[I] Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, San José de Las Lajas, Mayabeque, Cuba.
[II] Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas. Departamento Manejo de Agroecosistemas
Sostenibles, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
[III] Estación Territorial de Investigaciones de Granos Sur del Jíbaro-Sancti Spíritus, La Sierpe, Sancti Spíritus.
[IV] Instituto de Meteorología. Departamento de Agrometeorología, Casablanca, Regla, La Habana, Cuba.
[*] Author for correspondence: Juan del Valle-Moreno, e-mail: juan@unah.edu.cu
ABSTRACT
The
definition of regression models for estimating the productivity of
irrigated rice arises from the analysis of the relationship between the
decrease in rice crop yields (Oryza sativa L) and climatic
variables in certain fixed growth periods. For this reason, this work
was intended to estimate the crop yield of irrigated rice varieties
based on different climatic variables. Crop yield data were taken from
experimental trials conducted by the Grains Territorial Research Station
Sur del Jíbaro (belonging to the Grain Research Institute). Further, in
the grain ripening phenophase, data on climatic variables were
collected: air temperature (maximum, minimum, average) and relative
humidity. The statistical processing was executed in the SPSS software
version 21 on Windows by means of the multiple linear regression
analysis (stepwise method) and once the regression equations were
obtained, the estimation of the crop yield by interpolation was
executed. The results showed that the variables air temperature and
relative humidity have a significant effect on the crop yield of rice in
Cuba and with the increase in the temperature by 1 ° C of the maximum
and minimum temperature, there are effects that range between 4% and 11%
in rice crop yield.
Rice (Oryza sativa L) is a crop with high demand for world food and its production reaches more than 700 million tons (Méndez del Villar, 2019). Cuba is one of the highly consuming nations of this cereal, which amounts to 80.38 kg / person / year.
Part
of the national production comes from the Agroindustrial Grains
Enterprise "Sur del Jíbaro" which is located in La Sierpe Municipality
(Sancti Spíritus Province) and this entity is the second largest
producer in the country, although the negative effects of climate change
have caused the productivity loss of rice crop (Zedeño et al., 2016).
Different
researchers have examined the relationship between the decrease in rice
crop yields and climatic variables such as air temperature and solar
radiation at certain fixed periods of rice growth, which lead to the
definition of regression models for productivity estimation of irrigated
rice (Pedro Júnior et al., 1995; Steinmetz et al., 2013 and Macedo, 2014).
On the other hand, in the evaluation of agrometeorological conditions for rice production in Cuba, Delgado (2012)
considers that the combined action of climatic variables such as
temperature, relative humidity, wind strength, solar brightness and
rainfall have a determining effect on rice cultivation under production
conditions. In this regard, Rivero-Vega et al. (2018)
report that the decrease in temperature and the decrease in solar
radiation lead to an increase in the potential yields of rice.
Considering
the aspects discussed above, this research work was carried out with
the objective of estimating crop yields of irrigated rice varieties
depending on different climatic variables.
The
research was conducted during the period July / 2011-July / 2012 in the
experimental areas of the GrainsTerritorial Research Station Sur del
Jíbaro, located at 21 ° 41'3 "north latitude and 79 ° 11'6" west
longitude at an elevation of 30 meters above sea level, sowing the
varieties monthly under flooding conditions in a Gleysol Vertico soil (Hernández et al., 2015).
Soil
preparation was done with direct puddling technology and the method of
direct broadcast sowing of pregerminated seed was used with a standard
sowing of 120 kg ha-1. Pregermination seed and cultural
attentions were carried out according to the technical recommendations
of rice crop in Cuba defined by the Instituto de Investigaciones del Arroz (2008). Experimental plots size was 100 m2 with a calculation area of 75 m2, arranged in random blocks for each treatment (months) with five replications.
For the precision of a development period of rice plant, the grain ripening phenophase was considered according to Yoshida & Parao (1976), which was determined under field conditions according to the current methodology for this crop (CIAT, 1980).
Daily
recording of climatic variables carried out compiling weather data: air
temperature (maximum, average and minimum) in ° C and relative humidity
(%), in the duration of the phenophase analyzed, taking the
Meteorological Station as a reference. No. 78 341, located at the
geographic coordinates 79.191581 North Latitude and 21.691545 West
Longitude and elevation of 30 meters above sea level in El Jibaro Town
of La Sierpe Municipality, Sancti Spíritus Province.
Crop yield data in t ha-1
at 14 % humidity and climatic variables were tabulated in Microsoft
Excel 2003 program. Statistical processing was performed in SPSS version 21 program on Windows IBM Corporation (2011)
by multiple linear regression (stepwise method). In this way,
correlation coefficients were obtained with regression equations that
express relationship between climate and crop yield of the rice crop at
that site, as well as yield estimation by interpolation method.
