Introducción

El cultivo de frijol es el segundo en importancia, después del maíz, en la alimentación de los mexicanos, se siembra en 1 590 876 ha, de las cuales 85.5% se cultiva bajo condiciones de temporal en el ciclo primavera-verano (^{SIACON, 2014}), lo cual lo hace muy dependiente de las condiciones climáticas que se presentan en cada ciclo de cultivo. Además de la vulnerabilidad a las condiciones del clima, existe la incertidumbre de la influencia del cambio climático en el rendimiento y producción de esta leguminosa en los años por venir.

Actualmente el cambio climático representa uno de los principales problemas que enfrenta la agricultura, debido a las alteraciones que causa en los patrones climáticos y por tanto en la agroclimatología relacionada con el manejo de las actividades agrícolas. El incremento de temperatura causado por el aumento en la concentración atmosférica de los gases efecto invernadero (GEI) (^{IPCC, 2013}), propicia entre otras cosas la desecación de muchas regiones debido al aumento de la evaporación (^{Woodhouse et al., 2010}) y de la modificación de los patrones de lluvia (^{Durán et al., 2014}).

Estudios recientes han demostrado que la temperatura de las áreas agrícolas de México se ha venido incrementando de manera perceptible desde la década de los años noventa del siglo pasado (^{Ruiz et al., 2010}; ^{Zarazúa-Villaseñor et al., 2011}), este incremento de la temperatura trae consigo modificaciones en variables agroclimáticas como puede ser la acumulación de frío en el periodo invernal (^{Medina-García et al., 2011}). Al igual que en otros países, en México existe una preocupación por el cambio climático y sus posibles impactos sobre el sector productivo primario, debido a que existen aún pocos estudios cuantitativos y documentados enfocados a las áreas agrícolas (^{Tejeda y Rodríguez, 2007}).

Por otra parte, como resultado del aumento de los GEI en la atmósfera, se tiene un incremento en la temperatura que puede tener efectos tanto positivos como negativos sobre el potencial productivo de los cultivos. Un aumento en la temperatura acelera el proceso de madurez de los cultivos, reduce la duración del área foliar y con ello el requerimiento hídrico total a la madurez del cultivo (^{Ojeda-Bustamante et al., 2011}; ^{Hatfield et al., 2011}).

Se han desarrollado diversos estudios para identificar las áreas o zonas donde se pudiera realizar con mayor probabilidad de éxito y con mayor rentabilidad la producción de cultivos, también llamado potencial productivo (^{Díaz et al., 2008}; ^{Medina et al., 2009}; ^{Aguilar et al., 2010}; ^{Liu et al., 2011}); sin embargo, en pocos cultivos se ha estudiado el efecto del cambio climático sobre las áreas con potencial productivo.

Los cambios en los patrones climáticos, tienen profundos efectos en el crecimiento y productividad de las plantas a corto plazo (^{Attipalli et al., 2010}). En México se han realizado estudios sobre la temática de cambio climático y su impacto en la agricultura, pero pocos han analizado a detalle los efectos sobre sistemas producto en particular, lo cual limita el diseño de estrategias de adaptación al cambio climático en este sector (^{Ruiz et al., 2011}).

El conjunto de modificaciones en los índices agroclimáticos causará una reducción de la superficie con condiciones agroclimáticas óptimas para la producción de maíz en las zonas trópico, subtrópico y transicional e incremento de esta superficie en valles altos y valles muy altos. Estos resultados podrían utilizarse en el diseño de estrategias, para enfrentar el cambio climático en las áreas productoras de maíz en México (^{Ruiz et al., 2011}).

^{Tinoco-Rueda et al. (2011)} encontraron resultados similares en el estado de Jalisco, donde en una zonificación agroecológica en escenarios futuros, la superficie potencial para el cultivo de maíz muestra un decremento entre 64 y 91% para el periodo 2041-2060. De igual manera ^{González et al. (2011)}, establecieron las áreas que actualmente poseen condiciones agroclimáticas óptimas para el cultivo de frijol en el estado de Jalisco, así como las áreas que tendrán condiciones óptimas en las décadas 2021-2030 y 2041- 2050 y seleccionaron variedades que muestran diferente capacidad de adaptación en el escenario de clima actual y en escenarios de cambio climático.

^{Ruiz et al. (2011)} y ^{Medina et al. (2011)} aplicaron los resultados del modelo ensamble de ^{Magaña et al. (2007)} para la obtención de escenarios climáticos y sus efectos en la producción de maíz y en la acumulación de horas frío para manzano, respectivamente.

El objetivo de este estudio fue estimar el impacto del cambio climático en escenarios climáticos futuros, sobre las áreas potenciales de frijol de temporal en México.

