Introducción

El agave tequilero es la materia prima para elaborar el tequila, producto de alta demanda nacional e internacional con una producción de más de 242.2 millones de litros de tequila con 0.7882 millones de toneladas de agave en 2014 (^{CRT, 2015}). El agave tequilero se produce en la denominación de origen del tequila (DOT), comprende el estado de Jalisco y algunos municipios de los estados de Nayarit, Guanajuato, Michoacán y Tamaulipas. La dinámica de la superficie de siembra con agave tequilero ha mostrado una tendencia a incrementarse debido a la elevada demanda de tequila (^{SIAP-SAGARPA, 2015}). Sin embargo, la producción de agave en la DOT ha mostrado irregularidad en los últimos años por factores como el crecimiento incontrolado de la superficie plantada con agave, ciclos de sobreproducción y escasez de agave, presencia de problemas fitosanitarios diversos, falta de tecnología apropiada a las condiciones socioeconómicas de los productores agaveros, que a su vez repercute en una productividad contrastante entre zonas y deterioro de los recursos naturales, en especial la pérdida de suelo.

La marchitez es uno de los problemas fitosanitarios que enfrenta el agave tequilero, pero que se acentúa cuando existe sobreproducción de manera que el precio del agave baja y el cultivo es abandonado, y cuando hay escasez de agave este problema se reduce, porque la demanda de la industria del tequila absorbe todo el agave cultivado; aun así, el problema fitosanitario de la marchitez del agave persiste.

La marchitez del agave se atribuye a Fusarium oxisporum (^{Rubio, 2007}), hongo fitopatógeno del suelo ampliamente distribuido en las áreas de cultivo y reportado en cultivos como tomate (^{Larkin y Fravel, 2002}), césped (^{Goldberg, 2006}), palma de aceite (^{Flood, 2006}), chícharo (^{Landa et al, 2001}; ^{Landa et al, 2006}), algodón (^{DeVay et al, 1997}), plátano (^{Ploetz, 2006}), plántulas de pino blanco (^{Ocamb y Juzwik, 1995}), entre otros.

^{Nelson (1981)} mencionó que los síntomas de marchitez por fusarium en plantas herbáceas, consiste en un marchitamiento incipiente en las hojas inferiores o brotes. Posteriormente es acompañado de clorosis en las hojas inferiores seguido por marchitamiento permanente de estas hojas. Los síntomas aparecen gradualmente en las hojas más jóvenes de la planta, ocurriendo a menudo en un lado de esta. Finalmente la parte afectada de la planta se marchita y muere. Este proceso difiere en cultivos perenes, como banano, palma datilera, mimosa, entre otros. En plantas herbáceas el desarrollo de la enfermedad ocurre en días, mientras que en plantas leñosas, como el banano, se desarrolla de 2 a 5 meses (^{Nelson, 1981}).

Estas características de la marchitez por fusarium son observadas en el agave tequilero y se reporta como el problema fitosanitario de mayor incidencia en Jalisco (^{CRT, 2010}). F. oxisporum ataca a las plantas de agave sin importar su desarrollo; inicia con una palidez en las hojas, principalmente en la base de la piña y apretando el cogollo, hojas que posteriormente se marchitan, afectando la base de la piña y produciendo la muerte de la planta (Flores et al., 2010). Este marchitamiento del agave es el resultado de una serie de ciclos de infección por parte de fusarium, que considera procesos de infección, colonización y sobrevivencia (^{Nelson, 1981}).

Los ciclos de infección se desarrollan en tiempo y espacio, de manera suave o severa, explosiva o sutil, con la interacción del hospedero y disparados por el ambiente (clima y suelo) o la interferencia del hombre, los cuales operan en diferentes niveles (^{Kranz y Hau, 1980}) o subprocesos (Zadoks y Schein, 1979).

