Ciencia de los Pastos

Estudio de algunos indicadores del clima en el Instituto de Ciencia Animal en el periodo 1967-2013 y su relación con los pastos

Rafael S. Herrera^{1  *} 

Manuel García¹ 

Ana M. Cruz¹ 

¹Instituto de Ciencia Animal C. Central km 47½, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

Resumen

Se estudió el comportamiento de algunos indicadores del clima (lluvia total, número de días con lluvia, temperaturas mínima, máxima y media, temperatura mínima menor de 15 °C y temperatura máxima mayor de 27 °C) durante el período 1967-2013. Se determinaron los estadígrafos valor medio o total (según el indicador) por año y estación climática (periodo lluvioso y poco lluvioso), desviación estándar, varianza y coeficiente de variación, y se ajustaron ecuación de regresión lineal entre los indicadores climáticos y las décadas. El número de días con lluvia disminuyó desde 93.7 en la década 1970-1979 hasta 81.1 en la etapa 2000-2009, con desviación estándar, varianza y coeficiente de variación de 5.73, 32.78 y 9.59 %, respectivamente así como r = -0.97 (P<0.0001). La lluvia total disminuyó desde 1459.6 mm en la década 1970-1979 hasta 1327.6 mm en la etapa 2000-2009, con desviación estándar, varianza y coeficiente de variación de 30.49, 929.42 y 2.79 %, respectivamente así como r = -0.87 (P<0.0001). El número de días con temperatura máxima mayor de 27 °C aumentó desde 222.9 en la década 1970-1979 hasta 279.6 en la etapa 2000-2009, con desviación estándar, varianza y coeficiente de variación de 15.25, 232.70 y 10.32 %, respectivamente así como r = 0.99 (P<0.0001). El número de días con temperatura mínima menor de 15 °C disminuyó desde 57.4 en la década 1970-1979 hasta 43.9 en la etapa 2000-2009, con desviación estándar, varianza y coeficiente de variación de 7.33, 53.72 y 14.59 %, respectivamente así como r = -0.92 (P<0.0001). La temperatura máxima aumentó desde 29.6 °C en la década 1970-1979 hasta 30.8 °C en la etapa 2000-2009, con desviación estándar, varianza y coeficiente de variación de 0.60, 0.06 y 1.88 %, respectivamente así como r = 0.95 (P<0.0001). La temperatura mínima aumentó desde 20.4 °C en la década 1970-1979 hasta 23.4 °C en la etapa 2000-2009, con desviación estándar, varianza y coeficiente de variación de 1.31, 1.71 y 6.09 %, respectivamente así como r = 0.95 (P<0.0001). La temperatura media aumentó desde 23.8 °C en la década 1970-1979 hasta 26.7 °C en la etapa 2000-2009, con desviación estándar, varianza y coeficiente de variación de 0.66, 0.64 y 2.50 %, respectivamente así como r = 0.92 (P<0.0001). Durante el período poco lluvioso y en el lluvioso los indicadores tuvieron similar comportamiento, pero con valores específicos para cada uno de ellos. Al aplicar estos resultados en Cenchrus purpureus se observó disminución del rendimiento y aumento de la altura al comparar la década 1979 versus 2010. Se dispone del perfil de los indicadores estudiados en 40 años (línea base) y se comparan con lo ocurrido en la etapa 2010-2013; se conoce la variabilidad de los indicadores por década y estación climática; se aprecia la presencia del cambio climático; existen las bases de datos que permiten establecer modelos de predicción a mayor plazo y su repercusión en la producción de biomasa forrajera.

Palabras clave: lluvia; temperaturas; valores estacionales

Introducción

El Instituto de Ciencia Animal desde su fundación 1965 cuenta con un área para la estación meteorológica de segundo orden encargada de recopilar los datos de varios indicadores del clima. La primera información se publicó por ^{Herrera et al. (1977)} y abarcó el período comprendido desde mayo de 1966 hasta abril de 1974.

Se conoce la importancia que tienen los factores climáticos en la vida social y económica de un país. Así, es ciencia constituida que las especies vegetales son capaces de existir, reproducirse y perdurar sólo en determinados contextos climáticos y edáficos, lo cual puede ser considerado como la tolerancia de las especies a esas condiciones.

