Influencia del cambio climático en los requerimientos térmicos del nopal tunero (Opuntia spp.) en el Centro-Norte de México

G. Medina-García1; J. A. Zegbe1*; J. A. Ruiz-Corral2; J.I. Casa-Flores1; V. M. Rodríguez-Moreno3

1. INIFAP Campo Experimental Zacatecas, Km 24.5 Carretera Zacatecas-Fresnillo, Calera, Zac., México., Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, INIFAP, Campo Experimental Zacatecas,

<city>Calera</city>
<state>Zac.</state>
, Mexico , 2. Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias-Universidad de Guadalajara. Camino Ing. Ramón Padilla Sánchez núm. 2100, Predio Las Agujas, Nextipac, Zapopan, Jalisco, México., Universidad de Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad de Guadalajara,
<city>Zapopan</city>
<state>Jalisco</state>
, Mexico ,
3. INIFAP Campo Experimental Pabellón, Carretera Aguascalientes-Zacatecas km 32.5, Pabellón de Arteaga, Ags., México., Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, INIFAP, Campo Experimental Pabellón,
<state>Ags.</state>
, Mexico

Correspondence: *. Corresponding Author: Jorge A. Zegbe. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Campo Experimental Zacatecas, Km 24.5 Carretera Zacatecas-Fresnillo, Calera, Zac., México. Phone: (800) 0882 222 Ext. 82314. E-mail: E-mail: .


Resumen

En México, el cultivo del nopal tunero (Opuntia spp.) tiene una larga tradición cultural. Este país es considerado como el centro de origen y domesticación del género Opuntia. En el Centro Norte del país, en promedio, más de 45, 000 ha son cosechadas anualmente. Sin embargo, aunque el nopal es una especie tolerante a condiciones ambientales adversas, su productividad puede ser afectada negativamente por factores bióticos y abióticos durante su desarrollo. El objetivo de este trabajo fue conocer el efecto del cambio climático sobre el rango térmico del nopal tunero cultivado en el Centro-Norte de México. Se hizo un análisis histórico sobre la variación del número de horas con temperatura dentro y fuera del rango térmico para el nopal. También se hizo un análisis similar para los escenarios climáticos 2030, 2050 y 2070 en las rutas de concentración representativas (RCP, por sus siglas en inglés) 4.5 y 8.5. El cambio climático tendrá poco efecto en el número de horas con temperatura media anual en el rango óptimo para el desarrollo de nopal tunero (14 a 19 °C) y en el número de horas con temperatura media en el mes de enero para el rango óptimo (10 a 14 °C). En el primer caso, la superficie cultivada con esa temperatura óptima sólo disminuiría 4 % y 15.4 % para el año 2070 bajo los escenarios RCP 4.5 y RCP 8.5, respectivamente. En el segundo caso, la superficie de los municipios con esa temperatura óptima aumentaría 9.9 % y 13.2 % para el año 2070 bajo los escenarios RCP 4.5 y RCP 8.5, respectivamente.

Received: 2020 June 28; Accepted: 2021 January 29

revbio. 2021 Jul 13; 8: e1007
doi: 10.15741/revbio.08.e1007

Keywords: Palabras clave: Opuntia spp., calentamiento global, RCP, temperatura horaria.

Introducción

El nopal tunero (Opuntia spp.) es una planta xerófita cultivada en regiones áridas y semiáridas marginales de México y en agro-ecosistemas similares del mundo. Esta planta tiene diferentes usos tanto como consumo humano, como hortaliza y fruta, como alimento para ganado en épocas de sequía, usos industriales, así como para minimizar la erosión del suelo (Varela-Gámez et al., 2014, Inglese et al., 2017).

México es el principal productor de tuna, cosechando aproximadamente el 43 % de la producción mundial anual estimada en 1,060,000 t en una superficie de 100,000 ha (Potgieter & D’Aquino, 2017). La superficie plantada en México con nopal tunero en 2019 fue de 45, 746 ha bajo condiciones de temporal, principalmente en los estados de México 35.4 %, Zacatecas 24.7 %, Puebla 12.2 %, Hidalgo 9.6 %, San Luis Potosí 6.4 %, Jalisco 4.5 %, Guanajuato 3.9 %, Tamaulipas 1.4 %, y Querétaro 1.2 % (SIAP, 2020). Estos estados se encuentran en la región Centro Norte del país, conocida como Altiplano Mexicano.

