Acceso libre | 
Artículo revisado por pares
Pablo Yax-López1 *, Enrique Gómez Román1, Kevin Noriega Elías1, Francisco Espinoza Marroquin2
1 Instituto Privado de Investigación sobre Cambio Climático. Km 92.5 Carretera a Mazatenango, Santa Lucía, Cotz. Escuintla, Guatemala C.A. Tel: +502 78281037. Email: pyax@icc.org.gt
2 Centro Universitario del Sur Occidente (CUNSUROC) de la Universidad de San Carlos de Guatemala (USAC), Carrera de Agronomía Tropical. Mazatenango 10001, Guatemala C.A. Tel: +502 7873 0700. Email: Franjem@gmail.com
* Autor de correspondencia: pyax@icc.org.gt
| Cita: Yax-López, P., Gómez Roman, e., Noriega Elías, K., Espinoza Marroquin, F. (2021). Alternativas de adaptación para zonas agrícolas del Pacífico de Guatemala expuestas a inundaciones y sequía. Revista Mesoamericana de Biodiversidad y Cambio Climático–Yu’am, 5(2): xx |
| Recibido: 22/09/2021 Aceptado: 23/11/2021 Publicado: 25/01/2022 |
Resumen
Las inundaciones y las sequías (ausencia de lluvias) son fenómenos meteorológicos que afectan la agricultura y ponen en evidencia la fragilidad de los sistemas agrícolas en Guatemala y Centroamérica. Por lo tanto, en vista al incremento en la frecuencia e intensidad de las inundaciones y las sequías a causa del cambio climático, es necesario identificar medidas de adaptación que fortalezcan los sistemas agro-alimentarios y ofrezcan alternativas para garantizar la seguridad alimentaria del país y la región. El presente estudio exploró las características de tolerancia de las especies Calathea macrosepala K. Schum (chufle), Oryza sativa L. (arroz), Colocasia esculenta (L.) Schott (malanga) y Zea mays L.(maíz) ante eventos de inundación y sequía, en las cuencas Sis-Icán y Nahualate en la zona del Pacífico de Guatemala. Los resultados muestran que, bajo condiciones de escasez hídrica extrema (151 días acumulados sin precipitación), la producción de tubérculos de C. macrosepala se mantuvo alrededor del valor de producción promedio nacional (9,237 kg/ha); contrario a su producción de inflorescencias que se redujo al 83% de su potencial. La combinación de 130.3 días acumulados de escasez de agua con 28.7 días de inundación, redujo la producción de O. sativa entre el 59.5 y 88.6%, siendo una de las especies más afectadas en comparación con las otras evaluadas. La especie Z. mays redujo su productividad 73.5% bajo condiciones de escasez de agua y presentó una mortalidad entre 32.6 y 87.8 % en condiciones de inundación. En condiciones de sequía, la producción de cormos de la especie C. esculenta fue 32% inferior a la producción promedio nacional; sin embargo, ésta fue identificada como la especie con mayor tolerancia a los eventos hídricos extremos y con potencial de ser una especie alternativa o complementaria en la agricultura local. Los resultados de este estudio proveen insumos valiosos para futuras investigaciones en relación con la búsqueda de alternativas de adaptación al cambio climático en los sistemas agro-alimentarios.
Palabras claves: adaptación, cambio climático, Guatemala, inundaciones, seguridad alimentaria, sequía, sistemas agroalimentarios.
Abstract
Floods and droughts (absences of rainfall) are meteorological phenomena that affect agriculture and highlight the fragility of agricultural systems in Guatemala and Central America. Therefore, given the increase in the frequency and intensity of floods and droughts due to climate change, it is necessary to identify adaptation measures to strengthen agro-food systems and offer alternatives to ensure food security in the country and the region. This study explored the tolerance characteristics of Calathea macrosepala (chufle), Oryza sativa (rice), Colocasia esculenta (malanga), and Zea mays (maize) species to flooding and drought events in the Sis-Icán and Nahualate basins in the Pacific zone of Guatemala. The results show that, under conditions of extreme water scarcity (151 accumulated days without rainfall), tuber production of C. macrosepala remained around the national average production (9,237 kg/ha), contrary to its inflorescence production, which presented a reduction of 83% of its potential. In a combination of 130.3 and 28.7 cumulative days of water shortage and flooding, respectively, O. sativa decreased production between 59.5 and 88.6%, being the lowest values compared to the other species evaluated. The species Z. mays reduced its productivity by 73.5% underwater scarcity conditions and presented mortality between 32.6 and 87.8% under flooding conditions. The species C. esculenta, under drought conditions, showed a corm production lower (32%) than the national average production; however, this was identified as the species with the highest tolerance to extreme water events and with the potential to be an alternative or complementary species in local agriculture. This study provides valuable inputs for future research concerning the search for adaptation alternatives to climate change in agro-food systems.
Keywords: adaptation, agro-food systems, climate change, drought, floods, food security, Guatemala.