Con el desarrollo de la ciencia se ha demostrado que no solo los factores climáticos influyen en la productividad de las plantas. Factores como las características de los suelos, fertilización, disponibilidad de agua, época de siembra y manejo, entre otros, desempeñan importante papel en la producción de los sistemas vegetales. Los pastos son un claro ejemplo de lo antes mencionado y en las condiciones de Cuba existe información sobre la influencia de los factores climáticos y de manejo en su comportamiento (^{Crespo y Herrera 1982}, ^{Herrera y Ramos 2006} y ^{Herrera 2015}).

^{Fonseca-Rivero et al. (2018)} señalaron que la temperatura media en Cuba ha tendido al incremento desde 1961 hasta 2017, mientras que en la lluvia ocurrió lo contrario. ^{Duran-Llacer (2016)} estudió la distribución de los días con lluvia y los períodos de sequía en la región occidental de Cuba e informó la variabilidad e intensidad de estos factores, mientras que ^{Lapinel Pedroso et al. (2015)} estudiaron las sequías agrícolas y meteorológicas y señalaron sus peligros en diferentes regiones de cuba.

Al tener en cuenta lo anterior, en la medida que se conozca el comportamiento y la magnitud de la variabilidad de los factores climáticos, se podrá influir en la obtención de producciones viables y amigables con el medio ambiente, en especial en esta etapa donde el cambio climático ya está presente.

Debido al papel que desempeña el clima en la producción vegetal, el objetivo del presente trabajo fue determinar el comportamiento de algunos factores climáticos en el período 1967-2013 en el Instituto de Ciencia Animal y relacionarlo con la producción forrajera.

Materiales y Métodos

Localización. La estación meteorológica del Instituto de Ciencia Animal se encuentra ubicada en la llanura Habana-Matanzas, municipio de San José de las Lajas, provincia Mayabeque y situada específicamente en los 22° 53´ de latitud norte y los 82° 02´de longitud oeste, a 80 m sobre el nivel del mar.

Procedimiento. Los datos se tomaron de los archivos de la referida estación y fueron los siguientes: lluvia total, número de días con lluvia, temperaturas mínima, máxima y media, temperatura mínima menor de 15 °C y temperatura máxima mayor de 27 °C. Esta información abarcó el periodo 1967-2013.

Procesamiento de los datos y análisis estadístico. La primera etapa consistió en obtener los valores promedio o totales (según el indicador) de cada mes en cada año. Con posterioridad se obtuvieron los valores para el año y para cada estación climática (período poco lluvioso y lluvioso). Después esta información se agrupó por décadas. Se determinaron los estadígrafos media, varianza, desviación estándar y coeficiente de variación. Además, se realizó análisis de regresión entre los años (variable independiente) y los indicadores climáticos (variable dependiente). Se seleccionó la mejor expresión al tener en cuenta el mayor valor del coeficiente de Pearson y alta significación. Además, se emplearon lo datos de altura y rendimiento de Cenchrus purpureus publicados en Cuban Journal of Agricultural Science para conocer el efecto de los factores climáticos en las décadas de 1970 y 2000. Para todo lo anterior se utilizó el programa SPSS (^{Visauta 2007}).

Resultados

Las precipitaciones de cada década disminuyeron en la medida que transcurrió el tiempo. Las diferencias entre las décadas 1970-1979 y 2000-2009 fueron de 69.2, 62.6 y 132 mm de lluvias para el período lluvioso, poco lluvioso y anual, respectivamente. Las precipitaciones por década tuvieron alta varianza y bajo coeficiente de variación. Se apreció que el por ciento de lluvia en el período poco lluvioso tendió a disminuir con el tiempo. Se ajustó una ecuación de regresión lineal entre la lluvia y los años para cada etapa. El coeficiente de Pearson fue altamente significativo para las tres expresiones y la mayor pendiente se registró en la expresión del año, mientras que la menor fue para el período poco lluvioso (tabla 1).

Table 1 Performance of rains in the period between 1967 and 2013 

( ) percent of the total

El número de días con lluvias disminuyó en los dos períodos estacionales y en el año con valores que oscilaron entre 11.0 y 12.7 días. La desviación estándar, varianza y coeficiente de variación para el año fueron de 5.73, 32.78 y 9.59 %, respectivamente. Las ecuaciones de regresión lineal entre el número de días con lluvia y los años mostraron coeficientes de Pearson altamente significativos para las tres expresiones y la mayor pendiente negativa se registró en el período lluvioso, mientras que la menor fue para el poco lluvioso (tabla 2).