Las especies de Opuntia, han desarrollado adaptaciones anatómicas, morfológicas y fisiológicas para sobrevivir y crecer en ambientes áridos con severo estrés hídrico que limita la sobrevivencia de otras especies vegetales (Prat & Franck, 2017). El nopal es una planta con metabolismo del ácido crasuláceo (CAM, por sus siglas en inglés), el cual está caracterizado por la fijación nocturna de carbono y uso del agua, cuando la temperatura es más baja y la humedad relativa es generalmente más alta que la diurna (Cushman & Bohert, 1999; Nobel & Bobich, 2002). Así, durante el curso diurno, el uso del agua vía transpiración en las plantas CAM es de tres a cinco veces menor que plantas C4 y una C3, respectivamente (Nobel, 1988).

De acuerdo a diferentes autores citados por Ruiz et al. (2013), al género Opuntia se le encuentra desde el nivel del mar hasta una altitud de 4,700 m, aunque la altitud óptima es de 1,700 a 2,300 masl. El rango térmico para esta especie es de 6 a 36 °C, con un óptimo entre 15 y 19 °C. El nopal puede soportar temperaturas hasta de 65 °C por una hora. En tanto, esta especie muere con temperaturas de -5 a -8 °C. Requiere precipitaciones entre 200 a 750 mm anuales, aunque el óptimo es de 350 a 700 mm. De hecho, en el área nativa del nopal en la altiplanicie central de México (altitud entre 1,800 y 2,200 masl, la lluvia es menor a 500 mm, la temperatura media anual varía entre 16 y 18 °C, y la temperatura máxima durante el día en el mes más caliente no excede 35 °C (Pimienta-Barrios, 1990).

Si bien, las adaptaciones fisiológicas y morfológicas en conjunto hacen que el nopal sea exitoso en los ambientes secos, y que podría afrontar al cambio climático, es imperativo estudiar el efecto que el calentamiento global podría o no tener en el cultivo de nopal tunero (Kumar et al., 2018).

Sin embargo, aunque el nopal es una especie que tiene un amplio rango de adaptación (Ruiz et al., 2013), su productividad puede ser variable debido tanto a factores bióticos como abióticos que se presentan durante el desarrollo del cultivo. Temperaturas extremas y la disponibilidad de agua son dos de los factores de estrés abiótico que limitan el crecimiento y desarrollo de los cultivos (Medina-García et al., 2016).

La temperatura de las áreas agrícolas de México se ha incrementado de manera perceptible desde la década de los años noventa del siglo pasado (Ruiz et al., 2011; Medina-García et al., 2016), este incremento de la temperatura trae consigo modificaciones en variables agroclimáticas como puede ser la acumulación unidades calor y de frío invernal que limitan la productividad principalmente de árboles frutales caducifolios (Medina-García et al., 2019a).

Con el cambio climático se espera que para el año 2050 la temperatura promedio de la tierra se haya incrementado entre 2 y 5 °C, o más, de acuerdo al Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC, 2014). Actualmente, el cambio climático representa una de las principales circunstancias 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. Por lo cual es importante conocer las condiciones climáticas de desarrollo del nopal tunero y su posible influencia en su potencial de producción.

El objetivo de este trabajo fue conocer el efecto del cambio climático, sobre el rango térmico del nopal tunero cultivado en el Centro-Norte de México.

Material y Métodos

El área de estudio comprendió los principales estados productores de nopal tunero del centro norte de México: Zacatecas, San Luis Potosí, Aguascalientes, Estado de México, Puebla, Hidalgo, Guanajuato y Jalisco (Figura 1). Se utilizaron datos diarios de temperatura máxima y temperatura mínima de las estaciones de clima del Servicio Meteorológico Nacional. Se seleccionaron 244 estaciones con más de 30 años y más de 90 % de datos.


[Figure ID: f1] Figura 1.

Principales estados y municipios productores de tuna en México.


Con los datos diarios de temperatura máxima y mínima, se generaron datos horarios (Snyder, 1985) de toda la serie histórica de datos de las estaciones. Para validar la estimación de los datos, se utilizaron datos diarios de temperatura máxima y mínima de una estación de clima automática, y se compararon con sus datos horarios reales. Con los datos estimados se contabilizó el número de horas en que la temperatura estuvo dentro y fuera de los rangos óptimos de las temperaturas cardinales para nopal tunero (Tabla 1) durante el ciclo de cultivo anual y en el mes de enero (Medina-García et al., 2019b). Se obtuvo el número de horas promedio de cada rango por mes para cada año (1981-2010), con estos datos se hicieron análisis de tendencias, para lo cual se utilizó la prueba no paramétrica de Mann-Kendall (Mann, 1945; Kendall, 1975), ya que se considera la más adecuada para el análisis de tendencias en series temporales climatológicas (Miró et al., 2009; Ahmed et al., 2014; Melo et al., 2015) y se complementó con la estimación Sen de pendiente de la tendencia (Sen, 1968) para esto se utilizó la macro Makesens, desarrollada en el Finnish Meteorologial Institute (Salmi et al., 2002).