The
results of the correlation - regression analysis in sowing months
between the main elements of the climate in Sur del Jíbaro (Sancti
Spíritus) are reflected in Table 1.
TABLE 1.
Main results of multiple linear regression (stepwise method) between the climatic variables and crop yield per variety
Variety
r
Signification
Equations
IACuba 31
0,818
0,021
Rend = 21,674 - 0,391*Tmáx - 0,060*Hr
IACuba 40
0,520
0,123
Rend = 7,079 - 0,164*Tmin
Jucarito 104
0,865
0,031
Rend = 2,914 - 0,466*Tmin + 0,468*Tmáx - 0,050Hr
Procequisa-4
0,839
0,050
Rend = - 2,808 - 1,276*Tmin - 0,205*Tmáx + 1,517*Tmed
Rend: Crop yield at 14 % humidity
Tmax: Air temperature (maximum)
Tmin: Air temperature (minimum)
Tmed: Air temperature (mean)
Hr: relative humidity
Generally, the correlation is acceptable
between crop yields with air temperature (maximum, average and minimum)
in Procequisa 4 variety. This result was also obtained in IACuba 31 and
Jucarito 104 varieties, where relative humidity constitutes one of the
factors associated with the expression of crop yield. In the case of the
IACuba 40 variety, the correlation between variables was regular.
Another
important aspect is that negative coefficients were obtained in linear
equations which expresses that, the increased value of the independent
variables, reduces crop yield (dependent variable). That is shown in the
estimation by means of linear equations in Figures 1, 2, 3 and 4.
FIGURE 1.
Crop yield estimation in IACuba 31 variety depending on Tmax variation and mean value Hr = 87.74 %.
FIGURE 2.
Crop yield estimation in IACuba 40 variety depending on Tmin variation.
FIGURE 3.
Crop yield estimation in
Jucarito 104 variety depending on Tmin variation, considering the mean
values of Hr = 90.11 % and Tmax = 31.44 °C.
FIGURE 4.
Crop yield estimation in Procequisa 4 variety depending on Tmin variation and the mean value Tmax = 31.44 ° C.
The nature of the statistical model that describes the relationship between the variables coincides with De Datta (1982) investigations where it is stated that low relative humidity influences the glume opening. Also, these results contrast with Franco & Ramírez (2000)
studies on the sowing schedule in rice crop at this site, where
relative humidity values were negatively correlated with crop yield.
Estimating
crop yields showed that this parameter decreases approximately 5% for
the variety IACuba 40, 10% for the variety IACuba 31, 13% for Procequisa
4 and Jucarito 104 varieties in increments of 1 °C produced from
maximum and minimum temperatures in cultivars analyzed for phenophase
maturation. These results are below that reported in the literature
where Mohandass et al.(1995) and Peng et al. (2004) assert that the decrease in rice productivity is above 14.5% and 15%, respectively, in these climatic conditions.
Biometrically,
it was shown that the variables air temperature and relative humidity
have a significant effect on the productivity of the rice crop.
The
decrease percentage of crop yields ranged between 5% and 11% for each
increase of 1 °C of the maximum and minimum temperatures, with greatest
effect involvement in Procequisa 4 and Jucarito 104 varieties.
ACKNOWLEDGEMENTS
This
work is part of the results from the project “Influence of sowing date
on crop yield and grain quality rice varieties with different cycle in
five locations in Cuba”. This project is executed by Grains Research
Institute. Thanks for the valuable support to the research.
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NOTES
[7]
The mention of trademarks of specific equipment, instruments or
materials is for identification purposes, there being no promotional
commitment in relation to them, neither by the authors nor by the
publisher.
NOTA TÉCNICA
Estimación del rendimiento agrícola del arroz (Oryza sativa l) en función de diferentes variables climáticas
[I] Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, San José de Las Lajas, Mayabeque, Cuba.
[II] Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas. Departamento Manejo de Agroecosistemas
Sostenibles, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
[III] Estación Territorial de Investigaciones de Granos Sur del Jíbaro-Sancti Spíritus, La Sierpe, Sancti Spíritus.
[IV] Instituto de Meteorología. Departamento de Agrometeorología, Casablanca, Regla, La Habana, Cuba.
[*] Autor para correspondencia: Juan del Valle-Moreno, e-mail: juan@unah.edu.cu
RESUMEN
La
definición de modelos de regresión para la estimación de la
productividad del arroz irrigado surge del análisis de la relación
existente entre la disminución de los rendimientos del cultivo del arroz
(Oryza sativa L) y las variables climáticas en determinados
períodos fijos del crecimiento. Por tal motivo, este trabajo tuvo la
finalidad de estimar el rendimiento agrícola de variedades de arroz de
riego en función de diferentes variables climáticas. Se tomaron los
datos del rendimiento agrícola procedentes de ensayos experimentales
conducidos por la Estación Territorial de Investigaciones de Granos Sur
del Jíbaro (perteneciente al Instituto de Investigaciones de Granos).