Dentro del componente clima del sistema epidemiológico de la marchitez por fusarium, la temperatura y la humedad del suelo son principalmente los factores primarios que regulan los ciclos de infección (^{Nelson, 1981}) y en especies de fusarium con acción aérea, la actividad del agua en el follaje es importante (^{Marin et al, 1995}; Ramírez et al., 2005). La temperatura requerida por las especies de fusarium para desarrollar ciclos de infección es muy variable. ^{Katan (1989)} resume el crecimiento relativo de F. oxisporum en función de la temperatura en el modelo mostrado en la Figura 1. La temperatura para el crecimiento óptimo de F. oxisporum en el suelo se define entre 25 y 28 °C, concrecimiento desde los 15 a 38 °C (^{Smith et al., 1988}; ^{Katan, 1989}).

Figura 1 Crecimiento relativo de fusarium oxisporum en función de la temperatura (adaptado de ^{Katan, 1989}). 

Dependiendo del cultivo, otras especies de fusarium tienen un óptimo de temperatura entre 22 a 28 °C y rangos extremos entre 2 y 39 °C (^{Lacey, 1989}). ^{Timmer (1982)} encontró que el F. oxisporum en cítricos mostró la mayor severidad entre 21 a 26 °C, con disminución significativa con temperatura menor a 15 °C y mayor 32 °C. En planta de coca, fusarium mostró un desarrollo óptimo a 25 °C, con extremos entre 10 y 35 °C (^{Fravel et al, 1996}).

La humedad del suelo complementa las condiciones de temperatura adecuadas para generar ciclos de infección por patógenos. F. oxisporum es un hongo de ambiente aeróbico, con requerimiento de humedad en el suelo para crecimiento óptimo y sobrevivencia cerca de capacidad de campo del suelo, pero en condiciones de saturación o inundación se reduce su población (^{Nelson, 1981}). Dependiendo de las características físicas del suelo, se reportan potenciales matriciales óptimos de humedad en el suelo para fusarium desde -10 kPa hasta -100 kPa, con menor proliferación a -500 kPa (^{Fravel et al., 1996}). La actividad del agua es un elemento importante en los ciclos de infección de fusarium, reportándose valores óptimo en 0.98 y mínimo de 0.87 (^{Lacey, 1989}; ^{Carrillo, 2003}). La interacción temperatura-humedad del suelo es importante en los ciclos de infección, ^{Katan (1989)} mencionó que en melón la incidencia de marchitez por fusarium, la temperatura está asociada con la humedad del suelo y la concentración de inóculo, de manera que el nivel de enfermedad en suelo húmedo fue más alto a bajas temperaturas y con suelo seco resultó alta en bajas y alta temperaturas (^{Fravel et al, 1996}).

Los componentes del sistema epidemiológico para fusarium actúan bajo una estructura sistémica y son constituidos por elementos biológicos básicos, sistema de control de fitosanitario, sistemas de manejo de cultivo y agroecosistema (^{Kranz y Hau, 1980}). Las interacciones resultantes entre estos elementos generan una complejidad de tal magnitud, que dificultan su entendimiento, la operación y el control fitosanitario adecuado en el cultivo. Si se involucra una perspectiva espacial más amplia, como la DOT, los cambios tecnológicos y ambientales ocurridos en los últimos años modifican la frontera donde los problemas fitosanitarios se presentan, como la dinámica de marchitez reportada mencionada por el ^{CRT (2010)}.

La finalidad principal de los estudios de cambio climático en la agricultura es la estimación de los cambios esperados en las condiciones meteorológicas y su influencia en los organismos vivos, el cambio de la concentración de CO2 en la atmósfera, entre otros (^{Manici et al., 2014}). El efecto del cambio climático sobre cultivos y patógenos del suelo como F. oxisporum, requiere entenderse para anticipar las modificaciones pertinentes en el manejo agrícola y los ecosistemas, pues las modificaciones espaciales y temporales del clima generan respuestas en los patógenos y los cultivos agrícolas que requieren identificarse (^{Shaw y Osborne, 2011}). Esto se complica por el poco conocimiento relacionado con la complejidad de las interacciones clima-hospedero-patógenos-plaga y el daño agronómico, la especificidad de los ataques patógeno-hospedero, la diversidad de patógenos (hongos, baterías o virus) y la secuencia de estreses inducidos por el clima que incrementan la susceptibilidad del hospedero al patógeno aumentando sus efectos (^{Grulke, 2011}).