Materiales y métodos

La primera parte del estudio consistió en la estimación de escenarios climáticos futuros, para ello se utilizó la base de datos de anomalías mensuales de temperatura máxima, temperatura mínima y precipitación medias mensuales obtenidas del modelo ensamble integrado por 11 modelos de circulación general (GCM) reducidos en escala y calibrados (^{Walton et al., 2013}) seleccionados para México (BCC-CSM1-1, CCSM4, GISS-E2-R, HadGEM2-AO, HadGEM2-ES, IPSLCM5A-LR, MIROC-ESM-CHEM, MIROC-ESM, MIROC5, MRI-CGCM3, NorESM1-M) para las rutas de concentración representativas (RCP) de gases de efecto invernadero (GEI) 4.5 y 8.5. Toda esta información se obtuvo del portal de datos de cambio global de WorldClim con una resolución de 30” arco. Como climatología de referencia se utilizó el período 1961-2010.

Para la aplicación de los resultados de los GCM con reducción de escala, en los estudios relacionados con la agricultura, entre ellos el de potencial productivo, es conveniente utilizar una buena resolución, por lo que se utilizó la resolución de las imágenes de clima generadas por el INIFAP de 90 x 90 m, de tal manera que los resultados del potencial productivo tengan el detalle suficiente para aplicarlos en la toma de decisiones de planes a largo plazo.

Posteriormente, se tomó la climatología de referencia, la cual se trabajó en formato raster, sumándole algebraicamente las anomalías futuras resultantes del modelo ensamble. Se estimaron los valores de temperatura máxima, temperatura mínima y precipitación mensuales para los años 2021 a 2080.

Con los datos mensuales se obtuvieron los correspondientes al ciclo primavera-verano (PV) (mayo-octubre) de esos años, luego se obtuvieron las temperaturas y precipitaciones medias del ciclo primavera-verano para los escenarios climáticos 2021-2040, 2041-2060 y 2061-2080, en adelante referidas como climatologías o años 2030, 2050 y 2070 respectivamente.

La segunda parte del estudio consistió en la estimación del potencial productivo, el cual se basa en los requerimientos agroecológicos de las especies (^{Medina et al., 1997}). Se obtuvieron las áreas con potencial productivo para el cultivo de frijol bajo condiciones de temporal en el ciclo primavera-verano. Las áreas potenciales se obtuvieron para la climatología base y para los tres escenarios climáticos. En la obtención de las áreas con potencial productivo se utilizó la información de temperatura y precipitación del INIFAP, la información de uso del suelo serie 5 y edafología escala 1:250 000 de INEGI. Se utilizaron los sistemas de información geográfica IDRISI Selva y ArcGis Ver. 10.1.

Finalmente, de acuerdo con los resultados obtenidos, se proponen algunas medidas de adaptación a los a los escenarios climáticos estudiados.

Resultados y discusión

En el Cuadro 1 se presentan las superficies con potencial de producción de frijol bajo condiciones de temporal en el ciclo primavera-verano, en las condiciones climáticas actuales y para las climatologías 2030, 2050 y 2070, en dos rutas representativas de concentración de gases de efecto invernadero. La superficie potencial obtenida es independiente del uso actual del suelo agrícola, es decir, no necesariamente esa superficie está disponible para sembrar frijol de temporal.

Cuadro 1 Superficie de potencial productivo alto y medio de frijol de temporal ciclo PV, bajo las condiciones climáticas actuales y en los escenarios climáticos futuros 2030, 2050 y 2070 en los RCP 4.5 y 8.5. 

En ese cuadro se observa como la superficie de alto potencial de frijol de temporal disminuye conforme se avanza hacia el futuro en los años 2030, 2050 y 2070 en el RCP 4.5, con respecto a las condiciones climáticas promedio o actuales, pasando de 1 887 426 ha en la climatología actual a 1 144 100 ha en el año 2070. De igual manera el potencial productivo medio disminuye hacia el futuro, pasando de 6 319 789 ha en el escenario actual a 4 738 986 ha en el año 2070 (Cuadro 1).

Figura 2 Potencial productivo de frijol de temporal ciclo PV, bajo las condiciones climáticas actuales promedio y en las climatologías 2030, 2050 y 2070 en el RCP 4.5. 

Comportamiento similar ocurre en el RCP 8.5, solo que la disminución de las superficies es mayor con respeto al escenario actual, pasando el potencial productivo alto de 1 887 426 a 727 933 ha, una reducción de 61.4% de la superficie y el potencial medio disminuye su superficie de 6 319 789 hasta 2 048 765 ha, un porcentaje de 67.6%, en el año 2070 (Figura 3). Semejante a lo que encontraron ^{Tinoco-Rueda et al. (2011}) para maíz en el estado de Jalisco para el periodo 2041-2060.