Table 2 Values of the number of days in the period between 1967 and 2013 

La temperatura máxima en los dos períodos estacionales y en el año mostró tendencia al incremento que osciló entre 1.2 y 3.0 °C siendo esta variación más significativa en el período poco lluvioso. Los valores para la desviación estándar, varianza y coeficiente de variación para el año fueron de 0.60, 0.36 y 1.88 %, respectivamente. Las relaciones entre la temperatura máxima y los años mostraron coeficientes de Pearson altamente significativos para las tres expresiones y la mayor pendiente se registró en el período poco lluvioso, mientras que la menor fue para el año (tabla 3).

Table 3 Variations of maximum temperature between 1967 and 2013 

El número de días con temperatura máxima mayor de 27 °C aumentó en los dos períodos estacionales y en el año. El incremento varió entre 21.5 y 56.7. Los valores para la desviación estándar, varianza y coeficiente de variación para el año fueron de 15.25, 232.75 y 10.32 %, respectivamente. Las relaciones entre el número de días con temperatura máxima mayor de 27 °C y los años mostraron coeficientes de Pearson altamente significativos para las tres expresiones y la mayor pendiente se registró en el año, mientras que la menor fue para el período poco lluvioso (tabla 4).

Table 4 Fluctuations of number of days with maximum temperature higher than 27 °C between 1967 and 2013 

La temperatura mínima en los dos períodos estacionales y en el año mostró tendencia al incremento que osciló entre 0.8 y 3.0 °C, siendo esta más significativa en el período lluvioso. Los valores para la desviación estándar, varianza y coeficiente de variación para el año fueron de 0.61, 0.44 y 2.5 %, respectivamente. Las ecuaciones de regresión entre la temperatura mínima y los años mostraron coeficientes de Pearson altamente significativos para las tres expresiones y la mayor pendiente se registró en el año, mientras que la menor fue para el período poco lluvioso (tabla 5).

Table 5 Development of minimum temperature between 1967 and 2013 

El número de días con temperatura mínima menor de 15 °C, sólo presente en el período poco lluvioso, disminuyó hasta la década 2010 y ese decrecimiento fue de 13.5 días. Los valores para la desviación estándar, varianza y coeficiente de variación fueron de 7.33, 53.77 y 14.59 %, respectivamente (tabla 6). La ecuación de regresión entre este indicador y los años se representa por Y=63.35 - 5.23X, r= -0.92, P=0.0001

Table 6 Values of the number of days with the lowest minimum temperature of 15 °C in the dry season in the period between 1967 and 2013 

La temperatura media en los dos períodos estacionales y en el año mostró tendencia al incremento que osciló entre 1.4 y 2.4 °C, siendo esta más significativa en el período lluvioso. Los valores para la desviación estándar, varianza y coeficiente de variación para el año fueron de 0.61, 0.44 y 2.50 %, respectivamente. Las relaciones entre la temperatura media y los años mostraron coeficientes de Pearson altamente significativos para las tres expresiones y la mayor pendiente se registró en el período poco lluvioso, mientras que la menor fue para el año (tabla 7).

Table 7 Performance of mean temperature in the period between 1967 and 2013 

En la tabla 8 se presenta la altura (cm) y el rendimiento (tMS/ha) de Cenchrus purpureus calculado mediante ecuaciones de regresión con los factores climáticos individuales para las décadas 1970 y 2000. En términos generales, se aprecia que al existir cambios en los indicadores del clima hubo influencia negativa en los indicadores agronómicos estudiados, ya que las plantas presentaron mayor altura y menor rendimiento en la década del 2000.

Table 8 Height and comparative yield of Cenchrus purpureus in two decades 

Discusión

Es importante señalar dos aspectos que facilitan la comprensión de la presente información. Primero, aunque se tomó el periodo 1967-1969 este solo es un elemento comparativo del inicio del registro de los datos, algunos de los cuales hubo necesidad de estimarlos pues las series de los meses no estaban completas. En segundo lugar, en el periodo 2010-2013 la información estaba completa, pero al igual que en el caso anterior, solo eran tres años y no es tiempo suficiente para establecer el comportamiento de algún indicador del clima. En ambos casos, una etapa inicial y final de tres años puede servir de elemento, con cautela, comparativo de referencia.

