El agua es un recurso inapreciable y limitado, aunque parece abundante, por cubrir tres cuartas partes de la superficie de la tierra, solo una pequeña porción de agua dulce es aprovechable. Del total aprovechable casi el 70% es utilizada en la producción de alimentos (Roque et al., 2006ROQUE, R.R.; ALEMÁN, C.; ROVIROSA, N.: “Uso de las máquinas de pivote central en el riego con aguas residuales”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 15(1): 47-50, 2006, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.).
La producción mundial de alimentos depende del agua, no solo en forma de precipitación, sino también, en forma de recursos hídricos para el riego. De hecho, las tierras de regadíos, que se presentan solo un 18% de las áreas cultivables en el mundo, producen 1000 millones de toneladas de cereales al año, que representan aproximadamente la mitad del suministro total mundial; ello se debe a que los cultivos de regadío producen, en promedio, entre dos y tres veces más que los cultivos dependientes de la lluvia (Bates et al., 2008BATES, B.; KUNDZEWICZ, Z.W.; WU, S.; PALUTIKOF, J.: Climate Change and Water., Inst. IPCC Secretariat, Technical Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Geneva, Switzerland, 210 p., 2008.).
El Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos según Acosta y Holzman (2015)ACOSTA, G.O.; HOLZMAN, M.: Boletín hidrológico web| Número 15, Inst. Instituto Nacional de Recursos Hidráulico, La Habana, Cuba, 2015., como entidad rectora del agua en Cuba, tiene la responsabilidad de realizar el balance de agua como un instrumento de planificación para medir la eficiencia en el consumo estatal y privado, según la disponibilidad del recurso, a partir, de lo previsto en el lineamiento 300 de la Política Económica y Social de Partido y la Revolución.
Un análisis de la demanda de agua asignada para las actividades agrícolas del Ministerio de la Agricultura (Minag) de Cuba en el periodo comprendido entre el 2007 y el 2010 reflejó que en el 2007 el agua total asignada para las actividades agrícolas del Minag constituía el 36% del total del país mientras que ya en el 2010 y 2011 este porciento asciende a 44 y 47% respectivamente (Acosta y Holzman, 2015ACOSTA, G.O.; HOLZMAN, M.: Boletín hidrológico web| Número 15, Inst. Instituto Nacional de Recursos Hidráulico, La Habana, Cuba, 2015.).
En Cuba, el riego es un factor potenciador de los rendimientos ya que la distribución no homogénea de las precipitaciones imponen un periodo seco en el año (de noviembre a abril) donde solo ocurre como media el 23% de la precipitación anual según Rodríguez (2006)RODRÍGUEZ, R.: “Nuevos logros en el estudio de la pluviosidad en Cuba Mapa Isoyético para el período 1961-2000”, Voluntad Hidráulica, 98: 2-14, 2006, ISSN: 2227-8761. y este periodo coincide con el óptimo para el crecimiento y desarrollo de la mayoría de los cultivos agrícolas fundamentalmente de ciclo corto, además es conocido que la agricultura bajo riego en Cuba puede llegar a incrementar entre un 15 y 50% en las áreas de secano, cuestión importante para la contribución a la seguridad alimentaria (Duarte et al., 2015DUARTE, D.C.; HERRERA, P.J.; LÓPEZ, S.T.; GONZÁLEZ, R.F.; ZAMORA, E.: “Nuevas normas netas de riego para los cultivos agrícolas en Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 5(4): 46-51, 2015, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761.).
Resulta de gran utilidad para estos estudios los Modelos Climáticos como herramienta para explorar la posible evolución futura del clima, derivados de los escenarios de posibles emisiones de gases de efecto invernadero según Centella (2017)CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos, Parte 1 y 2, Instituto de Meteorología (INSMET), La Habana, Cuba, 2017., los cuales describen un estado probable del sistema climático ante uno o más tipos de forzamientos, según los expertos de cambio climático los escenarios RCP son un instrumento básico para analizar de qué manera influirán las fuerzas determinantes en las emisiones futuras de gases de efecto invernadero.
