Introducción

México ocupa el décimo lugar como productor de café a nivel mundial, con una producción de 947 092.21 t, principalmente en los estados de Chiapas y Veracruz. Con respecto al Estado de México, este cuenta con una producción de 622.29 t (^{Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura [FAO], 2022}; ^{Sistema de Información Agrícola y Pecuaria [SIAP], 2020}). Por otro lado, la roya es la principal enfermedad que ataca al cultivo del café, es ocasionada por el hongo Hemileia vastatrix, el cual ataca a las hojas de los cafetos de todas las variedades comerciales, provocando defoliaciones mayores al 60%, y en daños severos, puede causar la muerte de las plantas (^{Servicio Nacional de Sanidad, Inocuidad y Calidad Agroalimentaria [Senasica], 2016}). Si la infección ocurre en etapas tempranas, se puede presentar una reducción en el rendimiento; al contrario, si se presenta en etapas tardías, el efecto se observará en los niveles de amarre, fecundación de la flor y cuajado de fruto del siguiente ciclo del cultivo (^{American Phytopathological Society [APS], 2011}).

Según datos de la plataforma epidemiológica de la roya del cafeto (PVEF-Cafeto), del Servicio Nacional de Sanidad Inocuidad y Calidad Agroalimentaria (Senasica) de la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural (Sader), en el Estado de México Hemileia vastatrix se detectó oficialmente en el año 2016, pero del 2019 a la fecha la severidad de roya en hoja y planta ha ido en aumento, lo que podría resultar en un aumento y surgimiento de nuevos focos de infestación si no se realizan actividades de control (^{Senasica, 2018}).

En temas de manejo fitosanitario, es bien sabido que, para realizar acciones de control más eficientes, es necesario conocer y tomar en cuenta la distribución del patógeno o plaga en la parcela, así como su ciclo biológico con respecto a la fenología del cultivo u hospedante (^{López et al., 2018}). En este contexto, en la presente investigación se analizaron los patrones del comportamiento espacial de las poblaciones de la roya del cafeto (Hemileia vastatrix) mediante la aplicación de técnicas geoestadísticas, las cuales permitieron la elaboración de mapas de distribución del patógeno en un espacio continuo.

Por todo lo anterior, el objetivo de este estudio fue establecer el comportamiento espacial de las poblaciones de la roya del café (Hemileia vastatrix) con métodos geoestadísticos en Amatepec, Estado de México, bajo la hipótesis de que las poblaciones de roya (Hemileia vastatrix) presentan una distribución en agregados y se encuentran dispersas por toda el área de estudio.

Materiales y métodos

El presente trabajo se llevó a cabo en la cabecera municipal del municipio de Amatepec, Estado de México. Esta localidad cuenta con un clima semi cálido subhúmedo con lluvias en verano, con una elevación promedio de 1389 m. s. n. m., con una temperatura media anual de 23 ^oC y una precipitación de 2200 mm (^{Cardoso, 1999}). La duración del estudio fue de un año, de septiembre del 2020 a agosto del 2021.

Se utilizaron cuatro parcelas de café de 0.5 h cada una, con variedades caturra y típica entre 10 y 15 años en un sistema de policultivo tradicional asociado con árboles maderables (^{Scamilla-Prado, 2018}). Su manejo es convencional, con una sombra entre el 40% y 60%, constituida principalmente por cedros, cítricos y algunos encinos. Cada parcela se dividió en cuadrantes de 10 m x 10 m, dando un total de 50 cuadrantes, y en cada uno se seleccionaron cuatro plantas al azar, siendo 200 plantas las que se marcaron con listones de colores y georreferenciaron con un sistema de posicionamiento global diferencial (DGPS, modelo Trimble SPS361).

Para realizar el registro de datos, cada árbol fue dividido por estratos (bajo, medio y alto), en cada uno fue seleccionada una rama en dirección a cada punto cardinal y se tomaron tres hojas, dando un total de 36 hojas por cafeto. El muestreo fue cada 14 días, de septiembre de 2020 a agosto del 2021. Se registró el número de hojas que presentaba síntomas de la enfermedad utilizando la escala de severidad del programa de vigilancia epidemiológica en el cultivo del café (^{Senasica, 2018}).