Además, en la fenofase de maduración del grano, se recopilaron los datos
de las variables climáticas: temperatura del aire (máxima, mínima,
media) y humedad relativa. El procesamiento estadístico se ejecutó en el
software SPSS versión 21 sobre Windows mediante un análisis de la
regresión lineal múltiple (método paso a paso) y una vez obtenidas las
ecuaciones de regresión, se ejecutó la estimación del rendimiento
agrícola por interpolación. Los resultados manifestaron que las
variables temperatura del aire y humedad relativa tienen efecto
significativo en el rendimiento agrícola del arroz en Cuba y con el
incremento de la temperatura en 1 °C de la temperatura máxima y mínima,
se producen afectaciones que oscilan entre el 4 % y 11 % en el
rendimiento agrícola del arroz.
Palabras clave:
análisis de regresión; cambio climático; regresión paso a paso; técnicas de predicción.
El arroz (Oryza sativa L) es un cultivo con alta demanda para la alimentación mundial y su producción alcanza más de 700 millones de toneladas (Méndez del Villar, 2019). Cuba es una las naciones altamente consumidoras de este cereal, que asciende a 80,38 kg/persona/año.
Parte
de la producción nacional, proviene de la Empresa Agroindustrial de
Granos “Sur del Jibaro” que se encuentra ubicada en el municipio de La
Sierpe (provincia Sancti Spíritus) y dicha entidad es la segunda
productora del país aunque los efectos negativos del cambio climático
han ocasionado la pérdida de la productividad del cultivo del arroz (Zedeño et al., 2016).
Diferentes
investigadores han examinado la relación existente entre la disminución
de los rendimientos del cultivo del arroz y las variables climáticas
tales como la temperatura del aire y la radiación solar en determinados
períodos fijos del crecimiento del arroz, que conducen a la definición
de modelos de regresión para la estimación de la productividad del arroz
irrigado (Pedro Júnior et al., 1995; Steinmetz et al., 2013; Macedo, 2014).
Por otra parte, en la evaluación de las condiciones agrometeorológicas para la producción arrocera en Cuba, Delgado (2012)
considera que la acción combinada de las variables climáticas
siguientes: temperatura, humedad relativa del aire, fuerza del viento,
brillo solar y precipitaciones tienen un efecto determinante en el
cultivo del arroz en condiciones de producción. Al respecto, Rivero-Vega et al. (2018)
refieren que el descenso de la temperatura y el decrecimiento de la
radiación solar conducen al incremento de los rendimientos potenciales
del arroz.
Considerando los aspectos
anteriormente expuestos, se desarrolló la investigación con el objetivo
de estimar el rendimiento agrícola de variedades de arroz de riego en
función de diferentes variables climáticas.
La
investigación se realizó durante el período Julio/2011-Julio/2012 en
las áreas experimentales de la Estación Territorial de Investigaciones
de Granos Sur del Jíbaro, localizado en los 21°41'3" Latitud Norte y
79°11'6" Longitud Oeste a una elevación de 30 msnm, realizándose
siembras mensuales de las variedades bajo condiciones de aniego en un
suelo Gleysol Vértico (Hernández et al., 2015).
La
preparación de suelo se hizo con la tecnología de fangueo directo y se
utilizó el método de siembra directa a voleo con semilla pregerminada a
una norma de siembra de 120 kg ha-1. La pregerminación de la
semilla y las atenciones culturales se efectuaron según las
recomendaciones técnicas del cultivo del arroz en Cuba definidas por el Instituto de Investigaciones del Arroz (2008). El tamaño de las parcelas experimentales fue de 100 m2 con un área de cálculo de 75 m2, dispuestas en bloques al azar para cada tratamiento (meses) con 5 repeticiones.
Para
la precisión de un período del desarrollo de la planta de arroz, se
consideró la fenofase de maduración del grano de acuerdo con Yoshida y Parao (1976), la cual fue determinada en condiciones de campo según la metodología vigente para este cultivo (CIAT, 1980).
La
compilación de datos climáticos se realizó mediante el registro diario
de las variables climáticas: temperatura del aire (máxima, media y
mínima) en °C y humedad relativa (%), en la duración de la fenofase
analizada, tomando como referencia la Estación Meteorológica número 78
341, localizada en las coordenadas geográficas 21.691545 Latitud Norte y
79.191581 Longitud Oeste con elevación de 30 msnm, en la localidad de
El Jíbaro Municipio La Sierpe, provincia Sancti Spíritus.