Tabla 1.

Valores umbrales y óptimos de temperaturas cardinales para nopal tunero cultivado en la región de estudio.


Temperature °C Marginal Sub optimal Optimal Sub optimal Marginal
Annual mean < 13 13 - 14 14 - 19 19 - 21 > 21
January mean < 10 10 - 14 > 14

Para generar mapas con el número de horas de temperatura de cada rango se estimaron modelos de regresión para el ciclo de cultivo. Para tal efecto, se seleccionaron 61 estaciones a nivel nacional abarcando diferentes ambientes. Se obtuvieron las temperaturas horarias por día de cada una de las 61 estaciones, se obtuvo el número de horas de temperatura para cada rango y se relacionaron con la temperatura máxima y mínima medias en el mismo periodo de cultivo. Se obtuvo así un modelo para cada rango para el ciclo de cultivo anual y para el mes de enero.

Para estimar el efecto del cambio climático en el número de horas dentro y fuera de las temperaturas cardinales, se utilizó el sistema de información de cambio climático de la República Mexicana del INIFAP (Ruiz-Corral et al., 2016), el cual consta de climatología base del periodo 1961-2010 y climatología de los años 2041 a 2080 en las Rutas de Concentración Representativas (RCP) 4.5 y 8.5 de gases de efecto invernadero (GHG) por sus siglas en inglés. Los cuales fueron obtenidos a partir de información del portal de datos de Cambio Global de WorldClim con los que se generó un modelo ensamble integrado por 11 modelos de circulación general (GCMs) reducidos en escala y calibrados (Walton et al., 2013) y seleccionados para México (BCC‐CSM1‐1, CCSM4, GISS‐E2‐R, HadGEM2AO, HadGEM2‐ES, IPSLCM5A‐LR, MIROC‐ESM‐CHEM, MIROC‐ESM, MIROC5, MRI‐CGCM3, NorESM1‐M).

Se utilizó un RCP de emisiones intermedias (4.5) el cual es considerado consistente con un futuro con reducciones de emisiones relativamente ambiciosas y un RCP de emisiones altas (8.5) que es coherente con un futuro sin cambios de política para reducir las emisiones (Van Vuuren et al., 2011). Con estos escenarios se realizaron las proyecciones. Se utilizaron los valores de temperatura máxima y temperatura mínima de los años 2041 a 2080. Con los datos mensuales se obtuvieron los anuales para los escenarios climáticos 2021-2040, 2041-2060 y 20612080, en adelante referidos como climatologías o años 2030, 2050 y 2070 respectivamente.

Resultados y Discusión

Análisis retrospectivo

En la validación de los datos horarios estimados de una estación meteorológica automática y sus respectivos datos horarios reales, se ajustaron a una regresión lineal con R2 = 90 %, intercepto igual a cero y valor de la pendiente igual a uno (Figura 2) (Fritz et al., 1997).


[Figure ID: f2] Figura 2.

Modelo 1:1 con datos horarios de temperatura observada y estimada.


Con los datos horarios se estimó el número de horas en que la temperatura se encontró dentro y fuera de los rangos óptimos de temperaturas cardinales para el desarrollo del nopal tunero en el ciclo de cultivo anual. El análisis de tendencias históricas de los años 1981 a 2010 (considerando las 244 estaciones) se presenta en la Tabla 2.

Tabla 2.

Prueba de tendencia de Mann-Kendall y estimación de pendiente Sen para las temperaturas cardinales de nopal tunero.


Temperature °C Mann-Kendall trend Sen estimated slope
Z statistic Significance Slope Constant
14 - 19 annual -0.18 ns -0.403 2092.469
< 13 annual -0.68 ns -2.460 2769.773
> 21 annual 2.43 * 10.589 2555.500
10 - 14 January -1.25 ns -0.323 167.492
< 10 January -0.50 ns -0.439 299.660
> 14 January 0.64 ns 0.655 315.058

TFN1Nivel de significancia: no significativo (ns), significativo con p ≤ 0.1 (*).


El número de horas dentro del rango de temperatura óptima para el desarrollo del nopal tunero (14 - 19 °C), no tuvo una tendencia significativamente definida, es decir, el número de horas con temperatura apropiada para este cultivo se mantuvo sin cambios estadísticamente significativos en el periodo de estudio. La temperatura marginal inferior (< 13 °C), presentó una tendencia a disminuir, pero no significativamente; mientras que la temperatura marginal superior (> 21 °C) presentó una tendencia a incrementarse significativamente (Tabla 2). Lo anterior sugirió que sólo la temperatura marginal superior podría afectar negativamente el desarrollo de este cultivo cuando ésta exceda los 23 °C (Inglese et al., 2017).