Resultados

Medición de etapas fenológicas del cultivo

El registro de datos de roya del café mostró incidencia durante todo el año del muestreo; sin embargo, la severidad fue diferente según la fecha de muestreo, manteniéndose entre el 40% y el 80% de infección de septiembre a mayo (Figura 1).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 1 a) Temperatura, precipitación y porcentaje y b) Porcentaje de infección de roya y fenología del cultivo, de septiembre a diciembre de 2020 y de enero a agosto de 2021 en el municipio de Amatepec en el Estado de México, México. 

Elaboración de mapas

De las cuatro parcelas evaluadas se obtuvieron un total de 94 mapas de incidencia, cada uno permitió visualizar el comportamiento en agregados de la roya con respecto al espacio de muestreo (Figura 2 y 3).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 2 Mapas de superficie infectada con roya en el cultivo del café en Amatepec (septiembre de 2020-febrero de 2021), Estado de México, México. 

Fuente: Elaboración propia.

Figura 3 Mapas de superficie infectada con roya en el cultivo del café en Amatepec (marzo de 2020-agosto de 2021), Estado de México, México. 

El porcentaje de superficie infectada va del 55% al 83% en el año de muestreo: se mostró con crecimiento ascendente de septiembre a febrero, luego se mantuvo con ligeras alteraciones hasta el mes de mayo y después se muestra un descenso evidente hasta julio.

Discusión

Es necesario analizar los factores climáticos medidos en el presente trabajo, partiendo desde la importancia que estos tienen en el triángulo epidemiológico de una enfermedad, el cual, según ^{Mora et al. (2021)}, se compone de tres factores: uno es el hospedante susceptible, que en este caso es la planta de café; uno más es el patógeno agresivo, que es la roya; y finalmente están las condiciones favorables, que son todos los factores abióticos que favorecen el desarrollo de una enfermedad (suelo, manejo, variedad, clima). Para este caso particular, nos referimos a las condiciones climáticas existentes en el medio. Para la roya del café, temperaturas entre los 20 °C-22 °C y una humedad relativa mayor al 90% en ausencia de luz generan las condiciones inductivas u horas favorables; por lo tanto, a los meses con mayor cantidad de horas favorables se les conoce como meses inductivos (^{Mora et al., 2021}; ^{Mora et al., 2014}; ^{Senasica, 2018}). En este sentido, los meses más inductivos fueron de septiembre a noviembre de 2020 y de junio a agosto del 2021, lo que concuerda con lo reportado para el Estado de México por el programa de vigilancia epidemiológica del cultivo del cafeto (^{Senasica, 2018}). Sin embargo, ^{López et al. (2018)} y ^{Mora et al. (2021)} describen al proceso epidemiológico de la roya como resultado de la interacción de las variedades del huésped con el manejo agronómico, la sanidad vegetal, el patógeno y el clima; es decir, el desarrollo y diseminación de la enfermedad es un fenómeno multifactorial y no depende exclusivamente de factores climáticos, por lo que es de importancia comprender el proceso epidemiológico de la enfermedad y cómo se desarrolla durante el ciclo fenológico del café.

Con los resultados fenológicos obtenidos se puede inferir que el ciclo epidemiológico de la enfermedad se detiene en el periodo de cosecha, que va de enero a mayo, y es una vez empezado el periodo de lluvias que la incidencia baja significativamente, probablemente por la defoliación de los cafetos y por el lavado y transporte de las esporas en las hojas causado por las precipitaciones. Esto pudo derivar en el inicio de varios ciclos epidemiológicos de la enfermedad, lo que concuerda con Kushalapa & Eskes (1989), quienes mencionan que Hemileia vastatrix requiere condiciones específicas para infectar las hojas de la planta de café, como la salpicadura del agua de lluvia con la que se empieza la dispersión entre hojas y entre plantas, además de la presencia de humedad en el envés de la hoja que permite su germinación.

Al respecto, ^{Porras (2000)} dice que es importante analizar la incidencia y severidad de la enfermedad según las fluctuaciones del clima durante el ciclo de cultivo. De esta forma se pueden identificar las etapas críticas de la enfermedad, pronosticar su comportamiento epidémico mediante alertas o detección temprana y planear un manejo fitosanitario adecuado para la prevención de daños potenciales y combate de focos de infección.