Introducción
Las inundaciones y las sequías son eventos meteorológicos que pueden destruir por completo la producción de cultivos en condiciones extremas y, en consecuencia, se consideran eventos clave de la seguridad alimentaria mundial (Rahman y Zhang, 2016). Guatemala es un país centroamericano sujeto a recurrentes procesos de inundaciones y sequías, y donde el 21% de su población vive en zonas de afectación por el riesgo climático, sin contar las amenazas por terremotos y otros fenómenos (UNICEF, 2012). En el país, el 73% de los poblados se encuentran expuestos por lo menos a una de las siguientes amenazas: sequías, inundaciones, heladas y derrumbes (SGCCC, 2019). En Guatemala, como en la mayoría de los países de la región, se ha observado un incremento de episodios extremos de precipitación que producen calamidades por inundación; en los últimos 15 años, se han registrado cuatro episodios con severo impacto a nivel ambiental, económico y social (ICC, 2017). Por ejemplo, debido a los efectos del huracán Mitch, en 1998, la actividad agrícola sufrió las mayores pérdidas del sector primario y se reportaron impactos en 830,000 hectáreas de granos básicos y activos agrícolas, afectando fuertemente a la población rural que depende de la agricultura (CEPAL, 1998). En 2005, la tormenta tropical Stan, impactó negativamente en el territorio nacional, afectando particularmente a los pequeños agricultores y los agricultores de subsistencia en la costa sur de Guatemala (e.g., las pérdidas de granos básicos fueron entre el 60% y 90% (CEPAL, 2005)).
Por el otro lado, la sequía, o escasez de agua, es otro fenómeno con repercusiones negativas en la producción agrícola, en especial, la dependiente de la temporada de lluvias. Las sequías, en países vulnerables como Guatemala, han sido responsables de desencadenar numerosas crisis humanitarias y desastres con impactos sociales, económicos, ambientales y productivos (Mansilla, 2009, como se citó en Bonilla, 2014). En Centroamérica, la ocurrencia de las sequías no se asocia con períodos prolongados sin lluvia (años), sino con la prolongación de la canícula[1], la distribución de la lluvia en pocos eventos, aumento de la temperatura del aire y la finalización temprana de la estación lluviosa (Ramírez, 2001, como se citó en Bonilla, 2014). En la zona de estudio, en los últimos diez años, se registraron 1,264 hectáreas anuales de Z. mays afectadas por inundaciones.
[1] En Guatemala del 2009 al 2018, la canícula se ha caracterizado como un período de sequía con duración de cinco a diez días en altitudes de 100 a 500 msnm, y con duración de cinco a 25 días para altitudes de 0 a 100 msnm (ICC, 2019).
Para el caso de las sequías, reportaron 4,034 hectáreas de Z. mays en los años 2014, 2017,2018 y 2019 (MAGA, 2020).
Tanto las inundaciones como las sequías evidencian la vulnerabilidad de los sistemas agrícolas del país y magnifican la inseguridad alimentaria nutricional de las familias dependientes de la agricultura. Aún cuando la capacidad de pronosticar eventos meteorológicos extremos y advertir sobre sus riegos ha aumentado en los últimos años, la frecuencia y los impactos de las inundaciones y sequías han incrementado (Caliano et al., 2013). Por lo tanto, para compensar las pérdidas agrícolas derivadas de incremento e intensidad de las inundaciones y las sequías es necesario identificar medidas de adaptación que fortalezcan los sistemas agro-alimentarios y ofrezcan alternativas para garantizar la seguridad alimentaria del país y la región.
El presente estudio exploró las características de tolerancia de las especies de Calathea macrosepala K. Schum., Colocasia esculenta L. Schott, Oryza sativa L. y Zea mays L. ante eventos de inundación y sequía, en las cuencas Sis-Icán y Nahualate en la zona del Pacífico de Guatemala.
Metodología
Área de estudio
El área de estudio se encuentra ubicada en la vertiente del Pacífico de Guatemala, en las partes bajas de las cuencas del Sis-Icán y Nahualate (14° 4’13.05″N – 14°13’2.38″N latitud Norte y 91°34’4.87″O – 91°38’17.87″O longitud Oeste), departamento de Suchitepéquez, Guatemala (Figura 1). El estudio se concentró en el plano inundable del río Sis-Icán, en los últimos 50 km del tramo final del río hasta su desembocadura y el extremo sur-oeste de la parte baja del río Nahualate y, altitudinalmente se encuentra comprendida entre los 0 y 20 metros sobre el nivel medio del mar (MSNM). Ambas cuencas hidrográficas se encuentran sujetas a eventos de inundación, causando constantes cambios tanto en la morfología como en el comportamiento hidráulico de sus ríos (CIV, 2007, como se citó en ICC, 2017). Además, las probabilidades de ocurrencia de eventos de inundación se encuentra en el rango del 10 al 50% (ICC, 2017). De acuerdo a SESAN et al. (2010), dicho territorio es una de las regiones agrícolas más importantes del país, considerada como parte del “granero nacional” por la producción de maíz Z. mays.