En cuanto a la temperatura media del mes de enero, la cual es importante para el nopal tunero, ya que en regiones con heladas severas, afectan negativamente a este cultivo (Nobel, 1996; Nobel & Bobich, 2002), el análisis reveló que el número de horas en el rango de temperatura óptima para el mes de enero (10 - 14 °C), aquellas abajo (< 10 °C) y superiores (> 14 °C) al rango óptimo en el mes de enero, independientemente del valor de la pendiente, resultaron sin tendencia significativa en el periodo de 1981 a 2010 (Tabla 2). Estos resultados indicaron que el número de horas con temperaturas medias y temperaturas por abajo o arriba del rango óptimo en el mes de enero apropiadas para el nopal tunero, hasta ahora, no han sido afectadas por el cambio climático en la región productora de nopal tunero para el periodo de estudio. Este último análisis podría ser alentador para el nopal tunero, sin embargo, el riesgo de un descenso de la temperatura ≤ -5 °C es latente durante la temporada de invierno, que, de ocurrir, mínimamente afectaría el rendimiento y calidad cosmética de la fruta (Granata et al., 2017).

Análisis prospectivo

Para el análisis de escenarios climáticos futuros, el número de horas de cada rango de temperatura para el ciclo de cultivo anual y del mes de enero fueron relacionados con sus respectivas temperaturas máxima y mínima medias, esto para 61 estaciones distribuidas a nivel nacional. Los modelos generados fueron significativos (p ≤ 0.0001) con valores de coeficientes de determinación (R2) entre 86.4 y 99.4 % (Tabla 3).

Tabla 3.

Coeficientes de determinación (R2) y modelos de regresión para estimar número de horas en cada rango de temperatura a partir de temperatura máxima y mínima media en el ciclo anual y en el mes de enero.


Range °C R2 Max Max2 Min Min2 Constant
Annual mean temperature
14 a 19 0.894 -2.038 281.710 -11.649 1919.211
< 13 0.968 -745.525 12.144 -317.890 4.208 16161.000
> 21 0.994 845.183 -10.908 -106.888 12.926 -11774.000
January mean temperature
10 a 14 0.864 -28.017 0.452 20.027 -1.175 472.468
> 14 0.979 68.429 -1.134 12.182 0.533 -680.157
< 10 0.969 -39.779 0.663 -32.877 0.691 941.854

TFN2Max y Max2 son, respectivamente, el efecto lineal y cuadrático de la temperatura máxima.

TFN3Min y Min2 son, respectivamente, el efecto lineal y cuadrático de la temperatura mínima.


Con los modelos arriba indicados, se generaron mapas del número de horas de cada uno de los rangos o temperaturas umbrales para el desarrollo del nopal tunero (Tabla 1) en el escenario climático actual (1981-2010) y para las climatologías 2030, 2050 y 2070, para los RCP 4.5 y 8.5. Como ejemplo se presentan los mapas de rangos de temperatura 14 a 19 °C en el ciclo de cultivo anual y 10 a 14 °C de temperatura media en el mes de enero (Figuras 3 y 4).


[Figure ID: f3] Figura 3.

Porcentaje del número de horas con temperatura de 14 a 19 °C (temperatura óptima para el desarrollo de nopal tunero) en el ciclo de cultivo anual, en el escenario actual (A) y en tres escenarios climáticos futuros del RCP 4.5 (B, C y D) para la región productora de nopal tunero en México.



[Figure ID: f4] Figura 4.

Porcentaje del número de horas con temperatura de 10 - 14 °C en el mes de enero (temperatura óptima en el mes de enero para el desarrollo de nopal tunero), en el escenario actual (A) y en tres escenarios climáticos futuros del RCP 4.5 (B, C y D) en la región productora de nopal tunero en México.


Temperatura media anual óptima (14 a 19 °C)