La utilización de programas de cómputos como el CROPWAT, para la modelación de los sistemas agrícolas permiten calcular las normas netas de riego para la zona occidental de Cuba durante el período 2020-2050, en función de los pronósticos de variabilidad climática en el país que sean capaces de suplir las necesidades hídricas del sorgo, con la utilización de los datos climáticosdel Instituto de Meteorología, tomando como referencia los nuevos escenarios de emisiones para el cambio climático que se han definido en el quinto informe del Panel Intergubernamental de Cambio Climático (Camino et al. (2014)CAMINO, R.E.; RUGGERONI, P.J.R.; HERNÁNDEZ, H.F.: “Quinto informe de evaluación del IPCC: Bases físicas”, Revista Tiempo y Clima, 5(43), 2014, ISSN: 2340-6631. y forman parte de la familia denominada Vías de Concentración Representativa (RCP por sus siglas en inglés).
Las cuatro trayectorias RCP comprenden un escenario en el que los esfuerzos en mitigación conducen a un nivel de forzamiento muy bajo (RCP 2.6), 2 escenarios de estabilización (RCP 4.5 y RCP 6.0) y un escenario con un nivel muy alto de emisiones de GEI (RCP 8.5). Estos pueden contemplar los efectos de las políticas orientadas a limitar el cambio climático del siglo XX frente a los escenarios de emisión utilizados en el IPCC (2007)IPCC: Climate Change The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.) ]., Inst. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, US, 2007. (denominados SRES, por sus siglas en inglés) que no contemplaban los efectos de las posibles políticas o acuerdos internacionales tendentes a mitigar las emisiones.
Como parte de los trabajos realizados en el área de investigación del Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, en apoyo a la toma de decisiones en el sector de los recursos hídricos y la agricultura, el presente trabajo tiene como objetivo determinar las normas netas de riego a futuro del sorgo en la zona occidental de Cuba teniendo en cuenta dos escenarios en función de la variabilidad y cambio climático hasta el 2050.
La presente investigación se realizó en la zona occidental de Cuba. Los datos de la base experimental de suelo y cultivo se tomaron de la Estación Experimental de Ingeniería Agrícola, en Alquízar. El trabajo abarcó el periodo del 2020 al 2050, teniendo en cuenta la disponibilidad de los datos climáticos de los nuevos escenarios RCP (Trayectoria de Concentración Representativa).
Para la zona de estudio occidental se tuvo en cuenta las características climáticas del área experimental de Alquízar, provincia Artemisa, donde se hicieron las investigaciones de campo, tomando como referencia la estación meteorológica de Güira de Melena. Tiene como coordenadas geográficas 22,68° latitud norte y 82,58° longitud oeste, a una altura de seis metros sobre el nivel del mar. Las temperaturas en la zona sondel orden de los 23 hasta los 30°C con una temperatura media anual que oscila entre los 23 a 25 °C, asociada por la presencia de un relieve totalmente llano. Los suelos que predominan en la zona son Ferralíticos Rojos con textura arcillosa del tipo 1:1 con un buen drenaje en general, además una porosidad elevada, un peso específico que fluctúa alrededor de los 2,7 g cm-3 y la capacidad de campo sobre la base del suelo seco es de 33,9%, mientras que la densidad aparente es de 1,06 gcm-3 (Herrera et al., 2018HERRERA, P.J.; GONZÁLEZ, R.F.; DÍAZ, P.Y.: “Consumo de agua y coeficientes de cultivo en el sorgo de grano (Sorgum vulgare L. Monech)”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(3): 25-30, 2018, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761.).
La velocidad de infiltración oscila desde media a alta, registrándose como máxima tasa de infiltración básica la lluvia 50 mm día según (Cid et al., 2012CID, L.G.; LÓPEZ, S.T.; GONZÁLEZ, R.; GARCÁ, P.J.D.; RUIZ, P.M.E.: “Características físicas que definen el comportamiento hidráulico de algunos suelos de Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 2(2): 25-31, 2012, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761.). En general se puede decir que son suelos de buena estructura y muy productivos. Los estudios que se presentan en el documento pueden considerarse como representativos de toda la región occidental según estudios realizados por Planos et al. (2012)PLANOS, E.O.; RIVERO, R.; GUEVARA, V.: “Impactos del cambio climático y medidas de adaptación en Cuba”, Anales de la Academia de Ciencias de Cuba, 2012, ISSN: 2304-0106..
Para determinar los requerimientos hídricos a futuro del cultivo del sorgo se utilizó el programa CROPWAT de Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.; RAES, D.; SMITH, M.: “Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos”, Food & Agriculture Org., 298(0), 2006., versión 8.0, donde se utilizaron variables de cultivo y suelo a futuro a partir de las investigaciones en la zona.