La precipitación acumulada anual promedio para la zona de estudio es de 1004.6 mm (registros de los años 2013 hasta 2018, ICC, 2020). Durante el período de investigación la lluvia acumulado fue de 639.4 mm y la temperatura promedio diaria fue de 27.32 °C, con valores promedio mínimos y máximos de 20.65°C y 35.42°C respectivamente.
Figura 1. Mapa de ubicación de las unidades experimentales en la parte bajas de las cuencas Sis-Icán y Nahualate.
Diseño experimental
- La ubicación de los sitios estuvo en función de su exposición a inundaciones y sequía, se realizaron recorridos de verificación y consultas a los agricultores locales, para así definir las características de inundación de cada sitio.
- Los tratamientos consistieron en sitios de cultivo con características ambientales típicas para los agricultores de la parte baja de las cuencas Sis-Icán y Nahualate ambas en el departamento de Suchitepéquez, Guatemala (Figura 1), siendo estas condiciones: a) condiciones de sitio de escasez de agua por baja frecuencia de lluvia; b) condiciones de sitio con inundación súbita y c) condiciones de sitio con inundación progresiva.
- Dentro de cada sitio de cultivo, se establecieron las parcelas experimentales que consistieron en cuatro unidades experimentales con área de 20 metros cuadrados con dimensiones de 4 x 5 metros, dentro de las cuales se sembraron cada una de las cuatro especies sometidas a evaluación. Entre cada unidad experimental se dejó un metro sin cultivar para separarlas entre sí, en total, el área experimental fue de 92 metros cuadros. Se establecieron ocho parcelas experimentales tres de las cuales fueron sometidas a eventos de inundación progresiva, cuatro a inundaciones súbitas y una parcela sin exposición a inundaciones pero que estaba expuesta a condiciones de ausencia de lluvias para las especies de cultivo evaluadas. La descripción de cada unidad experimental se detalla en la Figura 2.
Figura 2. Croquis de distribución de especies en cada unidad experimental. Las zonas blancas entre cuadrantes representan barreras entre tratamientos.
4. Identificación y selección de áreas para unidades de experimentación
La zona de estudio se delimitó entre los 0 a 20 metros sobre el nivel del mar, zona considerada como de alta exposición a eventos de inundación por eventos hidrometeorológicos extremos (i.e., la probabilidad de ocurrencia de inundaciones al año es entre 10 y el 50 %). Se realizó verificación en campo del plano inundable del río Sis-Icán y se efectuaron consultas a informantes clave (agricultores y/o propietarios) de dicho territorio para confirmar y seleccionar las áreas específicas que se ven afectadas por inundaciones en una temporada de lluvias. Esta última característica fue considerada para contar con todas las condiciones de efecto de las inundaciones in situ en las cuatro especies de cultivo bajo estudio, y no dependen de la ocurrencia de un evento hidrometeorológico extremo, que conlleva un grado de incertidumbre para que ocurra.
5. Descripción de tratamientos
Se evaluó la respuesta de las especies Colocasia esculenta L. Schott; Calathea macrosepala K. schum.; Zea mays L. y Oryza sativa L. a las condiciones de inundación y sequía típicas de la zona de estudio. Para tal propósito, se definieron unidades experimentales con áreas de 20 m2 (4 x 5 metros) donde se estableció una especie bajo evaluación y conformándose una parcela experimental de 92 m2 (incluye 12 m2 de espacio entre unidades experimentales) con las cuatro especies. Se establecieron ocho parcelas experimentales en igual cantidad de localidades distribuidas en las dos cuencas hidrográficas de estudio (Figura 1). Se consideró una localidad con nula o baja exposición a eventos de inundación, que funcionó como testigo. Los principales detalles de distanciamiento y manejo agronómico se detallan en el Cuadro 1.
Cuadro 1. Especies evaluadas, temporalidad de siembra y actividades principales de manejo agronómico.
Nota. * Otzoy (2012), ** Rodríguez (2008), *** ICTA (1976), **** Quiñonez (2018).
6. Cuantificación y caracterización de eventos meteorológicos, medición del desarrollo de las plantas y producción agrícola
El registro de eventos de inundación se efectuó por parte de un observador local y la magnitud del evento se hizo a través de medición de la lámina de agua alcanzada junto con el registro del tiempo de duración de la inundación en la parcela experimental. En los casos de inundaciones repentinas y de corta duración, la medición se realizó por medio del rastro que dejó el nivel del agua sobre limnímetros colocados dentro de cada parcela experimental, sirviendo estos datos para la caracterización de los eventos de inundación. En cada unidad experimental se contabilizó el número de plantas vivas y el número de plantas muertas o ausentes después de un evento de inundación y registros sistemáticos mensuales. Para determinar el porcentaje de supervivencia se empleó la ecuación de López, B. (2015), donde el porcentaje de sobrevivencia es igual a producto de multiplicar cien por el cociente de la división del número de plantas vivas después de un evento de inundación o final entre el número inicial de plantas (100*(plantas vivas/(plantas vivas + plantas muertas o ausentes))). Otra variable cuantificada fue el crecimiento de las plantas, tomando la altura alcanzada de las mismas. Para las especies de Z. mays y O. sativa, se empleó la metodología planteada por CYMMYT (2017), donde se realiza la medición desde el nivel del suelo hasta el punto más alto donde inicia la ramificación de las espigas. Mientras que para las especies C. esculenta y C. macrosepala se utilizó la metodología de medición propuesta por Meléndez (2017), en la que la altura de la planta se mide desde el nivel del suelo hasta el limbo de la hoja con mayor longitud.
