Agricultura y Cambio Climático en el Huila
Jaime Izquierdo, José ¡van Cha iarro", Gustavo Adolfo TrujiUo"
Considerando la importancia actual del cambio climático global y la creciente necesidad de reducir los riesgos en la agricultura, se propone la presente investigación en la zona norte del Departamento del Huía, para determinar el impacto que tiene la dinámica climática y su variabilidad atribuida al cambio climático global, sobre la producción agrícola en aproximadamente 4.500 ha localizadas en los distritos de riego San Alfonso, El Juncal y El Porvenir
La base para el análisis del cambio climático y sus implicaciones sobre la agricultura, es la información histórica climática recopilada, representada en graiicas de distribución anual y modelación espadotemporal en la fisiografía del áiea de estudio, con el fin de exponer la dinámica climática de las últimas dos décadas. El desarrollo del software MOBAYNER permitió la modelación de balances de masas de agua anual mediante la metodología de Hargreaves, proporcionando información base en la estlmadón de las necesidades de riego, reladonadas con la distribución espacial de las caraderisücas físicas de bs suelos y su uso en cada distrito de riego.
Con el conocimiento general de las tendencias de las variables meteorológicas expuestas en la dinámica climática de los últimos 20 anos, se proyectaron algunas variables hasta el ano 2015, modeladas en 2D y 3D, exponiendo su tendencia en la distribución espado-temporal El resultado de las modelaciones permitió estimar a futuro el posible lmpado del fenómeno de cambio climático en la agricultura y el ambiente en el área de investigación; este diagnostico básico genera informadón que puede ser utilizada en la proyección del manejo de los recursos agua-suelo en la producción agrícola, la programadón de actividades de campo y elaboración de los futuros planes agrícolas de acuerdo con la oferta agro -climatológica de la aona.
Palabras claven Agricultura, Cambio climático, Modeladón, Manejo de agua y suelo.
* M.Sc. Recursos hitárteos. Profesor Titular Facultad de Ingeniería. Universidad Surcabmbiana. Jaimeuquierdo<Áxufco.edu. co - www.ijnipcfjhida.com
**B.Sc trtg. Agrícola. Joven investigador USCO2007. Ex change Student University ofOklahoma2006. bnvtronmentaí Modeütng Ph.D Course and So3Science Máster Course. ing_ chava rro&yahoo.es
*** ti.Sc. ing. Electrónico. Joven Investigador GHRJA 2007. Exchange Student University of Ok ¡ahorna 2006. NetWork Security and Database Management. Máster Courses.gustavoJemu&hotmailcom
Considerlng the current Importance of the global dlmatlc change and thc growlng necessity of reducing the rlsks ln the agrie ul tu re, the university proposes the folowing research tn the north area of the Hulla Department, to determine the Impact that has the dlmatlc dynamlcs and its varlablllty attrlbuted to the global dlmatlc change, ln the agricultura! productlon ln approxlmately 11115 acres located ln the Irrlgatlons dlstrlds San Alfonso, The Juncal and The Porvenir.
The base for the analysls of the cbmatlc change and Its Impllcatlons ln the agrlculture, Isthe gathered dlmatlc histórica! Information, represented ln graphlc of annual dlstrlbutlon and modelllng spatlal-tlme ln the topography of the study area, wlth the purpose of exposlng the dlmatlc dynamlcs of the last two decades. The development of the software MOBAYN ER alowed the modelllng of balances of masses of water yearly by means of the Hargrea/es methodology, provldlng Information bases on the estímate of the Irrlgatlon necessltles, related wlth the spatlal dlstrlbutlon of the physlcal characterlstlcs of the solls and Its use ln each irrlgatlon dlstrlct.
Wlth the general kncwledge of the tendendes of the meteordoglcal variables exposed ln the dlmatlc dynamlcs of the last 20 years were projected some variables untll the year 2015, modelled ln 2D and 3D, exposlng Its tendeney ln the dlstrlbutlon spatlal-time. The result of the modelllng allowed to estímate to future the posslble Impact of the phenomenon of dlmatlc change ln the agrlculture and the envltonment ln the research area; thls dlagnose baslc It generales Information that can be used ln the projection of the management of the reso urces water-soll ln the agricultura! productlon, the programmlng of fleld actlvltles and elaboratlon of the future agricultura! plans of agreement wlth the offer agrlculture - dlmatologlcal of the area.
Key words: Agrlculture, dlmatlc Change, model water Management, solls.
La Universidad Surcolombiana a través del Grupo de Investigación GHIDA de la Facultad de Ingeniería, ante la imperiosa necesidad de brindar soludones con relación al uso adecuado dd recurso hidrico en la produedón agrícola, realizo la presente Investigación Integrada al ámbito de desarrollo regional del norte del Departamento del Hulla, determinando en primera aproxlmadón la Influencia del cambio climático en la agricultura, teniendo en consideradón que este no es un fenómeno aislado del deterioro de los ecosistemas en el Departamento.