Una manera de abordar la escasez de información sobre la relación clima-hospedero-patógeno ante condiciones de cambio climático, es usar información histórica de estas relaciones que pudieran dar luz sobre estas interacciones. En el agave tequilero, el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) ha desarrollado estudios en Jalisco (^{Flores, 2000}; ^{Flores et al., 2009}), con resultados útiles para dilucidar parte de la interacción clima-hospedero-patógeno ante la influencia del cambio climático y la asociación con el problema fitosanitario de marchitez en la DOT. Estos estudios pueden utilizarse para identificar los cambios ambientales que están ocurriendo asociados a este cultivo y el riesgo fitopatológico por fusarium en las zonas productoras de agave, para tomar las medidas pertinentes y reducir o evitar el riesgo en el suministro de materia prima para la cadena agave -tequila. El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto del cambio climático en Jalisco sobre la marchitez del agave tequilero, con base en el uso de índices obtenidos del monitoreo de predios con agave tequilero durante 1997-1998 y 2008-2009.

Materiales y métodos

El presente análisis se realizó para el estado de Jalisco, localizado en la región pacífico centro de México. Se utilizaron dos estudios de INIFAP sobre la marchitez del agave tequilero en los periodos de 1997 a 1998 y 2008 a 2009. En estos estudios se utilizó el modelo Productor-Experimentador (^{Villarreal, 2000}) como método de diagnóstico para identificar el nivel de marchitez presente. En el periodo 1997-1998 los predios monitoreados fueron 97 y en el periodo 2008-2009 fueron 105. La edad de las plantaciones con agave fue de 1 a 7 años para ambos periodos de monitoreo, con diferentes niveles de tecnología de producción. La distribución de los predios en el estado de Jalisco para los periodos de análisis se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Distribución de predios con agave tequilero monitoreados en 1997-1998 y 2008-2009 y la distribución de estaciones climáticas en Jalisco. 

Los predios seleccionados con agave tequilero tuvieron una superficie de una hectárea con plantas de 1 a 7 años. En esta superficie se marcaron 50 plantas con distribución en cinco de oros con grupos de 10 plantas cada punto. Se utilizaron índices bioclimáticos asociados a la presencia de marchitez. En el periodo de monitoreo de 1997-1998 se utilizó el número de hojas enrolladas, registradas desde el mes de julio de 1997 a enero de 1998. En el periodo de 2008 a 2009 se registró el número de hojas emergidas desde el mes de julio de 2008 a enero de 2009.

En el periodo 1997-1998 se utilizó el índice tasa de hojas enrolladas (THE), como indicador de la marchitez en agave, expresado por la relación siguiente:

donde HE1 es el número de hojas enrolladas al inicio del estudio, HE2 es número de hojas a enero de 1998, (t2-t1) es el número de días transcurridos en el periodo de registro de hojas enrolladas.

En el periodo 2008-2009 se utilizó el índice tasa de emergencia de hojas (TEH), como indicador de crecimiento del agave, expresado por la relación siguiente:

donde EH1 es el número de hojas emergidas del cogollo del agave tequilero al inicio del estudio, EH2 es número de hojas emergidas a enero de 2009, (t2-t1) son los días transcurridos en el periodo de monitoreo de hojas de agave.

Resultados y discusión

Zonas de riesgo por marchitez en 1961-1995

En la Figura 3a se muestran las zonas de riesgo por marchitez (ZRM) para ZR95 y en el Cuadro 1, se presenta la superficie ocupada por cada nivel de riesgo en Jalisco. El nivel de riesgo bajo es predominante y está asociado con zonas muy cálidas y secas, como es la costa de Jalisco y el norte y altos norte de Jalisco. Los niveles de riesgo medio y alto se encuentran en las regiones Ciénega, Altos Sur, Valles y Sur de Jalisco.

Figura 3 Distribución espacial de las zonas de riesgo por marchitez en agave tequilero en Jalisco, estimado con clima de a) 1961 al 1995; y b) 1961 a 2009. 