7. Cuantificación de la producción agrícola de las unidades experimentales
La producción agrícola de las cuatro especies bajo estudio se efectuó a través de la medición de la parte aprovechable de cada especie. Para la especie C. esculenta se cuantificó la masa de producción de cormos y siguiendo las recomendaciones de Tem (2018), deben estar sin residuos de suelo ni brotes vegetativos. En el caso de la especie C. macrosepala, se cuantificó la producción del número de inflorescencias colectadas, y se cuantificó la masa de los tubérculos (Otzoy, 2012). La producción de Z. mays se cuantificó la masa total de granos secos con humedad entre 15- 28%, determinada visualmente por la cristalización de los granos (FAO, 1984). Para O. sativa se cosecharon los granos con una humedad de entre 22–26% bajo el método propuesto por FAO (1993).
Análisis de datos
Por la naturaleza del estudio, cuya finalidad fue conocer el comportamiento de cuatro especies vegetales sometidas a condiciones no controladas de inundación y baja precipitación pluvial típicas de la zona de estudio, se realizó un análisis estadístico descriptivo y de dispersión del comportamiento de las variables crecimiento y producción.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Eventos de inundación
En función de las características geomorfológicas y la dinámica hidrológica del Sis-Icán y la sección sur-este de la cuenca del Nahualate, se caracterizaron dos tipos de inundación de acuerdo a la clasificación que sugieren OPS (2006) y Rodríguez (2016): (1) inundación progresiva (lenta) y (2) inundación súbita (Figura 3). La inundación progresiva ocurrió en tres de ocho localidades/parcelas experimentales (parcelas dos, tres y seis) y se caracterizó por láminas máximas promedio entre 20–60 cm- El tiempo de duración de la inundación en el caso de la parcela seis, se cuantifico un acumulado de 1,200 horas a partir de tres eventos; 1) 420 horas, 2) 132 horas y 3) 648 horas. Mientras que inundación súbita fue observada en las parcelas cuatro, cinco, siete y ocho. La inundación súbita se caracterizó por un rango de tres a seis eventos cortos a lo largo del estudio. Las particularidades del plano inundable y la dinámica de ambos ríos condicionaron las características y la cantidad de los eventos de inundación en cada parcela experimental establecida.
Figura 3. Frecuencia y duración acumulada de eventos de inundación en las parcelas experimentales establecidas en las cuencas hidrográficas de los ríos Sis-Icán y Nahualate, Suchitepéquez, Guatemala, durante mayo a diciembre de 2018.
Acumulado de días sin lluvia (sequía)
Los días acumulados sin precipitaciones desde mayo a diciembre 2018, en todas las parcelas de C. sculenta y C. macrosepala, el promedio acumulado fue de 151 días (Cuadro 1); con un acumulado máximo de 157 días en la parcela cinco y un mínimo de 109 días en la parcela seis. Dicha variabilidad de días sin lluvia se observó en las ocho parcelas experimentales, especialmente en las parcelas expuestas a inundación. Las especies O. sativa y Z. mays estuvieron expuestas a menor cantidad de días sin lluvia dada la temporalidad en la siembra como se describe en el Cuadro 1 (54 días) debido a que su desarrollo es más corto (i.e., siembra realizada del 27 de agosto a 31 de diciembre) que el de las otras especies evaluadas (i.e., C. macrosepala y C. esculenta).
Cuadro 2. Acumulado mensual de días sin precipitación en ocho parcelas experimentales establecidas en las cuencas hidrográficas de los ríos Sis-Icán y Nahualate, Suchitepéquez, Guatemala, de mayo 2018 a enero 2019.
Fuente: Registros de estación San Nicolás de la REDMET 2020 del Instituto Privado de Investigación sobre Cambio Climático. Se consideraron lluvias menores de 3 mm como días sin lluvia y, para los meses de junio-julio se aplicó riego que se tomaron como días de lluvia.