El balance hídrico se estableció entre los meses de noviembre a abril, que corresponde al período poco lluvioso del año según Rodríguez (2006)RODRÍGUEZ, R.: “Nuevos logros en el estudio de la pluviosidad en Cuba Mapa Isoyético para el período 1961-2000”, Voluntad Hidráulica, 98: 2-14, 2006, ISSN: 2227-8761., coincidente con la campaña de riego. Se estimó la Evapotranspiración de referencia (ET0) mediante la ecuación FAO-Penman-Monteith, la Evapotranspiración del cultivo (ETc) con el método del Coeficiente Único del Cultivo Allen et al. (2006)ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.; RAES, D.; SMITH, M.: “Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos”, Food & Agriculture Org., 298(0), 2006., la precipitación efectiva de acuerdo al método de USDA ya que este es el más recomendado por la FAO según Allen (2006)ALLEN, G.R.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Food & Agriculture Org. (FAO), vol. 56, 2006, ISBN: 92-5-304219-2..
Las variables climáticas para el cálculo de la evapotranspiración de referencia, son las representativas de las coordenadas 22,50° latitud norte y 82,00° longitud oeste, como la más cercana a las coordenadas geográficas.
Se seleccionó el escenario RCP 4.5 (Trayectoria de Concentración Representativa 4.5), modelado y caracterizado agroclimáticamente según proyecciones futuras para los municipios de Cuba por Vázquez (2019)VÁZQUEZ, R.J.: Modelación y caracterización agroclimática según proyecciones futuras para los municipios, Inst. Instituto de Meteorología, BASAL, La Habana, Cuba, 2019., considerado como un escenario medio o equilibrado entre las fuentes fósiles y no fósiles y desestabilización que puede contemplar los efectos de las políticas orientadas a limitar el cambio climático del siglo XX, frente a los escenarios SRES. El cual se comparó con el escenario Echam 5A1b recomendado por IPCC 2000IPCC: Escenarios de emisiones, Inst. IPCC, Informe especial del IPCC, Ginebra. Suiza, 2000. y Centella (2017)CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos, Parte 1 y 2, Instituto de Meteorología (INSMET), La Habana, Cuba, 2017. y se considera como un perfil moderado dentro de los SRES según Bezanilla et al. (2016)BEZANILLA, A.; CENTELLA, A.; ROQUE, A.; BORRAJERO, I.; DÍAZ, Y.: Generación de escenarios climáticos a futuro de Alta resolución sobre Cuba, el Caribe y territorios adyacente, Inst. Instituto de Meteorología (INSMET), La Habana, Cuba, 2016..
Para el estudio se empleó el cultivo sorgo ( Sorghum bicolor L. Moench ), tolerante a la sequía y se adapta bien a las condiciones de Cuba según Herrera et al. (2018)HERRERA, P.J.; GONZÁLEZ, R.F.; DÍAZ, P.Y.: “Consumo de agua y coeficientes de cultivo en el sorgo de grano (Sorgum vulgare L. Monech)”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(3): 25-30, 2018, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761..
En el programa CROPWAT (versión 8.0), se introdujeron los siguientes datos obtenidos por Herrera et al. (2018)HERRERA, P.J.; GONZÁLEZ, R.F.; DÍAZ, P.Y.: “Consumo de agua y coeficientes de cultivo en el sorgo de grano (Sorgum vulgare L. Monech)”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(3): 25-30, 2018, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761.:
El ciclo vegetativo de este cultivo es de 95 días (15 días etapa inicial, 21 días etapa de desarrollo, 35 días etapa intermedia y 24 días etapa final), el día de inicio de la siembra es el 13 de diciembre.
La profundidad radicular máxima del cultivo es de 40 cm.
La altura de cultivo es de 2 m
El umbral de riego para todas las etapas de desarrollo fue de 45%.
La eficiencia del sistema de riego es del 80%.
Se usó un coeficiente de cultivo (Kc) para la etapa inicial de 0,40, para la etapa intermedia de 1,70 y para la etapa final de 0,80.
El coeficiente de respuesta sobre el rendimiento (Ky) en el periodo vegetativo utilizado fue de 0,20, en el periodo de floración de 0,50, en el periodo de formación del fruto de 0,45, en el periodo de maduración de 0,20 y el total de 0,90.
La profundidad del suelo es de un metro.
El punto de marchitez permanente (PMP) es de 22,8%.
La capacidad de campo del suelo es de 33,9%.
La densidad aparente es de 1,06 g cm-3.