La elaboración de un software que estime los balances de masas de agua, es un instrumento más que permitirá establecer la programadón de siembra de cultivos de acuerdo con la posible oferta dlmatologlca. En d desarrollo de este componente Informático se evidenciaron variaciones en la dlstrlbudón de las series históricas de las variables climatológicas, evidenciando que estas en conjunto se expresan como resultado de la dinámica global, razón por la cual, la Investigación planeo un mayor alcance enfocado a la Identlflcadón de esta dinámica en el entorno regional. El desarrollo del software MOBAYN ER (Modelación de Balances y Necesidades de Riego) permitió modelar la dinámica dlmátlca en la zona norte del Departamento e Identificar sus variaciones atribuidas al cambio climático, su Influencia sobre la demanda hldrica de los cultivos y la proyecdón de las variables dlunáticas precipitación y temperatura para los próximos 10 artes (2005-2015), exhibida mediante moddación 2D - 3D, con el fin de visualizar la tendencia de este fenómeno.
Con la presente investigación, se espera concientizar a la comunidad en general y especialmente a entes gubernamentales de administración ambiental, sobre la importancia de aplicar controles q ue conlleven al uso ef idente de los recursos naturales y su eiplotadón en la agricultura, asi como la utilización de nuevas tecndogias que dismini^an el deterioro ambiental de ecosistemas y mitiguen los efectos dd cambio dlmittco.
La base fundamental de la investigación fue la creación de una base de datos en ACCES con la información cartogtáfica, edaíológtca. de cultivos, suelos y la Información histórica de las variables el imato lógica* para la realización de los balances agro-dlmáticos y análisis de tendencias
La Información fue sometida a procesos de complementadón, verificación, ajuste y homegenizadón utilizando las técnicas para tal fin, programadas en MaTHEMÁTICA 5.2. Se realizaron reconocimientos y muéstreos en campo para la determinación déla distribución espacial de las características fisicas de los suelos, información incorporada a la base de datos para la estimación de las necesidades para riego y drenaje.
Se desarrollo el software MOBAYNER, con la incorporación de la base de datos y la ap Itcacló n de la metodología de Hargreaves para moddar los balances de htdricos y caracterizar los cambios en los regímenes de predpitadón y evaporación que infligen en el desarropo y rendimiento de los cultivos durante los últimos 20 arios en la zona norte del Departamento del Hulla, donde se encuentran los Distritosde Riego demayor área en producción agrícola. Para este fin, se comparan balances en arios que tienen 1$C de diferencia en la temperatura promedio anual identificando la posible variación en las necesidades htdrtcas de los cultivos y la vegdadón natural dd ecosistema. El software se elaboro en el lenguaje de programación VJSU AL B ASIC6 0, evaluándcsebajodtferentes condiciones de humedad y periodos en el ario, analizando la bondad de los ajustes mediante métodos estadísticos evaluados en MATLAB.
Adicionalmente se modelo la variabilidad espado-temporal de algunas var Lablesdlmátlcas comola precipitación y temperatura mediante la Implementadión del software SURFER $Q con el objetivo de caracterizar y describir patrones de distribución, evaluados en el software GS+ {Geostatlstics for the Environmental Sciences), permitiendo evidenciar las zonas con diferentes ambientes de humedad y temperatura, caracterizando aquellas con mayor demanda htdrica correspondientes a zonas áridas y semláridas.
El análisis de parámetros estadísticos como la media, desviación estándar, asimetría y coeficiente de variación, aplicados a la información climática para determinar el modelo de mejor ajustea la distribución de datos de la serie para la proyección de los eventos en los próximos 10 arios, para este fin se aplico Rearson Jü en el software SMADA-Dlstrlb para estimar el Impacto a futuro de este fenómeno específicamente en la agricultura.
Los resultados de las moddaciones son contrastados con las teorías del JPCC (Panel Jntergubemamental de Cambio Climático) y la dinámica dimátlca global determinando su apJtcabilldad en el entorno regional.
El software MOBAYNER 1.0, ilustra la distribución de los balances de masas de agua en los últimos 20 arios, permitiendo evidenciar la varlab tildad y tendencia climática que servirá de partida para la programación de siembra de cúltivos y el cálculo de las necesidades hldricas de los mismos.