Sobrevivencia de plantas bajo condiciones de inundación
En general, se observó que las inundaciones progresivas (i.e., más de 400 horas acumuladas en condiciones de inundación) generan mayor impacto negativo en la sobrevivencia de las plantas, en especial, para Z. mays (Figura 4), en comparación con las inundaciones del tipo súbito. En condiciones de inundación, con 5.5 a 27 días de anegamiento acumulado, equivalente a 132-648 horas continuas de agua, la sobrevivencia de Z. mays en las primeras etapas de desarrollo vegetativo fue entre 12.2 y 67.4%; esto se debe a que las raíces de Z. mays sufren hipoxia (estrés de oxígeno) seguido por una anoxia (ausencia de oxígeno) y por consiguiente la muerte después de estar expuestas a exceso de humedad por más de 3 o 4 días (Pervez et al., 2004).
Las especies C. esculenta y O. sativa mostraron mayor sobrevivencia, 78-100%, a condiciones de inundación de tipo progresiva. Los datos anteriores sugieren una mayor capacidad para tolerar condiciones anaeróbicas en el suelo por parte de ambas especies. Rahman y Zhang (2016) indican que la mayoría de las variedades de O. sativa son altamente sensibles a la inmersión (inundación), por lo que mueren una semana después de la inmersión completa. Sin embargo, bajo las condiciones del presente estudio, O. sativa sobrevivió a eventos de inundación de más 400 horas bajo inmersión parcial y total (Figura 4).
C. esculenta es una especie adaptada a condiciones tanto de hipoxia, que ocurre en suelos anegados, como en áreas sin exposición a inundación (Evans, 2008, como se citó en Abiko y Miyasaka, 2019). Dicha característica fue confirmada en este estudio, en especial en la parcela experimental seis, donde se observó el 100% de sobrevivencia (Figura 4) de las plantas a pesar de haber estado sujetas a 1200 horas de inundación acumulada; Sin embargo, en las parcelas dos y tres, se observó una sobrevivencia de plantas entre el 78 y 82%, respectivamente. En la parcela tres, las plantas de C. esculenta fueron superadas en altura (36.0 a 36.5 cm) por la lámina de agua acumulada (60.0 cm), condición que pudo favorecer la tasa de mortalidad observada.
La permanencia C. macrosepala bajo una lámina de agua durante 432 horas en las parcelas experimentales dos y tres afectó seriamente las plantas, generando un 0% de sobrevivencia. Por el contrario, en la parcela seis, se cuantificó un 70% de sobrevivencia de las plantas de C. macrosepala; las cuales soportaron 1,200 horas acumuladas de inundación, provocados por tres eventos separados con 420, 132 y 648 horas de anegamiento y alturas promedio de la columna de agua de 50, 25 y 60 cm, respectivamente. Otro factor que pudo haber afectado es la ausencia de lluvias previo al evento de inundación en las parcelas dos y tres, que ocurrió en octubre 2018.
Figura 4. Porcentaje de sobrevivencia de las especies evaluadas en condiciones de ausencia de lluvias e inundación progresiva y súbita en las parcelas experimentales establecidas en las cuencas hidrográficas de los ríos Sis-Icán y Nahualate, Suchitepéquez, Guatemala, de mayo 2018 a enero 2019.
Al evaluar el efecto de las inundaciones de tipo súbita sobre las especies en estudio, se observó una mayor tasa de sobrevivencia (i.e., 87 a 100 %) de las especies C. esculenta y O. sativa, a excepción de la parcela cuatro donde O. sativa presentó una sobrevivencia 0%. En dicha parcela, las plantas estuvieron expuestas a 111 horas acumuladas de inundación y sufrieron daños físicos provocados por la corriente principal de agua. Por el contrario, las plantas de C. macrosepala presentaron una tasa de sobrevivencia entre 47 y 97 % bajo las mismas condiciones de inundación de tipo súbita ocurridas para C. esculenta y O. Sativa. Las características morfológicas y botánicas de C. macrosepala, como el amacollamiento en la parte subterránea perenne y constituida por un rizoma ramificado y una serie de raíces (Noda et al., 1994), permitieron un mayor soporte físico ante la velocidad del flujo de inundación y el impacto directo del agua, favoreciendo su sobrevivencia.
En las parcelas experimentales cinco y ocho bajo condiciones de inundación de tipo súbito, la especie Z. mays presentó una sobrevivencia del 75 al 89 %, resultado del impacto localizado de las inundaciones súbitas y el tiempo de permanencia en condiciones inundables. En las parcelas 4 y 7, la sobrevivencia de Z. mays fue del 0%.
Finalmente, la parcela experimental uno, condicionada bajo estrés hídrico (un acumulado de 151 días precipitación), la especie C. esculenta presentó una tasa de sobrevivencia de 97%. Sin embargo, el desarrollo vegetativo de todas las especies evaluadas se vio afectado, así como su producción, excepto la producción de tubérculos de la especie C. macrosepala.