La literatura nacional no es amplia en este campo. Sin embargo, el Instituto de Meteorología de Cuba emite boletines periódicos sobre indicadores climáticos y presta particular importancia a los registros municipales y provinciales. También en el Atlas de Cuba (^{Anon 1985}) se puede encontrar información relacionada con el país.

Si se tiene en cuenta que la etapa comprendida entre 1970 y 2009 consta de 40 años de información de las variables climáticas estudiadas, esto permite hacer la evaluación rigurosa de su evolución en el tiempo y puede servir de línea base para investigaciones futuras.

La disminución de la lluvia a través del tiempo se apreció claramente en el comportamiento de las ecuaciones, así como en los valores de los interceptos con el eje Y y de las pendientes, lo que determinó que en la etapa estudiada el valor de las lluvias disminuyera en 132.6 mm, pero también existe reducción de 12.6 días con lluvia.

^{Álvarez et al. (2012)} al estudiar la distribución de las lluvias por meses en cada década de la etapa 1970-2009 encontraron que entre mayo y septiembre ocurrían precipitaciones superiores a los 150 mm/ mes y valores inferiores en el resto de los meses. Por otro lado, las curvas de distribución de las lluvias por meses de cada década fueron diferentes, con cierta tendencia a disminuir en la medida que transcurrió el tiempo. Lo mismo sucedió cuando realizaron el análisis por año o por período estacional. Similar comportamiento presentó el número de días con lluvias.

Los resultados de la presente investigación guardan relación con los estudios realizados por ^{Gutiérrez (1993)}, ^{Lapinel (1997)} y ^{López et al. (2015)} quienes señalaron la variable distribución de las precipitaciones e indicaron que la disminución del régimen de lluvias implica desarrollar estrategias para el uso eficiente del agua, aspecto de vital importancia en el sector agrícola.

La temperatura máxima aumentó 1.2, 3 y 1.2 °C en el año, período poco lluvioso y lluvioso, respectivamente. Esto se observa claramente al comparar el valor de la referida temperatura en la etapas 1967-1979 y 2010-2013 (29.8 vs 28.5 °C). Esto indica que la última etapa alcanzó el 95 % de la temperatura inicial. Todo lo anterior se reafirma en el comportamiento del número de días con temperatura máxima mayor de 27 °C, la que registró incrementos de 21.5, 36.9 y 56.7 días en el período poco lluvioso, lluvioso y anual, respectivamente. Además, este valor está al 107 % al comparar 2010-2013 vs 1967- 1970. Además, estos valores se encuentran dentro del rango de la marcha de la temperatura informado por ^{Fonseca-Rivero et al. (2018)} para Cuba.

La temperatura mínima aumentó 0.8, 3.0 y 1.4 °C en el año, período lluvioso y poco lluvioso, respectivamente. Esto se corresponde con el incremento de la temperatura máxima y también con la disminución del número de días con temperatura mínima menor de 15 °C,que en el período estudiado fue de 13.5 dias. Además, la temperatura mínima de la etapa 2010-2013 representa el 85 % de la alcanzada en el período 1967-1970.

La temperatura media también se incrementó con el transcurso de los años en 1.4, 2.4 y 1.9 °C para el período lluvioso, poco lluvioso y año, respectivamente. Además, los valores de 1967-1970 y 2010-2013 son similares (23.7 y 23.8 °C, respectivamente). Por otro lado, ^{Fonseca-Rivero et al. (2018)} reportaron que la temperatura media en Cuba en 1951 fue de 25 °C, aproximadamente, y en 2016 ascendió, aproximadamente, hasta 26 °C. Los valores de la presente investigación son ligeramente inferiores y pueden estar relacionados al área geográfica donde se encuentra ubicada la estación meteorológica (llanura Habana-Matanzas) caracterizada por menores temperaturas mínimas y medias que el resto del país.

En este estudio se incluyeron algunos indicadores que no son de uso frecuente en Meteorología pero que revisten especial importancia para el estudio de los pastos. Así, las precipitaciones expresado por el número de días con lluvia ofrecerá la posible distribución del grado de humedad del suelo y la disponibilidad de agua para los pastos; el número de días con temperatura máxima mayor de 27 °C permitirá conocer la existencia de temperatura óptima para su crecimiento y desarrollo, mientras que el número de días con temperatura mínima menor de 15 °C accederá a conocer las condiciones desfavorables para la producción de biomasa forrajera (^{Herrera 2008}).