Cuadro 1 Superficie estimada para los niveles de riesgo por marchitez de agave tequilero para los climas 1961-1998 y 2008-2009. 

El resultado del índice THE procedente del monitoreo en el periodo de 1997-1998 se agrupó por zonas de riesgo y se resume en el Cuadro 2 y la relación entre THE por ZRM se muestra en la Figura 4. En esta figura se presenta la tasa de cambio por nivel de riesgo es de 0.0498 hojas/día, con diferencias altamente significativa entre niveles de riesgo.

Cuadro 2 Estadísticas de la tasa de hojas enrolladas (THE) por marchitez del agave tequilero de predios monitoreados durante 1997-1998, ordenados en tres niveles de riesgo para Jalisco. 

Figura 4 Relación entre las zonas de marchitez de agave tequilero con la tasa de hojas enrolladas de predios monitoreados durante el periodo de 1997-1998 de Jalisco. 

La THE fue mayor en el nivel de riesgo alto con 0.0998 hojas/ día, en la zona de riesgo media con 0.0098 hojas/día y el menor en la zona de riesgo baja con 0.0022 hojas/día. Estos valores son indicadores de la velocidad de deshidratación de las hojas de agave como consecuencia de la marchitez, de manera que la ZRM alta se enrolla una hoja cada 10 días, mientras que en la ZRM media y baja se requieren más de 100 días para enrollar una hoja.

Otro efecto importante observado es la relación entre la THE con la edad del agave tequilero y las ZRM, como se muestra en la Figura 5. En esta figura se observa que la THE para la zona de riesgo bajo se mantiene con un valor mínimo durante los siete años del ciclo de agave. Para la zona de riesgo medio, después del cuarto año la THE comienza a incrementarse hasta el séptimo año donde alcanza el valor mayor. En la zona de riesgo alto se tiene el efecto más intenso de la THE con la edad del agave, en prácticamente todo el ciclo del agave, iniciando desde la plantación del cultivo hasta séptimo año.

Figura 5 Relación entre las zonas riesgo por marchitez con la tasa de hojas enrolladas y tasa de emergencia de hojas con la edad del agave tequilero, con clima de a) 1961 al 1995; y b) 1961 a 2009, respectivamente. 

Zonas de riesgo por marchitez en 1961-2008

En la Figura 3b se muestran las zonas de riesgo por marchitez para el clima 1961-2008 (ZR08) y el Cuadro 1, indica la superficie ocupada por cada nivel de riesgo en Jalisco. La superficie por zona de riesgo tiene la misma tendencia que en ZR95, solo que en este periodo las zonas de riesgo bajo y medio aumentan 46 275 y 3 299 ha, respectivamente. En la zona de riesgo alta la superficie se reduce 9 569 ha. Esta puede considerarse el primer indicio del efecto del cambio climático sobre las ZRM del agave tequilero en Jalisco.

La identificación de las ZRM en los predios con agave del periodo de 2008-2009, se resumen en el Cuadro 3 y la relación de TEH por ZRM se muestra en la Figura 6. La pendiente en la TEH por nivel de riesgo es de -0.0257 hojas/día. Este valor es altamente significativo entre niveles con tendencia a reducirse con el cambio de ZRM. Los valores promedio de la TEH en las ZRM baja, media y alta es de 0.144 hojas /día, 0.108 hojas/día y 0.097 hojas/ día, respectivamente.

Cuadro 3 Estadísticas de la tasa de emergencia de hojas enrolladas (TEH) en agave tequilero de predios monitoreados durante 2008-2009, ordenados en tres niveles de riesgo para Jalisco. 

Figura 6 Relación entre las zonas de riesgo por marchitez en agave tequilero con la tasa de emergencia de hojas en predios monitoreados durante el periodo de 2008-2009 en Jalisco. 

La relación de la TEH con la edad del agave y la ZRM se muestra en la Figura 5b. Esta figura muestra que con el avance en la edad de agave, la TEH tiende a disminuir en los tres ZRM, aunque en la ZRM alta la TEH es baja desde los primeros años de la plantación, mientras en la ZRM baja la TEH tiene un valor más elevado (Cuadro 3). Estos valores indican que una hoja se forma en las ZRM baja, media y alta, en 6.95 días, 9.25 días y 10.3 días, respectivamente.