La comparación de algunos balances exponen por ejemplo, queentrelosarios2000 y2003 con diferencia de 1$C en la temperatura promedio anual varia la necesidad de riego acumulada de 1556-97 a 1030-27 mm/ario, significando una diferencia aproximada en volumen de agua anual de 5267 m3/ha. (Wsr Figura 1).
compuesta por dos periodos secos y dos periodos de lluvias, pero como se aprecia en el balance de masas de agua del ario 2003, la distribución fluctuó a cuatro periodos cortos de lluvia. Esta variación en la distribución es atribuida a fenómenos, asociados al cambio climático global como lo son el Niño y la Niña. 2000
Al realizar una comparación entre los balances de masas y la distribución espacial de loseventos, se evidencia la relación entre el año seco y la temperatura, contrastado con la variación de la demanda hldrlca en los años 2000 y2003, en la cual es lite correspondencia entre el Incremento de la temperatura (1$C) con el déficit hldrlco en las áreas agrícolas de la asna norte. Lo anterior, es el reflejo de la variadón de la demanda hldrlca a la que se enfrenta la producción agrícola por las variaciones climáticas; por esta razón para definir un patrón de cambio en el tiempo, se elaboraron (20) modelaciones que muestran la variabilidad espado-temporal de la predpitaclón y la temperatura en el periodo 1986 - 2005, visualizando la recurrencia de años secos, años húmedos y la periodicidad con que se repiten. Las dos variables anteriores se seleccionaron debido a que son las de mayor sensibilidad e Interés en la Identiflcadón del cambio dimático.
El análisis estadístico de las variables modeladas, se realizó con el fin de determinar Índices evaluadores como la asimetría, la desviación estándar, la media y el coefidente de variación, identificando asi las características de dlstrlbudón de las series de datos y aplicar la modeladón estadística de mejorse ajuste para la inferencia de los eventos en los próximos años. Para este propósito, se aplico la distribudón de Pearson III, por su ajuste a la leve variadón reflejada en la serle evaluada. El análisis se realizo con el software SMADft-Dlstrlb 2.13. (\fer Figura 3).
PrarntioType ITT
Figura 3. AjusH? de la historia a la distribución de p n habilidad.
De igual manera se realizaron los análisis para las series de datos de las 15 estaciones seleccionadas en la Investigación. El método estadístico de mejor ajuste para las inferencias, es la dlstrlbudón de Pearson III, con el cual se proyectaron los datos de las variables para los años 2007,2008,2010 y 2015
En la proyección de la variable precipitadón acumulada anual se evidencia la tendencia al aumento, que a su vez esta reladonada con la ocurrencia de eventos extremos (aguaceros) Identificados por la variadón en la cantidad e intensidad del evento. En la investigación se reladonó el aumento en la cantidad total del aporte acumulado anual con la posible ocurrencia de eventos extremos
De Igual forma se proyecto la variable temperatura media, que es el promedio de lecturas tomadas durante un periodo de tiempo determinado. La modeladón permite comparar la evoludón del cambio climático, representado en el aumento de la temperatura, su área de Influencia y su relación con la distribución de la precipitación. Las de Isotermas 3D, son proyectadas para los años 1986, 2005 y 2015 (ver figura 4).
La modelación espado-temporal en Isotermas 3D expone la distribución, tendencia al incremento y área de influencia de este incremento en la temperatura de la zona norte, que esta relacionado con la expansión del desierto de la Tata coa por procesos erosivos que conllevan al deterioro de los suelos, resultado del impacto del cambio climático.
La humedad relativa es una variable climática importante en la dinámica global. Para la zona norte del Hulla, se ha descrito una tendencia a la disminución del porcentaje de humedad en el ambiente, Induciendo a ambientes más secos de mayor exigencia a bs tejidos vegetales para mantener su balance hidrlco con la atmósfera circundante.
• MOBAYNER es un software robusto desarrollado para modelar los balances de masas de agua anuales con base en la información climatológica histórica de los últimos 20 años de las áreas de producción agrícola donde se localizan los distritos de riego más importantes del norte del Departamento del Hulla. La programación del software con la teoría de balance hidrlco según la metodología de Hargreaves, permitió elaborar graflca y numéricamente los ba lances agro<Umát Icos de la Información histórica recopilada, la cual fue aplicada a los principales materiales vegetales que se cultivan en los distritos de riego; con esta Información se estimaron las necesidades de riego, considerando la variabilidad espacial de los suelos de las distintas áreas de producción agrícola con el fin de obtener un mayor grado de aproximación en el calculo. El resultado de este proceso provee información que puede ser utilizada como criterio para la selección de épocas de siembra, evaluando la necesidad hidrica durante su periodo vegetativo y la oferta climatológica de la zona.