Por otro lado, los resultados en la estimación de los parámetros del modelo de semivariograma indican que las agregaciones de Hemileia vastatrix se presentan en mayor cantidad en ciertas áreas de las parcelas con respecto al resto de puntos considerados en el muestreo. Autores como ^{Espinoza-Zúñiga et al. (2019)} señalan que las áreas de infestación son focos de infección específicas, desde donde el hongo causante de la roya genera el inóculo que se dispersa al resto de las parcelas aledañas, lo cual también concuerda con lo encontrado por ^{Johnson et al. (2007)}, quienes determinaron patrones ajustados de tipo esféricos en la distribución de Puccinia melanocephala, indicando que el inóculo del patógeno se distribuye desde un foco de infección mostrando centros de agregación. Por otro lado, ^{Sánchez et al. (2015)} encontraron comportamientos agregados asociados a un modelo esférico en carbón de la espiga del maíz, indicando que existen focos de la enfermedad que se dispersa desde un punto nodal.

En otro punto, la aleatoriedad de los focos de infección o centros de agregación de la enfermedad podría deberse a la diseminación o arrastre de las esporas del hongo por factores ambientales como el viento y la lluvia, o por factores humanos como el mismo caficultor, quien puede transportar inóculo en la ropa o herramienta de trabajo de una planta a otra y de una parcela a otra. Esto lo observaron ^{Mora et al. (2015)}, quienes indicaron que las esporas de la roya se diseminan y entran en latencia hasta presentarse las condiciones inductivas que permitan su germinación.

Además, la presencia de patrones agregados en ciertas zonas específicas de la parcela y en otras no indican que las interacciones entre los patógenos, el medio y el huésped forman condiciones micro climáticas, como las horas favorables que completan el triángulo epidemiológico de la enfermedad en ciertas zonas de la parcela (^{Tannure et al., 2013}). Esto concuerda con un estudio realizado por ^{Mora et al. (2015)}, en donde los autores analizan las “consideraciones epidemiológicas del cambio climático en la fitosanidad de cultivos tropicales” y afirman que los procesos biológicos como patogénesis, sobrevivencia y dispersión son multifactoriales y no dependen solo de la presencia del patógeno o de las condiciones climáticas, sino de una suma de estos factores y otros más, como la genética del hospedante, las características fisiográficas del medio y el manejo agrícola (entre otras causas probables para la formación de centros de agregación y que forman parte del proceso epidemiológico de la enfermedad).

Con respeto a los parámetros ajustados para verificar los modelos, los valores del efecto pepita y los rangos de valores pequeños, ^{Ramírez & Porcayo (2010)} dicen que los valores bajos del efecto pepita afirman que no hubo errores de muestreo y que la escala que se utilizó en el levantamiento de datos de la roya del café fue correcta, y además muestran un alto nivel de agregación de la incidencia del patógeno causante de la enfermedad.

En los resultados encontrados en este estudio se mostró una dependencia espacial alta, con lo cual se supone que las poblaciones de roya dependen entre sí y su nivel de agregación es alto (^{Cárdenas et al., 2017}; ^{Rossi et al., 1992}). Esto permite conjeturar que las poblaciones del patógeno tienen una fuerte correlación influenciada directamente por diversos factores, como las condiciones climáticas y micro climáticas presentes en el área de estudio. Así mismo, ^{Espinoza-Zúñiga et al. (2019)} indican que conocer la dependencia espacial es necesitaría para poder determinar los procesos epidemiológicos de las enfermedades en campo.

Los mapas obtenidos en el muestreo por cuadrantes expusieron que las poblaciones de Hemileia vastatrix se encuentran en centros de agregación en lugares específicos de la parcela, lo que comprueba la hipótesis de que las poblaciones de roya (Hemileia vastatrix) presentan una distribución en agregados y se encuentran dispersas por toda el área de estudio. La menor presencia fue al inicio del muestreo en el mes de septiembre y octubre y la mayor fue al final en el mes de enero y febrero.

Esta técnica ha sido utilizada en diferentes trabajos con otros problemas fitosanitarios, como el estudio de la distribución del gusano soldado en el Estado de México, realizado por ^{Esquivel & Jasso (2014)}, o el estudio de la distribución espacial de las ninfas de Jacobiasca lybica (Hemiptera: Cicadellidae) en un viñedo en Andalucia, desarrollado por ^{Ramírez & Porcayo (2008)}.

La presencia sobre la superficie plantada es heterogénea y se presenta en la mayor parte de la parcela; la acumulación de hojas con roya en los árboles evidencia los centros de agregación que generalmente están ubicados entre el centro y los límites del predio. Según la ficha técnica de la roya del cafeto elaborado por el ^{Senasica (2016)} para el programa de vigilancia en el cultivo del café, el periodo de germinación y/o generación de esporas va desde los 26 a los 60 días. Una vez iniciado el ciclo, esto coincide con lo mostrado en los mapas, en donde el mes uno de muestreo fue el de menor presencia de roya (probablemente se iniciaron uno o varios ciclos), y en los siguientes meses la presencia del hongo fue progresiva, siendo los últimos muestreos los de mayor presencia, a excepción de la parcela uno, en donde los focos de infestación se mantuvieron homogéneos en cuanto a severidad en todos los muestreos.