En la Figura 3 se muestran los mapas con el porcentaje del número de horas con temperatura del rango óptimo para el desarrollo de nopal tunero (14 a 19 °C) en el ciclo de cultivo anual en la región centro norte. En referencia a la Figura 3A se observó que el 100 % de la superficie plantada con nopal tunero en los municipios productores (escenario actual), se encuentra en el rango de 20 a 30 % del número de horas totales en el año (Tabla 4). Para el año 2030 se esperaría una ligera disminución de la superficie cultivada con porcentaje de horas del 20 al 30 % (color naranja) al pasar del 100 al 99.6 % (Figura 3B y Tabla 4), esto significa que prácticamente sería la misma superficie con temperatura dentro del rango óptimo para el desarrollo de nopal. En los escenarios climáticos 2050 y 2070, también disminuiría ligeramente la superficie del rango 20 - 30 % de horas entre 14 y 19 °C, pero sólo 2.9 y 4.0 % en los escenarios 2050 y 2070 del RCP 4.5, respectivamente (Tabla 4). Lo anterior indica que el número de horas con temperatura óptima para el desarrollo de este cultivo sólo sería ligeramente afectado por efecto del cambio climático y se mantendría al menos hasta el año 2070 en 96 % de la superficie de los municipios productores. Considerando el RCP 8.5, la superficie del rango 20 - 30 % de horas con temperatura óptima para nopal tunero tendría una disminución hasta del 15.6 % en el escenario 2070. Considerando la presión ejercida sobre los recursos (e.g., agua, suelo, etc.) debido al incremento de la población y al cambio climático, la seguridad alimentaria no estaría garantizada para entonces (Rosenzweig et al., 1994). No obstante, los escenarios arriba indicados, basados únicamente, en la temperatura, ofrecen la posibilidad para continuar cultivando esta especie en el presente y futuro inmediato. Esto último, resultaría adverso para otros cultivos (e.g., trigo, maíz y cebada) (Lobell & Field, 2007).

Tabla 4.

Porcentaje de la superficie de los municipios productores de tuna en la región Centro-Norte en dos rangos de porcentaje de horas con temperatura media anual de 14 a 19 °C (temperatura óptima para el desarrollo de nopal tunero) en el escenario climático actual y en escenarios futuros.


Range of hours
(%)
Percentage of the surface of producing municipalities
Current
scenario
2030 RCP 4.5
2050
2070 2030 RCP 8.5
2050
2070
10 -20 0.0 0.4 2.9 4.0 0.6 4.3 15.4
20 - 30 100.0 99.6 97.1 96.0 99.4 95.7 84.6

Temperatura media anual marginal inferior (< 13 °C)

En la Tabla 5 se indican cuatro rangos con el porcentaje del número de horas con temperatura marginal inferior para el desarrollo de nopal tunero (< 13 °C) en el ciclo de cultivo anual en la región centro norte de México. En el escenario actual, el 89.7 % de la superficie en los municipios productores de nopal tunero tiene entre 20 - 30 y 30 - 40 % del número de horas totales en el año < 13 °C. Para el año 2030 con un RCP 4.5, la superficie con porcentaje del 20 al 30 % tendría un aumento al pasar de 31.5 a 67.6 %, esta superficie continuaría incrementándose en los escenarios climáticos 2050 y 2070, En contraste, la superficie entre 30 y 40 % de horas con temperatura < 13 °C disminuiría de 58.2 a 6.1 % en el 2070 con un RCP 4.5. Este último escenario sería más negativo hacia 2070 con un RCP 8.5; es decir, habría menos horas con temperatura por debajo de 13 °C (Tabla 5).

Tabla 5.

Porcentaje de la superficie de los municipios productores de tuna en la región Centro-Norte en cuatro rangos de porcentaje de horas con temperatura media anual menor de 13 °C (temperatura marginal para el desarrollo de nopal tunero) en el escenario climático actual y en escenarios futuros.


Range of hours
(%)
Percentage of the Surface of producing municipalities
Current
scenario
RCP 4.5 RCP 8.5
2030 2050 2070 2030 2050 2070
0 - 20 3.1 6.3 12.9 19.6 7.3 23.4 68.1
20 - 30 31.5 67.6 78.0 73.9 72.9 70.8 29.9
30 - 40 58.2 23.1 8.2 6.1 17.6 5.5 2.0
40 - 60 7.3 3.0 0.8 0.4 2.3 0.3 0.0

La disminución del número de horas en el rango de 30 a 40 % con temperatura media anual < 13 °C, podría ser benéfica para el cultivo de nopal tunero, ya que temperaturas diarias < 15 °C retrasan el crecimiento y madurez del fruto, pero adversamente, esto provocaría fruta con mayor proporción de cáscara que pulpa, menor contenido de solidos solubles y deficiente pigmentación de la cáscara (Inglese et al.,1995; Liguori et al., 2006) citados por Inglese et al. (2017).