Varios trabajos han evidenciado la influencia que ejercen algunos indicadores del clima en los pastos de gramíneas. Así, ^{Álvarez et al. (2013)} en clones de Cenchrus purpureus, ^{Herrera et al. (2013)} en seis especies de pastos, ^{Ramírez et al. (2013)} en Brachiaria decumbens, ^{Herrera y Ramos (2015)} en dos variedades de Cenchrus purpureus (Napier y King grass) y ^{Ramírez et al. (2016)} en Megathyrsus maximus encontraron coeficientes de Pearson entre el rendimiento y las temperaturas y las lluvias específicos para cada variedad en cada estación climática. Similar respuesta encontraron cuando estas relaciones se establecieron con los indicadores de la calidad (proteína, fibras y digestibilidad, entre otros).

Por otro lado, ^{Ramírez et al. (2011a)} en Megathyrsus maximus vc. Tanzania, ^{Ramírez et al. (2011b)} en Cenchrus purpureus vc. Cuba CT-169 y ^{Álvarez et al. (2013)} y ^{Herrera et al. (2016)} en clones de Cenchrus purpureus informaron ecuaciones de regresión múltiples entre el rendimiento o la calidad y los indicadores del clima. En todos los casos las ecuaciones no tenían elevados coeficientes de Pearson, estaban integradas por varios indicadores climáticos y eran específicas para cada pasto en cada período estacional.

También se han realizado estudios en leguminosas y arbustivas, en menor extensión que en las gramíneas, para relacionar la composición química o metabolitos secundarios con los indicadores del clima. En este sentido ^{Verdecia et al. (2014)} lo realizaron con la composición bromatológica de seis leguminosas forrajeras, ^{Herrera et al. (2017a)} relacionaron los metabolitos secundarios de Leucaena leucocephala y ^{Herrera et al. (2017b)} con la composición química de Tithonia diversifolia. Los resultados fueron similares a los obtenidos con las gramíneas, pero con diferentes valores del coeficiente de Pearson.

Es bueno señalar que los resultados que se presentan en la tabla 8 se obtuvieron en el contexto teórico siguiente: se tomó la información publicada, como se mencionó anteriormente, y se consideró el efecto individual de cada factor climático mediante ecuaciones de regresión sencillas con coeficientes de correlación superior a 0.75. Estos datos indican a priori la respuesta fisiológica de esta planta ante el cambio climático, que ya está presente, pues al comparar la información de las décadas se pudo apreciar que en los 10 años del 2000 hubo mayor valor de la temperatura máxima, mínima, media, número de días temperatura mínima < 15 °C, de días y número de días temperatura máxima > 27 °C, así como menores precipitaciones y número de días con lluvias comparado con la década de 1970. No obstante, estos son datos preliminares que tienen que ser considerados con cautela, pero indican cual puede ser el futuro y la respuesta de los pastos al cambio climático.

La información aquí presentada permite disponer del comportamiento de siete indicadores del clima (lluvia total, número de días con lluvia, temperatura máxima, número de días con temperatura máxima mayor de 27 °C, temperatura mínima, número de días con temperatura mínima menor de 15 °C y temperatura media) en un lapso de 40 años, lo cual pudiera servir como línea base para estudios futuros. Además, se evidenció que en la etapa estudiada los valores de los factores climáticos se modificaron, unos aumentaron y otros disminuyeron, indicando que el cambio climático ya está establecido.

Por otro lado, se cuenta con información rigurosa que puede ser empleada en investigaciones relacionadas con la selección de futura especies y variedades de pastos tolerantes a las altas temperatura y déficit hídricos, así como de cultivos de importancia económica para la ganadería y la nutrición animal.

En la presente investigación se evidenció la variabilidad de los indicadores climáticos, por lo que es preciso realizar futuras investigaciones que ofrezcan continuidad, en el tiempo, a los resultados aquí obtenidos e incluir otros indicadores como duración, intensidad y calidad de la radiación, y humedad relativa, entre otros. Además, es imprescindible establecer expresiones matemáticas de fácil utilización y comprensión, ya sea para cada especie o variedad, que permitan establecer el comportamiento de los pastos (rendimientos, composición química) relacionados con los indicadores del clima y determinar modelos matemáticos que permitan predecir el comportamiento de los pastos en escenarios climáticos futuros.

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Recibido: 02 de Agosto de 2018; Aprobado: 07 de Septiembre de 2018

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