A partir del análisis se pudo evaluar el comportamiento del año representado por el período de siembra óptima del sorgo (diciembre-abril) para las variables ET0 y precipitaciones.
En la Figura 1 se aprecian los valores de la evapotranspiración de referencia para el periodo 2020- 2050 en la zona occidental en el escenario RCP 4.5 cuyo rango de valores oscila entre 38,3 y 47,8 mm/decenas (valor mínimo y máximo respectivamente).
Los resultados mostrados en la Figura 1 se encuentran por encima de los obtenidos por Valdés (2017)VALDÉS, V.P.J.: Predicción de las normas netas del riego del cultivo de frijol común en la zona occidental de Cuba, Universidad Agraria de La Habana, Trabajo de diploma en opción al título de Ingeniero Agrícola, San Jose de las Lajas, Mayabeque. Cuba, 2017. en su análisis de la misma zona occidental cuyo rango de valores de ET0 es de 2,00- 2,58 mm/día, cuyos datos de orígenes fueron los del escenario A2 del Echam 4 del modelo Regional PRECIS. Con independencia de que la utilización de los RCP 4.5 en éste trabajo, son los que mejores califican las condiciones futuras del clima cubano según Centella, 2017CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos, Parte 1 y 2, Instituto de Meteorología (INSMET), La Habana, Cuba, 2017. y Vázquez (2019)VÁZQUEZ, R.J.: Modelación y caracterización agroclimática según proyecciones futuras para los municipios, Inst. Instituto de Meteorología, BASAL, La Habana, Cuba, 2019.; se aprecia que aún para el escenario medio los valores de la evapotranspiración de referencia estimada en el programa CROPWAT, exceden a los obtenidos con el escenario A2 y B2 que son más agresivos y el medio dentro de la familia de escenarios que prácticamente se usaban recomendados por Nakicenovic et al. (2003)NAKICENOVIC, A.N.; GRÜBLER, S.; GAFFIN, T.T.; JUNG, T.; KRAM, T.; MORITA, H.; PITHER, K.; RIAHI, M.; SCHLESINGER, P.R.; SHUKLA, D.; VAN VUUREN, G.; DAVIS, L.; MICHAELIS, R.; SWART, N.; VICTOR, N.: “IPCC SRES revisited: A response.”, Energy and Environmental Science, 14(2-3): 187-214, 2003, ISSN: 1754-5692, e-ISSN: 1754-5706..
Se comparan en la Figura 2 las trayectorias de la ET0 calculada a partir de las variables climáticas de los escenarios climáticos de los RCP 4.5 y A1b de los SRES considerados los que mejor cualifican las condiciones futuras del clima cubano según Centella (2017CENTELLA, A.: La estimación del clima futuro y los escenarios climáticos, Parte 1 y 2, Instituto de Meteorología (INSMET), La Habana, Cuba, 2017. y Vázquez (2019)VÁZQUEZ, R.J.: Modelación y caracterización agroclimática según proyecciones futuras para los municipios, Inst. Instituto de Meteorología, BASAL, La Habana, Cuba, 2019.. Ambos representan un mundo de clima cambiante equilibrado, aunque a nivel regional y el otro global. Con estas nuevas adiciones de RCP, disminuyen las incertidumbres asociadas a la generación de escenarios de cambio climático.
En los 30 años de estudio la tendencia es que la ET0 para RCP 4.5 tendrá un valor total de 1297,5 mm y 41,8 mm/decenas como promedio y si se realiza un análisis año a año se aprecia que el 93% de estos, sobrepasa a la ET0 de Echam 5A1b, la cual posee similar comportamiento, pero de 906,9 mm y 29,2 mm/decenas como promedio. Tal resultado podría deberse a que las variables de los RCP al ser tomadas de forma regional son específicas del lugar de estudio y posiblemente más reales al no estar sometidas a un conjunto globalizado.
Se establece una diferencia de 30% de las pérdidas de agua por demanda evaporativa de la atmósfera proporcionada por la ET0 del RCP 4.5, en relación con la ET0-Echam 5A1b. Esto sucede porque los valores de la evapotranspiración de referencia del escenario RCP 4.5 son mayores con respecto al escenario Echam 5A1b.