Temperatura media anual marginal superior (> 21 °C)

El 88.3 % de la superficie de los municipios productores de nopal tunero (escenario actual) se encuentra en los rangos 20 - 30 y 30 - 40 % del número de horas totales con temperatura marginal superior (> 21 °C) para el desarrollo anual de nopal tunero en la región centro norte (Tabla 6). La proyección para el año 2030 con un RCP 4.5 consideraría una disminución de la superficie con porcentaje del 20 al 30 % al pasar del 38.5 a 14.2 %, esta tendencia se mantendría en los escenarios climáticos 2050 y 2070. De igual manera la superficie del rango entre 30 y 40 % de horas mayores a 21 °C disminuiría de 49.8 a 27.1 % en el 2070 con el RCP 4.5; mientras que el rango de 40 a 50 % aumentaría, es decir, habría más horas con temperatura media anual mayor de 21 °C. Un pronóstico similar se presentaría con el RCP 8.5, es decir, la superficie del rango de 40 al 50 % de horas con temperatura superior marginal para nopal tunero aumentaría hasta 59.7 % en el escenario 2070. Lo anterior indica que la temperatura marginal superior para el desarrollo de este cultivo se presentaría en mayor proporción por efecto del cambio climático, lo cual sería negativo para el cultivo de nopal tunero, ya que, aunque es una especie que puede soportar altas temperaturas, cuando éstas son > 25 °C reducen la asimilación neta de CO2 en aproximadamente 28 % (Nobel & Hartsock, 1984). Cuando ocurren temperaturas mayores a 30 °C durante la fase inicial del crecimiento del fruto, se puede acortar la tercera fase del crecimiento, cuando tiene lugar la mayor elongación celular en la porción comestible, conduciendo a una maduración anticipada y reducción en el tamaño del fruto, firmeza y el contenido de azucares (Inglese et al., 2009). También, temperaturas altas durante el crecimiento del fruto, reducen el almacenamiento postcosecha y vida de anaquel de la tuna, ya que esta fruta suele ser más sensible a bajas temperaturas (< 8 °C) durante el almacenamiento (Inglese et al., 2002). Por lo tanto, en lugar del aumento del CO2 atmosférico (Nobel, 1991), el incremento de la temperatura marginal superior estimada en este trabajo, sugeriría, en el futuro, una mayor limitante para el cultivo de esta especie (Nobel & Hartsock, 1984).

Tabla 6.

Porcentaje de la superficie de los municipios productores de tuna en la región Centro-Norte en cinco rangos de porcentaje de horas con temperatura media anual mayor a 21 °C (temperatura marginal superior para el desarrollo de nopal tunero) en el escenario climático actual y en escenarios futuros.


Range of hours
(%)
Percentage of the Surface of producing municipalities
Current
scenario
RCP 4.5 RCP 8.5
2030 2050 2070 2030 2050 2070
0 - 20 5.9 2.0 0.6 0.3 1.6 0.2 0.0
20 - 30 38.5 14.2 5.4 3.9 11.0 3.6 1.1
30 - 40 49.8 68.1 42.2 27.1 65.0 23.9 7.4
40 - 50 5.4 13.2 46.0 61.5 19.0 64.3 59.7
50 - 70 0.4 2.5 5.7 7.2 3.4 8.0 31.8

Temperatura media óptima del mes de enero (10 a 14 °C)

En la Figura 4 se presentan los mapas con el porcentaje del número de horas con temperatura media del mes de enero óptima para el desarrollo de nopal tunero (10 a 14 °C) en la región centro norte. En el escenario actual (Figura 4A), se observó que el 82.8 % de la superficie de los municipios productores, acumula entre 20 y 30 % del número de horas totales en el mes de enero (Tabla 7). Para el año 2030 se esperaría un ligero incremento de la superficie con porcentaje de horas del 20 al 30 % (color verde) al pasar de 82.8 a 85.9 % (Figura 4B y Tabla 7). Esto último significa que, prácticamente sería la misma superficie con temperatura dentro del rango óptimo en el mes de enero para el desarrollo de nopal. En los escenarios climáticos 2050 y 2070, la superficie continuaría aumentando ligeramente en el rango de 20 - 30 % de horas entre 10 y 14 °C en el mes de enero hasta llegar a 89.1 y 92.7 % en el RCP 4.5. Lo anterior indica que la temperatura óptima del mes de enero para el desarrollo de este cultivo sería positiva y ligeramente modificada como resultado del cambio climático al menos hasta el año 2070. Considerando el RCP 8.5 la superficie con porcentaje del 20 al 30 % de horas con temperatura óptima en el mes de enero para para el desarrollo de este cultivo tendría un comportamiento similar hasta alcanzar 96.0 % de la superficie para 2070. Este último resultado, sugiere apoyar la teoría de que el calentamiento global favorecería la expansión de la superficie cultivada con O. ficus-indica (Nobel & Bobich, 2002; García-Moya et al., 2012; Lobell & Gourdji, 2012) porque esta especie es más susceptible a bajas que a altas temperaturas (Nobel, 1996; Nobel & Bobich, 2002); pero además, anatómica y fisiológicamente se adaptaría mejor a escenarios con altas concentraciones de CO2 atmosférico (Nobel, 1991) donde otras especies vegetales de interés agronómico, no prosperarían (Lobell y Field, 2007). Sin embargo, habría que considerar investigar la biología y fisiología reproductiva de esta especie (Nobel, 2002; Pimienta-Barrios & del Castillo, 2002) bajo los posibles escenarios de cambio climático (Inglese et al., 2017).