Crecimiento de las especies evaluadas (altura)
El crecimiento orto-trópico de las plantas fue otro indicador utilizado para evaluar la tolerancia de cada especie a las inundaciones y sequía (ausencia de lluvias). El impacto combinado de las condiciones de ausencia de lluvia y las dos formas de inundación sobre el crecimiento orto-trópico de C. esculenta se observa en la Figura 5. Se observó un retardo en el crecimiento de las plantas en las parcelas dos, tres y cinco durante el período del 11 de julio hasta el 11 septiembre debido al efecto del déficit de agua durante 47 días para un periodo de 63 días. De acuerdo al ICC (2019), la canícula en el Pacífico de Guatemala bajo condiciones neutras del fenómeno de El Niño Oscilación Sur (ENOS), en el estrato de 0 a 40 msnm, se caracteriza por una duración entre 10 a 25 días con baja o nula precipitación (lluvia). En comparación con los datos de precipitación promedio anual de la zona de estudio, las condiciones de déficit de agua del año 2018 fueron extremas.
Figura 5. Efecto de las inundaciones (progresiva y súbita) en combinación con el déficit hídrico sobre el crecimiento de plantas (altura media) de C. esculenta en ocho parcelas experimentales establecidas en las cuencas hidrográficas de los ríos Sis-Icán y Nahualate, Suchitepéquez, Guatemala, durante junio – diciembre de 2018.
Las plantas de la especie C. esculenta en la parcela cinco presentaron una reducción en su tasa de crecimiento promedio, pasando de 0.24 cm/día el 11 de julio a 0.0 cm/día en la fecha 11 agosto de 2018, debido a daños por escasez de agua. Posteriormente se observó una recuperación parcial de su biomasa, por su capacidad de desarrollar rebrote (hijuelos). Las plantas fueron afectadas por inundaciones súbitas en las primeras etapas de crecimiento y por posteriores inundaciones (en octubre de 2018) que afectaron a dicha parcela experimental.
En las parcelas cuatro, seis, siete y ocho, las plantas C. esculenta presentaron tendencias de crecimiento más estables en comparación a las que sufrieron eventos de inundación progresiva y escasez de agua de forma combinada (Figura 5). Sin embargo, al estimar las tasas de crecimiento intermensual (junio-octubre) se observan altibajos entre el rango 0.24 a 1.11 cm/día, anomalía provocada por el efecto de ambos eventos en el desarrollo de C. esculenta. En la parcela uno, que fue condicionada únicamente bajo escasez de agua, C. esculenta presentó un crecimiento promedio con una tendencia lineal. Sin embargo, el crecimiento fue por debajo de las tasas de crecimiento observadas en las parcelas cuatro, seis, siete y ocho al final del ciclo de desarrollo de las cuatro especies evaluadas (Figura 5).
Figura 6. Efecto de los eventos combinados de inundaciones (progresiva y súbita) con ausencia de lluvias (déficit hídrico) sobre el crecimiento orto-trópico de C. macrosepala en ocho parcelas experimentales establecidas en las cuencas hidrográficas de los ríos Sis-Icán y Nahualate, Suchitepéquez, Guatemala, durante junio a diciembre de 2018.
La especie C. macrosepala fue afectada drásticamente en condiciones anaeróbicas generadas por las inundaciones progresivas durante 432 horas continuas en octubre de 2018 (Figura 6). Sin embargo, la parcela experimental seis sufrió tres eventos de inundación, uno en agosto, septiembre y noviembre (con una duración de 648 horas acumuladas) y, presentó uno de los mejores promedios de crecimiento (Figura 6). Un factor importante a considerar en la parcela tres es que la altura, de 0.6 m, alcanzada por la lámina de agua producto de la inundación superó la altura de las plantas (0.32 m); mientras que en la parcela dos la lámina de agua alcanzó el 50% de la altura promedio de las plantas (0.40 m). Las plantas en la parcela seis, contaban con una altura promedio mayor al evento de inundación, lo cual influyó en una mayor tolerancia de las plantas a las condiciones anaeróbicas. En la parcela experimental uno (i.e., parcela bajo condiciones de escasez de agua), la especie C. macrosepala presentó un crecimiento menor en los primeros meses, comparado con las plantas en las parcelas seis y siete. Sin embargo, al final de ciclo, las plantas de la parcela uno se encontró entre las alturas promedio máximas.
La especie O. sativa alcanzó valores de crecimiento orto-trópico promedio mensuales mayores en la parcela uno (i.e., 20.2, 50.2, 107.8 y 108.25 cm de altura) como se observa en la Figura 7; seguido por las plantas de la parcela siete, afectadas por la combinación de impactos de inundaciones de tipo súbito y ausencia de lluvias. Las restantes parcelas presentaron menores tasas de crecimiento durante su desarrollo comparado con las mencionadas (Figura 7).
Figura 7. Efecto de los eventos de inundación (progresiva y súbita) y ausencia de lluvia (déficit de agua) sobre el crecimiento orto-trópico de las plantas de O. sativa en ocho parcelas experimentales establecidas en las cuencas hidrográficas de los ríos Sis-Icán y Nahualate, Suchitepéquez, Guatemala, durante junio – diciembre de 2018.