Resultados similares fueron obtenidos por Duarte et al. (2018)DUARTE, D.C.; VALDÉS, P.J.; HERRERA, P.J.; ZAMORA, E.: “Predicción de normas netas de riego del frijol común en la zona occidental de Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 8(2): 41-47, 2018, ISSN: 2306-1545, e-ISSN: 2227-8761. en trabajos realizados en la misma zona para el cultivo del frijol, donde se evidencia que el clima está sufriendo modificaciones que apuntan hacia la aparición de los efectos de un cambio climático global según las proyecciones de los escenarios RCP 4.5 y Echam 5A1b. Se presentará un clima cada vez más árido provocado por el incremento de las temperaturas y la disminución de las precipitaciones lo que conlleva el aumento de la evapotranspiración de referencia.
En las Figuras 3 y 4 se analiza la relación entre la evapotranspiración de referencia y las precipitaciones para cada escenario estudiado, con vistas a evaluar si éstas últimas serán capaces de suplir la demanda evaporativa de la atmósfera y aportar lo suficiente para el desarrollo del cultivo de sorgo, y además, conocer la disponibilidad de agua con que se cuenta para establecer el manejo hídrico más adecuado sin afectar la producción del grano.
La Figura 3, muestra la tendencia entre el año 2020 y el 2050 en el comportamiento entre la evapotranspiración de referencia y las precipitaciones evaluadas año a año en el escenario RCP 4.5. Se aprecia que la ETo para todos los años se encuentra por encima de la curva precipitación, lo cual es indicativo de que las precipitaciones ocurridasno cubrirán las demandas climáticas, constituyendo un riesgo a nivel local para la agricultura futura, de acuerdo a los niveles crecientes del clima cambiante.
Las precipitaciones se mantienen en un rango de 12,5 y 38,1 mm/decenas como valor mínimo y máximo respectivamente durante todo el período evaluado. Se demuestra que será indispensable suplir las deficiencias hídricas con el riego, de forma eficiente en cuanto al volumen aplicado, así como en cuanto al sistema de riego utilizado dada la poca disponibilidad de agua que se tendrá.
Diferente comportamiento se observó en la Figura 4, en la que se presentan los resultados de la evapotranspiración de referencia y las precipitaciones según información del escenario Echam5A1b evaluadas año a año.
Se aprecia que la ET0-Echam 5A1b para casi todos los años se encuentra por debajo de la curva precipitación, lo que indica que, con excepción de los años 2037, 2040 y 2050 representando el 9,6 % de los 30 años analizados no representa un aporte hídrico que supere la demanda climática.
Las precipitaciones se mantienen en un rango de 34,9 y 48,3 mm/decenas como valor mínimo y máximo, respectivamente.
La Figura 5 muestra las normas netas de riego estimadas para el cultivo del sorgo en cada escenario climático. Se aprecia que en el escenario RCP 4.5 la norma neta oscila entre un mínimo de 3983 m3 ha-1 y un máximo de 5076 m3 ha-1 y en el escenario Echam 5A1b las normas fluctúan entre 3255 m3 ha-1 y 5417 m3 ha-1 para el periodo 2020 al 2050 a corto y mediano plazo.
El comportamiento a tener en cuenta con la estimación de las normas netas del sorgo año a año difiere de las normas netas actuales para la zona occidental, la cual es del orden de los 2300 m3 ha-1, lo que permitirá predecir que la tendencia a que los años sean cada vez más secos aumentará la norma neta en más de 1000 mm con respecto a lo que actualmente se utiliza con incrementos de 120 y 135%. En sentido general es preciso considerar estos resultados para tener en cuenta con qué volumen de agua se va a disponer para establecer los manejos hídricos adaptativos más convenientes que garanticen la producción de sorgo en los próximos años.
La predicción de las normas netas de riego en el período 2020-2050, para el cultivo de sorgo sembrado en la zona occidental, permite definir que oscilarán entre 3983 - 5076 m3 ha-1 para su estimación en el escenario RCP 4.5 y entre 3255-5417 m3 ha-1 para el escenario Echam 5A1b, las que se incrementan entre 120 y 135% en relación a las que actualmente se utilizan.
La evapotranspiración de referencia estimada para el escenario RCP 4.5 se incrementa todos los años en el periodo evaluado por tanto, es necesario suplir las deficiencias hídricas con el riego mientras que en el escenario Echam 5A1b no se evidencia un aporte hídrico que supere la demanda climática, con excepción de los años 2037, 2040 y 2050 que representan el 9,6% de los 30 años analizados.
Las normas netas de riego estimadas para el cultivo de sorgo de la zona occidental necesitarán un manejo hídrico adaptativo por las diferencias estimadas en más del 100% con respecto a la norma de riego actual.