Los datos del rendimiento agrícola al 14% de humedad en t ha-1
y las variables climáticas fueron tabulados en el programa Microsoft
Excel 2003. El procesamiento estadístico se ejecutó en el programa SPSS versión 21 sobre Windows IBM Corporation (2011)
mediante la regresión lineal múltiple (método paso a paso). De este
modo, se obtuvieron los coeficientes de correlación con sus ecuaciones
de regresión que expresan la relación existente entre el clima y el
rendimiento agrícola del cultivo del arroz en dicho sitio, así como la estimación del rendimiento por el método de interpolación.
Los
resultados del análisis de correlación-regresión en los meses de
siembra entre los elementos principales del clima en Sur del Jíbaro
(Sancti Spíritus) se reflejan en la Tabla 1.
TABLA 1.
Principales resultados de
la regresión lineal múltiple (método paso a paso) entre las variables
climáticas y el rendimiento agrícola por variedad
Variedad
r
Significación
Ecuación
IACuba 31
0,818
0,021
Rend = 21,674 - 0,391*tmáx - 0,060*hr
IACuba 40
0,520
0,123
Rend = 7,079 - 0,164*tmin
Jucarito 104
0,865
0,031
Rend = 2,914 - 0,466*tmin + 0,468*tmáx - 0,050hr
Procequisa-4
0,839
0,050
Rend = - 2,808 - 1,276*tmin - 0,205*tmáx + 1,517*tmed
Rend: Rendimiento agrícola al 14% de humedad en t ha-1
tmáx: Temperatura del aire (máxima)
tmín: Temperatura del aire (mínima)
tmed: Temperatura del aire (media)
hr: humedad relativa
De forma general, la correlación fue
aceptable entre el rendimiento agrícola con la temperatura del aire
(máxima, media y mínima) en la variedad Procequisa 4. También se obtuvo
este resultado en las variedades IACuba 31 y Jucarito 104, donde la
humedad relativa constituye uno de los factores asociados a la expresión
del rendimiento agrícola. En el caso de la variedad IACuba 40, la
correlación entre las variables fue regular.
Otro
aspecto importante a destacar es que se obtuvieron coeficientes
negativos en las ecuaciones lineales, lo cual expresa que, al aumentar
el valor de las variables independientes, disminuye el rendimiento
agrícola (variable dependiente), cuestión que se demuestra en la
estimación por medio de las ecuaciones lineales en las Figuras 1, 2, 3 y 4.
FIGURA 1.
Estimación del rendimiento en la variedad IACuba 31 en función de la variación de Tmáx y el valor medio de Hr = 87,74 %.
FIGURA 2.
Estimación del rendimiento en la variedad IACuba 40 en función de la variación de Tmín.
FIGURA 3.
Estimación del rendimiento
en la variedad Jucarito 104 en función de la variación de Tmín y los
valores medios de Hr = 90,11% y Tmáx = 31,44 °C.
FIGURA 4.
Estimación del rendimiento en la variedad Procequisa 4 en función de la variación de Tmín y el valor medio de Tmáx = 31,44 °C.
La naturaleza del modelo estadístico que describe la relación entre las variables coincide con las investigaciones de De Datta (1982)
donde se afirma que la baja humedad relativa influye en la apertura de
las glumelas. También, estos resultados contrastan con los estudios de Franco y Ramírez (2000)
sobre el calendario de siembra en el cultivo del arroz en este sitio,
donde los valores de la humedad relativa se correlacionaron de forma
negativa con el rendimiento.
La estimación del
rendimiento agrícola arrojó que este parámetro disminuye aproximadamente
el 5% para la variedad IACuba 40, el 10% para la variedad IACuba 31, el
13% para las variedades Procequisa 4 y Jucarito 104 cuando se producen
incrementos de 1 °C de la temperatura máxima y mínima en los cultivares
analizados para la fenofase de la maduración. Estos resultados se
encuentran por debajo de lo reportado por la literatura donde Mohandass et al.(1995) y Peng et al. (2004)
aseveran que la disminución de la productividad del arroz está por
encima del 14.5% y 15%, respectivamente en estas condiciones climáticas.
Biométricamente,
se demostró que las variables temperatura del aire y humedad relativa
tienen efecto significativo en la productividad del cultivo del arroz.
El
porciento de disminución del rendimiento agrícola osciló entre el 5 % y
el 11 % por cada incremento de 1 °C de la temperatura máxima y mínima,
con mayor afectación en las variedades Procequisa 4 y Jucarito 104.
AGRADECIMIENTOS
Este
trabajo forma parte de los resultados del proyecto “Influencia de la
época de siembra sobre el rendimiento agrícola e industrial de
variedades de arroz con diferente ciclo en cinco localidades de Cuba”
ejecutado por el Instituto de Investigaciones de Granos. Muchas gracias
por el valioso apoyo a la investigación.