El comportamiento del crecimiento orto-trópico de la especie Z, mays se vio afectado por los eventos de inundación de tipo súbita y progresiva en las parcelas dos, tres, cuatro, seis y siete donde las plantas no soportaron el suelo inundado (Figura 8), mientras que en el resto de parcelas (cinco y ocho) sometidas a condiciones se escasez de agua e inundación de tipo progresiva y súbita alcanzaron alturas promedio en el rango de 142 cm a 152 cm.
Figura 8. Efecto de los eventos de inundación (progresiva y súbita) y ausencia de lluvias (déficit de agua) sobre el crecimiento orto-trópico de plantas de Z. mays en ocho parcelas experimentales establecidas en las cuencas hidrográficas de los ríos Sis-Icán y Nahualate, Suchitepéquez, Guatemala, durante junio-diciembre de 2018.
Producción agrícola de las especies y su potencial como alternativas de adaptación
Los resultados del presente estudio indican que las especies C. esculenta, C. macrosepala, O. sativa y Z. mays se ven afectadas por la escasez de agua, en especial Z. mays con una reducción en su producción del 73.5% (Cuadro 3). Sin embargo, el impacto específico a cada especie estuvo en función de la cantidad de días sin lluvia y el tipo de evento de inundación y la cantidad de horas acumuladas de afectación. Por ejemplo, otros estudios reportan que en Centroamérica períodos de 12 a 16 días sin lluvia pueden causar una reducción en el rendimiento de Z. mays hasta del 90% (EPYPSA, 2009 en Bonilla, 2014). Por el contrario, C. macrosepala (tubérculos) y C. esculenta poseen capacidad de producir en condiciones extremas de escasez de agua de alrededor de 151 días acumulados sin lluvia. La especie C. macrosepala mostró incluso un ligero incremento en el rendimiento de tubérculos (2.8% aumento en la producción) comparado con la producción promedio nacional (Cuadro 3). Sin embargo, la producción de la otra parte aprovechable de la planta, como las inflorescencias, mostró una reducción de alrededor del 83% en comparación con el promedio nacional. En condiciones extremas de estrés hídrico, la especie C. esculenta presentó una reducción del 32% en su rendimiento estimado, dato que concuerda con lo reportado por Mabhaudhi et al. (2013)—i.e., una reducción entre 15 al 47% en el rendimiento de variedades locales de C. esculenta en Sudáfrica, bajo condiciones de reducción del 40 y 70% de la cantidad de agua necesaria para el rendimiento óptimo de la planta. La especie O. sativa presentó una reducción del 55% en su producción ante la escasez de agua, resultado que ha sido reportado para la misma especie en el sur y sureste de Asia (e.g., en años de sequía severa, el rendimiento de O. sativa se redujo entre el 17 y 40%; Rahman y Zhang, 2016).
Cuadro 3. Valores de rendimiento de las especies C. macrosepala, C. esculenta, O. sativa y Z. mays bajo condiciones de escasez de agua comparado con los rendimientos reportados a nivel nacional.
**En la producción de tubérculos presentó un incremento. a) Otzoy, 2012; b) Rodriguez, 2008; c) ICTA, 2004; d) FAO, 2010.
El efecto combinado de la escasez de agua y los eventos de inundación sobre la producción de las especies evaluadas se ve reflejado en una reducción de su rendimiento (Cuadro 4). La especie C. macrosepala sometida a condiciones de inundación progresiva y escasez de agua (parcelas dos, tres y seis), con un acumulado promedio de 159 días de ambos fenómenos, produjo únicamente en la parcela experimental seis con un 22.9% de su potencial en tubérculos. La producción de C. esculenta también fue seriamente afectada; a pesar de ello, presentó un rendimiento entre el 4.6 a 16.4% comparado con el rendimiento nacional. La variedad O. sativa sometida a ambos fenómenos durante 108 días acumulados, presentó menores pérdidas en comparación con las otras especies evaluadas. Por el contrario, Z. mays presentó una sobrevivencia del 0% de plantas durante el período del estudio.
Cuadro 4. Reducción (%) sobre el rendimiento de las especies C. macrosepala, C. esculenta, O. sativa y Z. mays bajo los efectos combinados de las formas de inundación y ausencia de lluvia expresado en porcentaje del rendimiento nacional.
* Rendimiento reportado para las variedades utilizadas en el presente estudio.
a) (Otzoy, 2012), b) (Rodriguez, 2008), c) (ICTA, 2004), d) (FAO, 2010).
El efecto de las inundaciones de tipo súbita en combinación con la ausencia de lluvias (escasez de agua) durante 3.6 y 157.5 días acumulados, respectivamente, provocó una reducción en la producción de C. macrosepala de 61.5% al 93.9% y en C. esculenta del 70.1 a 95.4% en comparación con la producción promedio nacional. La especie O. sativa presentó menor impacto en su rendimiento comparado con las otras especies evaluadas, favorecido por menor tiempo de exposición a ambos fenómenos (106.2 días acumulados, de los cuales 1.95 días fueron de inundación) en comparación a lo soportado por las especies C. macrosepala y C. esculenta.