Tabla 7.

Porcentaje de la superficie de los municipios productores de tuna en la región Centro-Norte en dos rangos de porcentaje de horas con temperatura media de 10 a 14 °C en el mes de enero (temperatura óptima para el desarrollo de nopal tunero) en el escenario climático actual y en escenarios futuros.


Range of hours
(%)
Percentage of the Surface of producing municipalities
Current
scenario
RCP 4.5 RCP 8.5
2030 2050 2070 2030 2050 2070
10 - 20 17.2 14.1 10.9 7.3 10.9 6.7 4.0
20 - 30 82.8 85.9 89.1 92.7 89.1 93.3 96.0

Temperatura media del mes de enero sub óptima inferior (< 10 °C)

En la Tabla 8 se presentan cinco rangos con el porcentaje del número de horas con temperatura media del mes de enero sub óptima inferior para el desarrollo de nopal tunero (<10 °C) en la región centro norte. En el escenario actual, 85.0 % de la superficie de los municipios productores tiene entre 30 y 50 % del número de horas totales en el mes de enero. Con referencia en este último escenario, el pronóstico para los años 2030, 2050 y 2070 con un RCP 4.5 indicaría un aumento de esta superficie en 17.3, 30.5 y 32.9 %, respectivamente. En contraste, la superficie del rango 40 - 50 % disminuiría 15.0, 33.8 y 43.6 % para los años 2030, 2050 y 2070, respectivamente. Así, la disminución de la superficie del rango 40 - 50 % contribuiría con mayor superficie al rango 30 - 40 %. Lo anterior indica que la temperatura sub óptima inferior del mes de enero para el desarrollo de este cultivo estaría influenciada positivamente por efecto del cambio climático y se mantendría al menos hasta el año 2070. Considerando el RCP 8.5 la superficie con porcentaje del 40 al 50 % de horas con temperatura sub óptima en el mes de enero para nopal tunero tendría el mismo comportamiento, pero mayor decremento en esta superficie en el escenario 2070. En otras palabras, disminuiría la temperatura sub óptima inferior en el mes de enero, lo que pudiera favorecer al desarrollo del nopal tunero al disminuir el riesgo de heladas (Nobel, 1996). Sin embargo, la falta moderada de frío invernal, podría disminuir el número de yemas reproductivas, lo cual se traduciría en pérdida de la productividad (Nerd & Mizrahi, 1995). El incremento de la temperatura en regiones productoras del mundo es una constante preocupación (Inglese et al., 2017).

Tabla 8.

Porcentaje de la superficie de los municipios productores de tuna en la región Centro-Norte en cinco rangos de porcentaje de horas con temperatura media menor a 10 °C en el mes de enero (temperatura sub óptima inferior para el desarrollo de nopal tunero) en el escenario climático actual y en escenarios futuros.


Range of hours
(%)
Percentage of the Surface of producing municipalities
Current
scenario
RCP 4.5 RCP 8.5
2030 2050 2070 2030 2050 2070
0 - 20 0.0 1.4 2.5 3.1 2.4 4.7 8.1
20 - 30 4.9 7.6 14.9 22.3 12.1 34.4 62.0
30 - 40 30.8 48.1 61.3 63.7 59.1 53.9 28.7
40 - 50 54.2 39.2 20.4 10.6 24.8 7.0 1.2
50 - 70 10.0 3.8 0.9 0.2 1.6 0.1 0.0

Temperatura media del mes de enero sub óptima superior (> 14 °C)

En la Tabla 9 se presentan cinco rangos de porcentajes del número de horas con temperatura media del mes de enero sub óptima superior (> 14 °C) para el desarrollo de nopal tunero en la región centro norte. En escenario actual, 84.3 % de la superficie de los municipios productores se ubican en los rangos 30 - 40 y 40 - 50 % con el número de horas con temperatura media del mes de enero sub óptima superior (> 14 °C). Para el año 2030 del RCP 4.5 se tendría una disminución de la superficie del rango 30 a 40 % al pasar de 25.4 a 7.7 %. Esta tendencia continuaría sostenidamente en los escenarios climáticos 2050 y 2070 y sería dramática para los tres escenarios del RCP 8.5 (Tabla 9). En contraste, la superficie del rango entre 40 y 50 % de horas mayores de 14 °C aumentaría de 58.9 a 61.7 % en el 2030, para luego disminuir en los escenarios 2050 y 2070 con un RCP 4.5. El rango 50 - 60 % de horas, cuyo escenario actual contó con 12.3 % de la superficie de los municipios productores de tuna, se incrementaría hasta 60.9% en 2070 con un RCP 4.5 y este comportamiento sería similar con un RCP 8.5. Lo anterior indica que la temperatura sub óptima superior del mes de enero para el desarrollo de este cultivo se vería influenciada por efecto del cambio climático y se incrementaría en el futuro. En otras palabras, el aumento de la temperatura sub óptima superior en el mes de enero, podría afectar negativamente la productividad del cultivo debido a ausencia de bajas temperaturas durante el invierno (Nerd & Mizrahi, 1995).