Figura 3 Potencial productivo de frijol de temporal ciclo PV, bajo las condiciones climáticas actuales promedio y en las climatologías 2030, 2050 y 2070 en el RCP 8.5. 

La reducción de la superficie con potencial productivo alto y medio se debe básicamente al aumento de la temperatura media de mayo a octubre en los diferentes escenarios climáticos. Esto se puede ver en el Cuadro 2, la temperatura media del escenario actual en las áreas de alto potencial es de 18.9 °C, mientras que en las dos primeras climatologías del RCP 4.5 es de 20.0 y 21.0 °C; es decir, se tiene un incremento de 1.1 y 2.1 °C respectivamente; en la tercera climatología el aumento es de 2.6 °C con respecto a la climatología de referencia, este aumento de temperatura disminuye las condiciones óptimas para el desarrollo del frijol. El otro factor importante en el potencial productivo del frijol de temporal es la precipitación, pero en el ciclo de cultivo primavera-verano se reduce 19 mm en las áreas de alto y medio potencial en el año 2070 en el RCP 4.5, lo que no tiene gran influencia en la disminución del potencial; en el RCP 8.5 si hay una reducción significativa de la precipitación hasta de 91 mm en el año 2070 en las áreas de alto potencial y 84 mm en las de mediano potencial (Cuadro 3). En conjunto con la disminución de la lluvia, el aumento de la temperatura provocará mayores niveles de evapotranspiración, debido a lo cual el cultivo de frijol sufrirá más por falta de humedad en su balance hídrico (^{Ruiz et al., 2011}).

Cuadro 2 Temperatura media de mayo a octubre de las áreas con potencial productivo alto y medio de frijol de temporal ciclo PV, obtenidas considerando la superficie de potencial actual, en los diferentes escenarios y RCP. 

Dif. esc. actual= diferencia con respecto al escenario actual.

En la Figura 4A se presenta la superficie con potencial productivo alto en algunos de los principales estados productores de frijol en el país, para los diferentes escenarios climáticos, ahí se puede observar que el efecto del cambio climático no es el mismo en las diferentes regiones del país para la producción de frijol de temporal. En general la tendencia es hacia la baja en la superficie con potencial alto, pero en regiones templadas actuales la superficie aumentará en el futuro, como es el caso del estado de México. En el potencial medio se observa una tendencia diferenciada entre los estados, en el principal estado productor (Zacatecas) la tendencia es ligeramente hacia la baja y en el estado de México donde la superficie con potencial alto aumenta, también disminuye el potencial medio, ya que esta superficie pasará a potencial alto. En los estados de Durango y Guanajuato, primero aumenta el potencial medio y luego disminuye (Figura 4B). Resultados similares encontraron ^{Ruiz et al. (2011)} en las áreas productoras de maíz en México.

Figura 4 Superficie de potencial productivo alto (A) y medio (B) de frijol de temporal ciclo PV, bajo las condiciones climáticas promedio y en las climatologías del RCP 4.5, en diferentes estados del país. 

En el RCP 8.5 (Figura 5A y 5B) se observa un comportamiento similar en el potencial alto, pero la tendencia hacia la baja es más pronunciada, y en cuatro de los cinco estados presentados el potencial alto disminuye prácticamente a cero hectáreas para el año 2070. Con el potencial medio sucede alto semejante, reduciéndose en todos los casos hasta alrededor de 200 mil hectáreas. Estas áreas con potencial alto y medio pasarán a potencial bajo.

Figura 5 Superficie de potencial productivo alto (A) y medio (B) de frijol de temporal ciclo PV, bajo las condiciones climáticas promedio y en las climatologías del RCP 8.5, en diferentes estados del país. 

Los resultados obtenidos podrían utilizarse en la planeación o en el diseño de estrategias para enfrentar el cambio climático en las áreas productoras de frijol, como pudiera ser la búsqueda de nuevas variedades de frijol que se adapten a condiciones de temperatura mayor y tolerantes a condiciones de poca disponibilidad de humedad.

Conclusiones

La superficie de alto potencial de frijol de temporal en México disminuirá conforme se avanza en los escenarios climáticos hacia el futuro, pasando de 1 millón 887 mil hectáreas en la climatología de referencia a 1 millón 121 mil hectáreas en el año 2070 del RCP 4.5; la superficie con potencial medio aumentará en la climatología 2030 y luego disminuirá en las siguientes.

Los resultados de este estudio pueden servir de base en el diseño de estrategias, para enfrentar el cambio climático en las áreas productoras de frijol de temporal en México, como pudiera ser la generación de nuevas variedades que se adapten a mayores niveles de temperatura y evapotranspiración.