Los resultados muestran que las especies O. sativa, C. esculenta y en C. macrosepala presentaron tolerancia a los efectos de ambos fenómenos meteorológicos, sequía e inundación. Por lo tanto, bajo condiciones de inundación y sequía que pueden ser experimentadas en el área de estudio—e.g., la canícula en el Pacífico de Guatemala tiene un rango de duración de 5 a 25 días (ICC, 2019), y los eventos de inundación se han reportado con duración máxima de 9 días continuos en la cuenca hidrográfica del río Sis-Icán (comunicación personal con comunitarios)—, las tres especies, especialmente C. esculenta y C. macrosepala, tienen el potencial de ser especies utilizadas en medidas de adaptación ante la variabilidad de los eventos meteorológicos.
Se efectuó un ejercicio de beneficio-costo en función de precios locales, inversiones y producción final para cada parcela experimental (Cuadro 5). Los resultados muestran utilidades únicamente para la especie C. esculenta en la parcela experimental uno, expuesta escasez de agua y, para las parcelas siete y ocho que sufrieron de inundación súbita combinada con escasez de agua.
Cuadro 5. Beneficios y pérdidas económicas (USD, dólares americanos) generadas por la producción agrícola de las especies evaluadas ante eventos de inundaciones del tipo progresivo y súbito, en combinación con periodos de ausencia de lluvia (escasez de agua).
Valores en rojo representan la estimación de pérdidas en dólares americanos (tasa de cambio de USD a Quetzales 7.69958) por afectación de ambos fenómenos en la producción de las cuatro especies.
* Se presentó un 100% de mortalidad de plantas y se estimaron las pérdidas económicas por inversión.
Aunque los valores de utilidades de la producción de las especies evaluadas (Cuadro 5), pueden considerarse no atractivos ni rentables económicamente, es importante resaltar que los resultados económicos fueron condicionados por una exposición extrema de las especies a ausencia de lluvia (escasez hídrica) e inundación, no necesariamente los más frecuentes en el área. Además, las especies evaluadas pueden ser aprovechadas en diferentes tiempos, permitiendo oportunidades de anaquel en fresco y procesado, así como provisión de otros elementos nutricionales para consumo de los hogares.
C. esculenta, una especie con un ciclo de 9 a 10 meses, presentó un mayor volumen que las otras especies evaluadas (e.g., un volumen 7 a 1 en comparación a los granos básicos, como O. sativa y Z. mays). Por dicha característica, incluso en condiciones climáticas no favorables, C. esculenta tiene el potencial de ser una especie utilizada para autoconsumo familiar y también podría ser comercializada localmente. Además, C. esculenta presenta un contenido significativo de magnesio y calcio, así como de vitaminas del complejo B y vitamina C, características que ayudarían a complementar las necesidades nutrimentales de los hogares rurales del área (Púa et al., 2019).
IMPLICACIONES PARA EL MANEJO
El presente estudio exploratorio provee insumos valiosos para futuras investigaciones en relación con la búsqueda de alternativas de adaptación al cambio climático, especialmente en el contexto de producción agrícola de infra-subsistencia y/o subsistencia expuestas a los fenómenos de escasez y exceso de agua de manera combinada o separada. Este estudio propone que las especies C. macrosepala (tubérculos), C. esculenta y O. sativa pueden tolerar los efectos negativos de la canícula o reducción de la precipitación en la época lluviosa y, por lo tanto, ser una alternativa adicional a especies tradicionalmente utilizadas (e.g., Z. mays) pero con mejor capacidad de tolerar sequías e inundaciones.
Futuras investigaciones científicas, que permitan la manipulación de las variable en estudio y contar con réplicas y controles experimentales, son necesarias para evaluar el crecimiento y productividad de las tres especies propuestas como alternativas (C. macrosepala, C. esculenta y O. sativa) bajo un rango más amplio de acumulación máxima tanto de días continuos sin lluvia (e.g., rango recomendado de 15 a 25 días de sequía) como de inundación (e.g., rango recomendado de 9 a 12 días continuos de anegamiento), el efecto combinado de ambos eventos meteorológicos (e.g., efecto combinado de 15 y 9 días acumulados sin precipitación e inundación, respectivamente).
AGRADECIMIENTOS
El presente estudio fue posible gracias al programa de Ejercicio Profesional Supervisado en Agronomía Tropical, del Centro Universitario de Suroccidente -CUNSUROC- de la Universidad de San Carlos de Guatemala, y al apoyo de los agricultores de la parte baja del departamento de Suchitepéquez, en especial, a los señores Luis Quiñonez y Manuel de Jesús Juárez. Agradecemos también a los ingenieros Rubén Sosof y Erick España por la asesoría brindada en el estudio y el análisis de los resultados del estudio.
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