Cambio de las zonas de riesgo por marchitez

En la Figura 7 se muestra la distribución del cambio en las ZRM de Jalisco. Este mapa es el resultado de la suma algebraica entre ZRM de ZR95 menos ZR08. Cuando el resultado es positivo, el riesgo por marchitez se reduce uno o dos niveles, con valor cero indican sin cambio de riesgo y el valor negativo representa un aumento en el nivel de riesgo de uno o dos niveles.

Figura 7 Cambio en el nivel de riesgo por marchitez en agave tequilero, estimado con la comparación de las zonas de riesgo por marchitez para 1997 y 2008. 

En el Cuadro 4 se muestra la superficie afectada por los cambios en la ZRM y los niveles de cambio ocurridos. Las superficies en el cambio de las ZR95 menos ZR08 demuestran que las condiciones agroclimáticas para la marchitez del agave está modificándose en los periodo de análisis y factores geográficos como montañas, cuerpos de agua, zonas áridas, entre otras, definen en gran medida la distribución espacial de la marchitez (^{Heesterbeek y Zadoks, 1987}). Es notorio que el incremento en el riesgo por marchitez está ocurriendo en las partes alta de Jalisco, mientras que en las zonas costeras y de mediana altitud de menos de 1 500 msnm, el riesgo por marchitez, está disminuyendo, resultado atribuido al aumento en la temperatura ambiental.

Cuadro 4 Cambio en las zonas de riesgo por marchitez (ZRM), y la superficie que sujeta a cambio en la ZRM, para el periodo de 1997 a 2008. 

El cambio en las condiciones de clima de ZR95 con respecto a ZR08 para F. oxisporum indica que ha sido afectado 49.5% de la superficie de Jalisco, pero al menos 23.3% del área cambio su nivel de riesgo favoreciendo las condiciones agroclimáticas para la marchitez del agave, observado como valores negativos en el cambio de ZRM. Estas tendencias son similares a las mostradas por estudios donde se hacen proyecciones de la modificación del clima y su efecto en cultivos (^{Masutomi et al, 2009}) o patógenos como F. oxisporum (^{Tantaoui et al., 1996}; Ferrocino et al., 2014; ^{Shabani et al, 2014}).

En los sitios donde la severidad de este problema fitosanitario para el agave es evidente, el riesgo por marchitez debe ser considerado como un factor de reducción de superficie para la producción de materia prima para la industria del tequila. Asimismo, es necesario utilizar escenarios futuros de cambio climático para proyectar como podría ser la tendencia esperada en las zonas de riesgo por fusarium de la DOT para producir agave tequilero.

Conclusiones

La relación entre las zonas de riesgo y el monitoreo de agave en 1997-1998 con el índice bioclimático tasa de hojas enrolladas resultó con una correlación de 0.37 con diferencia altamente significativa (p> 0.01). La edad del agave tiene un vínculo estrecho con la THE y las zonas de riesgo por marchitez.

Las zonas de riesgo por marchitez también fue correlacionada con el índice bioclimático tasa de Emergencia de hojas (TEH) con una correlación de 0.38 y alta significancia (p> 0.01), utilizado el monitoreo de agave durante el periodo 2008-2009.

Se muestra evidencia del efecto del cambio climático sobre las zonas de riesgo por marchitez en Jalisco. Se encontraron dos tendencias, una orientada hacia la reducción del riesgo por fusarium para el agave tequilero en 26.2% del área, pero otra que acentúa el riesgo por fusarium en más de 23.3% de la superficie de Jalisco. Este cambio se fundamentó en la relación empírica de la tasa de hojas enrolladas y la tasa de emergencia de Hojas para el año 1997 y 2008, donde se utilizaron como indicadores de la asociación entre la marchitez del agave en tres zonas de riesgo y la edad del agave tequilero.

Es necesario utilizar escenarios de cambio climático para proyectar como podría ser la tendencia futura en las zonas de riesgo por fusarium en la DOT para producir agave tequilero.