flujo, manómetros, mecanismos de control automático y un equipo de inyección de fertilizantes y plaguicidas. b) Una línea principal de distribución que conduce el agua del sistema central, a la zona de cultivo (tubería de polietileno o PVC). c) Una red secundaria que cubre el área de cultivo (tubería de polietileno o PVC). d) Líneas laterales que corren a lo largo del surco, que es donde se descarga el agua. e) Goteros o emisores que pueden ir incluidos en las líneas laterales o ser independientes. f) Accesorios diversos como coples, tees, codos, uniones, múltiples, estacas y tubo de polietileno delgado. El riego por goteo tiene muchas ventajas en relación a los métodos de riego antes descritos, siendo el principal el mantenimiento de un régimen de humedad relativamente alto dentro de los límites del bulbo mojado que se forma bajo los emisores, esto permite un crecimiento adecuado del sistema de raíces. Por otra parte se puede mantener una humedad casi constante renovando continuamente el volumen de agua que se gasta por el proceso de evapotranspiración, lo cual garantiza un desarrollo favorable de los cultivos. Además, mediante éste método de riego, la fertigación (aplicación de fertilizantes en el agua de riego) es muy eficiente, ya que se garantiza una mayor y oportuna disponibilidad de nutrientes a la zona de raíces. Otra ventaja importante se refiere a que no se moja todo el suelo de la parcela, sino únicamente la hilera donde está sembrado el cultivo, esto permite el crecimiento reducido de malezas (o inclusive se eliminan completamente si se combina con la técnica de acolchado plástico), disminuye el gasto de agua y la eficiencia del uso del agua se incrementa notablemente hasta llegar al 100%; al no mojar todo el suelo, permite también que aunque se esté realizando el riego, puedan realizarse otras labores de cultivo como podas, entutorado y aplicación agroquímicos, actividades que no pueden realizarse simultáneamente cuando se utiliza el riego por gravedad o aspersión. Las desventajas más importantes de éste método de riego se refieren a que el sistema de goteo puede taparse si no se filtra el agua correctamente o si la mezcla de fertilizantes no es compatible e inclusive si se usan fertilizantes de baja solubilidad. Además, la inversión inicial es alta y es indispensable contar con personal técnico capacitado para el diseñó, 16 instalación y operación del sistema, complementado con una formación en aspectos de nutrición vegetal y manejo de fertilizantes. El riego por goteo puede utilizarse tanto a cielo abierto como en cultivos bajo invernadero, se recomienda para cultivos sembrados en hilera ya sea de ciclo anual o perenne. Además, actualmente se está utilizando también para cultivos manejados en hidroponía, donde los rendimientos superan por mucho a los cultivos sembrados directamente al suelo. Se recomienda principalmente para cultivos de alto valor económico como las hortalizas y flores de corte. Actualmente cultivos como el tomate rojo, pimiento morron, melón, sandía, chile jalapeño, calabacita, pepino, brócoli, ajo y chile poblano son cultivados con éste método de riego, y la mayoría de estos cultivos son de variedades híbridas de alto potencial de rendimiento. CONCLUSIONES. Sin duda alguna, el éxito de la agricultura actual depende de una adecuada planeación para la utilización de los recursos naturales como el agua, el suelo y el clima; por otra parte es indispensable conocer y manejar los diferentes avances tecnológicos que existen en el sector, por ejemplo las variedades, mejoradas, manejo de la fertilidad del suelo, uso eficiente del agua, practicas de manejo de cultivo, mecanización de las actividades productivas y manejo poscosecha. Las variedades mejoradas de los cultivos agrícolas pueden obtenerse por diferentes métodos: selección y cruzamiento para la obtención de variedades sintéticas o de polinización libre e híbridos y a través de la manipulación genética para la obtención de transgénicos. Sin olvidar que las semillas criollas obtenidas por los propios agricultores son una fuente importante de diversidad genética que pudieran utilizarse en el futuro para la obtención de mejores variedades, además de que cumplen con un papel importante para la obtención de alimentos a nivel local y regional. El uso eficiente del agua en la agricultura, puede lograrse a través del conocimiento y manejo de los diferentes métodos de riego. La elección final de algún método en específico dependerá de varios factores tanto de índole natural, técnico y socioeconómico. Para obtener los mejores resultados en el manejo de algún método de riego, es necesario utilizar plantas con alto potencial genético, actualmente en México se cuentan con variedades autorizadas que incluyen variedades sintéticas o de polinización libre e híbridos. Los híbridos de las plantas cultivadas son actualmente en México las variedades de más alto potencial de rendimiento. Las semillas transgénicas deberán estudiarse con mayor profundidad para evaluar su impacto en el ambiente, los riesgos de contaminación de variedades criollas y silvestres y su impacto en la salud humana. Sin embargo, no existe ninguna limitante en cuanto a su uso en combinación con algún método de riego, la decisión final depende exclusivamente de factores técnicos y socioeconómicos. La elección final del método de riego a utilizar deberá tomar en cuenta los siguientes criterios: topografía del terreno, tipo de clima y suelo, especie a cultivar y variedad, capital disponible, rentabilidad del cultivo y el destino de la producción. 17 BIBLIOGRAFÍA AgroBio México 2003. Biotecnología Agrícola. Compendio de Información. Altieri, M. 2000. Riesgos Ambientales de los Cultivos Transgénicos: Una Evaluación Agroecológica. ww2.grnes/avalls/riesgos.htm, consultado el día 17 de septiembre de 2005. Borlaug, N. E. y E.C., Enkerlin H. 1997. Agricultura y Alimentación. 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