Tabla 9.

Porcentaje de la superficie de los municipios productores de tuna en la región Centro-Norte en cinco rangos de porcentaje de horas con temperatura media mayor a 14 °C en el mes de enero (temperatura sub óptima superior para el desarrollo de nopal tunero) en el escenario climático actual y en escenarios futuros.


Range of hours
(%)
Percentage of the Surface of producing municipalities
Current
scenario
RCP 4.5 RCP 8.5
2030 2050 2070 2030 2050 2070
10 - 30 1.0 0.2 0.1 0.0 0.1 0.0 0.0
30 - 40 25.4 7.7 1.8 0.7 3.2 0.3 0.0
40 - 50 58.9 61.7 43.8 27.5 51.0 14.2 2.4
50 - 60 12.3 26.5 46.7 60.9 39.7 65.3 50.0
60 - 80 2.3 3.9 7.5 10.8 6.0 20.2 47.7

Conclusión

En general el cambio climático tendría poco efecto en el número de horas con temperatura media anual en el rango óptimo para el desarrollo de nopal tunero (14 a 19 °C) y en el número de horas con temperatura media en el mes de enero en el rango óptimo (10 a 14 °C). En el primer caso, la superficie de los municipios con esa temperatura óptima únicamente disminuiría en el año 2070 4 % y 15.4 % con los RCP 4.5 y RCP 8.5, respectivamente. En el segundo caso, aumentaría 9.9 % y 13.2 % en el año 2070 en los RCP 4.5 y RCP 8.5, respectivamente.

La temperatura media anual marginal inferior para el desarrollo del nopal tunero (< 13 °C) y la temperatura media anual marginal superior para el desarrollo del marginal nopal tunero (> 21 °C), serían influenciadas por el cambio climático, ya que, en los municipios productores de tuna disminuiría el número de horas de la temperatura marginal inferior y aumentaría el número de horas de la temperatura marginal superior en la climatología 2070 RCP 4.5.

La temperatura media del mes de enero sub óptima inferior para el desarrollo del nopal tunero (< 10 °C) y la temperatura media del mes de enero sub óptima superior para el desarrollo del nopal tunero (> 14 °C), serían influenciadas por el cambio climático, ya que, en los municipios productores de tuna disminuiría el número de horas de la temperatura sub óptima inferior y aumentaría el número de horas de la temperatura sub óptima superior en la climatología 2070 RCP 4.5.


fn1Como citar este artículo: Medina-García, G., Zegbe, J. A., Ruiz-Corral, J. A., Casa-Flores, J.I., Rodríguez-Moreno, V. M. (2021). Influence of climate change on thermal requirements of cactus pear (Opuntia spp.) in Central-Northern of Mexico. Revista Bio Ciencias 8, e1007. https://doi.org/10.15741/revbio.08.e1007

Agradecimientos

Esta investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP-México) al través del proyecto No. de Ref: 8403134459.

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Revista Bio Ciencias, Año 13, vol. 9,  Enero 2022. Sistema de Publicación Continua editada por la Universidad Autónoma de Nayarit. Ciudad de la Cultura “Amado Nervo”,  Col. Centro,  C.P.: 63000, Tepic, Nayarit, México. Teléfono: (01) 311 211 8800, ext. 8922. E-mail: revistabiociencias@gmail.com, revistabiociencias@yahoo.com.mx, http://revistabiociencias.uan.mx. Editor responsable: Dra. Karina J. G. Díaz Resendiz. No. de Reserva de derechos al uso exclusivo 04-2010-101509412600-203, ISSN 2007-3380, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derechos de Autor. Responsable de la última actualización de este número Dra. Karina J. G. Díaz Resendiz Secretaria de Investigación y Posgrado, edificio Centro Multidisciplinario de Investigación Científica (CEMIC) 03 de la Universidad Autónoma de Nayarit. La opinión expresada en los artículos firmados es responsabilidad del autor. Se autoriza la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes, siempre y cuando se cite la fuente y no sea con fines de lucro.

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