La agregación de Hemileia vastatrix mostrada en los mapas coincide con lo descrito por ^{Mora et al. (2015)}, quienes describen el crecimiento de la roya en focos de infestación. Estos focos o centros de agregación sirven como fuentes y reservorios de inóculo. Cabe señalar que en la época de lluvia (septiembre y agosto de 2020 y mayo a julio de 2021) los centros de agregación en los mapas fueron de poca intensidad debido al transporte del inóculo, esto aunado a la humedad residual, el aumento de temperatura (horas favorables) y el crecimiento de tejido nuevo en la planta generan condiciones óptimas que marcan el inicio de nuevos ciclos de la enfermedad, creando focos de infección y el crecimiento o fortalecimiento de los ya existentes, como lo muestra la escala de colores en los mapas. Esto concuerda con lo encontrado por ^{Coria-Contreras et al. (2014)}, quienes estudiaron la producción de inóculo de la roya del café y los factores asociados a su distribución y patogénesis.

Además, debido a la naturaleza policíclica del patógeno y su tendencia al establecimiento en focos localizados en áreas muy específicas, la intensidad de daño puede ser variable entre parcelas dentro de una misma región de control (^{Coria-Contreras et al., 2014}). También fue evidente el progreso de la incidencia de Hemileia vastatrix en el tiempo con la aparición de nuevos focos en los mapas, lo que permitió ver la intensidad de la roya en algunas áreas de la parcela, por lo que de manera práctica, tomando en cuenta también el porcentaje de infestación, se pueden dirigir las estrategias de control de la roya de forma más precisa a las áreas con altos niveles de incidencia, reduciendo así los reservorios de inóculo que inician la propagación con el inicio de las lluvias o la cosecha del café. Esto resultaría en ahorros económicos al reducir gastos de compra de insumos y mano de obra para la aplicación, así también se disminuiría el impacto ambiental debido a que el químico que se aplique sería menor.

Incorporar la agricultura de precisión en el manejo integrado de la enfermedad es útil para identificar zonas en donde es necesario realizar labores culturales como podas de café, podas de sombra, deshierbe o abonado, con la finalidad de reducir los microclimas que promueven las horas favorables para el crecimiento del hongo de la roya (^{Santana et al., 2015}), justificando así el uso de las técnicas de la agricultura de precisión como una herramienta que permite mantener o reducir los daños causados por la enfermedad en los cafetales del Estado de México (^{Tapia et al., 2020}).

Conclusiones

La distribución espacial se ajustó al modelo esférico, aseverando que la enfermedad de la roya del café se comportó en forma de agregados o en focos de infección. Los focos fueron específicos en las parcelas desde donde crecen o disminuyen parcialmente debido a las condiciones climáticas que se presentan en las unidades experimentales. Este análisis geoestadístico demostró ser un método eficiente para determinar el comportamiento espacial agregado de las poblaciones de roya, indicando que existe una alta dependencia espacial entre las poblaciones de la enfermedad.

De esta forma, la estadística espacial permite identificar zonas de incidencia de plagas y enfermedades en zonas de cultivo. Esto hace más sencillo la creación de planes de manejo y control de fenómenos fitosanitarios con enfoque focalizado y dirigido de actividades de control de roya, como el propuesto por la agricultura de precisión, la cual recomienda al productor el control a través del manejo de las áreas prioritarias mostradas en los mapas de infestación y puede reducir significativamente la dependencia de insumos externos, reduciendo el costo de producción y el daño ambiental. De esta forma se puede encaminar los sistemas de cultivo del café hacia la sustentabilidad, ya que se satisface una necesidad del presente sin comprometer los medios para cubrir las necesidades en el futuro. Sumado a esto, los beneficios a la salud se harán evidentes debido a que el riesgo de residuos de pesticidas en el grano será eventualmente menor. Sumar la agricultura de precisión a actividades de control fitosanitario resultará en la obtención de alimentos más inocuos, sostenibles y amigables con el medio ambiente.

Conflicto de interés

No se cuenta con conflicto de interés.