• La recopilación y almacenamiento de la información climatológica histórica mediante la creación de la base de datos dd software MOBAYNER, permitió además de modelar los balances de masas de agua, realizar la inferencia de bs eventos climatológicos para los dos años siguientes al 2005. La estimación de las demandas hldrlcas anuales cuantiflcadas mes a mes, permite a los administradores de bs distritos de riego y a los agricultores programar la siembra del material vegetal en los distintos períodos, sugiriendo aquellos con menor probabilidad de tener necesidades hidrlcas elevadas, generando un ahorro en el cobro de la tarifa de agua.
* Con d software MOBAYNER se logró visualizar la dinámica y las implicaciones del cambio climático global en la zona norte del Departamento del Hulla. Con la generación de balance de masas de agua se logro evidenciar la variación en la distribución de las precipitaciones, observando un cambio de régimen blmodal a multl-modal, con la implicación de una menor duración y mayor intensidad de los eventos pluviales. Este cambio induce a una mayor necesidad hidrica de bs cultivos debido a ladistrlbudón irregular del agua, incrementando bs períodos secos, haciendo necesario una mayor dosis de riego para suplir la necesidad hidrica
• La zona norte del Departamento de Hulla exhibe un avance en la afectación de áreas por el proceso de desertlflcadón, revelando una alta vulnerabilidad al cambio climático global, debido a que sus efectos pueden generar un mayor impacto. Algunas de las características de este fenómeno es reflejado en el proceso de calentamiento progresivo reladonado con el incremento de la tasa de desertlflcadón anual. El área del valle del Magdalena en el norte es caracterizada por bajos niveles de predpitadón y una variación en la distribución normal de este evento genera un aumento en las necesidades hidrlcasde los cultivos y la vegetación natural, ocasionando con mayor frecuencia estrés hidrlco en los tejidos vegetales, conllevando a la perdida de cobertura y generando la degradación de bs suebs, afectando los sistemas de producdón agrícola y bs
ecosistemas que posiblemente en un futuro harán parte del área desértica de la Tatacoa con las connotaciones que esta conlleva.
Los análisis de las series histéricas de las variables climáticas regionales tienen similitud con las tendencias descritas por los científicos sobre la dinámica de cambio dlmátlco global. La temperatura presenté tendencia al aumento con aproximadamente
0.5fC en los últimos 20 artos. La proyección realizada estima para el arto 2015 un aumento Igual de 0.5§C en la temperatura promedio, evidenciándose un incremento mas acelerado, relevante para la comunidad científica. Con la modelación 2D, se legro visualizar la distribución espacial de las variables climáticas precipitación y temperatura, los contrastes diferencian las áreasdeinfluencladela varlab UldadcHmátíca de afectación, revelando los sitios con mayor vulnerabilidad en la zona norte. Con la aplicación graflca animada de modelación en 3D, se observa en forma dará y objetiva las Implicaciones del calentamiento, con el fin de facilitar la comprensión y significado de la afectación de la dinámica climática global en el entorno y el área geogtáftca habitada.
La Implementadón de modelos numéricos analíticos y estadísticos permitieron describir la dinámica de las series históricas de los últimos 20 artos, determinando su variadón y su tendencia, permitiendo estimar su comportamiento a un futuro cercano proyectado al arto 2015, ajustado a la tendencia descrita por cada serle Con la modelación Isotérmica 3D y proyección de la variable temperatura, se logro exponer el área de influencia de la posible afectación en el arto 2015 y el avance en el aumento del área afectada durante las dos décadas desde 1986 hasta el 2005. Al mismo tiempo, el análisis de la serle histórica de la variable humedad relativa, revela la tendencia atener variadón de ambientes, debido a veranos Intensos y las épocas con aportes puntuales de mayor magnitud en la predpltadón. Con la teoría de cambio climático global, es posible reconocer las áreas con ambientes
secos y las potendalmente susceptibles a serlo, previendo unatendenclaal aumentode la temperatura, un cambio en la distribución e Intensidad de las precipitaciones y una mayor influencia de los efectos de este fenómeno, producto de la aceleración de este proceso.
• Para los próximos 10 artos se considera el aumento del área desértica de la Tatacoa teniendo en cuenta la vulnerabilidad de las áreas que actualmente lo rodean, conllevando a un proceso de degradación de sudos Para la agricultura, se estiman impactos relacionados con el aumento de las demandas htdrlcas de los cultivos, generados por posibles aumentos en la temperatura y la limitada oferta hldrlca que se puede presentar en un futuro próximo. En algunas proyecciones realizadas, se estimo que con el aumentode 1§C en la temperat ur a promedio, las demandas hldrlcas anuales de los cultivos pueden Incrementarse a razón de 5267 m3/ha, conllevando a una problemática por la administración del recutso hldrico e impactos económicos Importantes por perdidas o bajos rendimientos en la producción agrícola.
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Universidad Surcolombiana Facultad de Ingeniería