Ante los escenarios de cambio climático, donde el tema del agua es toral para el sector productivo, la sostenibilidad de los cultivos dependerá en gran medida del conocimiento que está generando una nueva generación de biólogos que busca desde entender mejor aspectos básicos de las plantas: cómo crecen, sobreviven, se reproducen y se aclimatan al medio físico, hasta brindar respuestas con evidencias científicas para mejorar el uso y manejo de los recursos naturales.
Respecto al uso del agua hay preguntas básicas que han estado ahí durante siglos: ¿cuánta agua requieren las plantas para sobrevivir?, ¿para qué la usan?, ¿cómo sube el agua desde el suelo hasta las copas de los árboles? Las nuevas respuestas surgen desde la fisiología vegetal, una novedosa rama que tiene aplicaciones importantes ante escenarios de sequías recurrentes.
Estas interrogantes pueden ampliarse hasta abarcar cuestiones cruciales en estos momentos: ¿Cómo afectará la sequía en el futuro a las plantas?, ¿qué predicciones climáticas se esperan para esta región?, ¿cómo reducir el riego sin disminuir el potencial de cosecha?
Responder esto puede dar la pauta para establecer técnicas de intervención efectivas. Y lo hacen, además, en el Valle de Guadalupe, un escenario complejo (por vocación de suelo, falta de agua y desordenado crecimiento poblacional) cuyo desarrollo es obligadamente multifactorial.
Tierra del vino
Para dimensionar la importancia de este valle, su vocación vitivinícola y las investigaciones que ahí se realizan, revisemos algunas cifras.
El presidente del Consejo Mexicano Vitivinícola, Daniel Milmo Brittingham, detalló que en 2017 la superficie total para la producción de uva en México fue de 33 mil hectáreas. De éstas, 66% (22 mil ha) fueron de uva fruta; 23% (7 mil 590 ha), de uva industrial -para elaboración de vinos de mesa, jugos y concentrados- y el restante 11% (3 mil 410 ha) lo constituyó la uva pasa, según una entrevista publicada en La Jornada el 12 de julio de este año.
En toneladas, esto corresponde a 415.5 mil toneladas en ese año, del cual 82% correspondió a uva fruta, 15% a uva industrial y tres por ciento a uva pasa. La producción de uva industrial ascendió a 64.2 mil toneladas y las principales entidades fueron Baja California, Zacatecas, Sonora, Aguascalientes, Coahuila y Querétaro, con una aportación conjunta de 97.5% de la producción.
El Valle de Guadalupe es un escenario complejo por vocación de suelo, falta de agua y desordenado crecimiento poblacional
Datos actualizados a 2017 por la Comisión de Fomento a la Industria Vitivinícola de la CONAGO señalan que en los valles del municipio de Ensenada se cultivan 3 mil 175 hectáreas de uva, de las cuales 2 mil 559 son para vino tinto y 616 para vino blanco.
“Más del 80% del vino mexicano se produce en las siguientes regiones de Ensenada: Valle de Guadalupe, Valle de San Vicente, Valle de Ojos Negros y Valle de Santo Tomás”. Las principales varietales son Cabernet Sauvignon (714 hectáreas, con una producción de 3 mil 377 toneladas al año); Merlot (242 hectáreas, mil 167 toneladas al año); Tempranillo (188 hectáreas, 890 toneladas al año); Chenin Blanc (233 hectáreas, mil 055 toneladas al año) y Nebbiolo (187 hectáreas, 882 toneladas al año).
Específicamente el Valle de Guadalupe es una de las zonas agrícolas más importantes de la entidad al concentrar 95% del vino que se produce en Baja California, destacó Fernando Pérez Castro, presidente del Comité Provino Baja California, en entrevista a la Agencia Reforma el pasado 31 de julio. “Hace 10 años, en el Valle de Guadalupe había entre 10 y 15 vinícolas, empresas que producen y comercializan vino, pero ahora se pueden contabilizar alrededor de 110”, añadió.
El Valle de Guadalupe es una de las zonas agrícolas más importantes de la entidad al concentrar 95% del vino que se produce en Baja California
Un logro importante, sin duda alguna, sobre todo si se consideran aspectos biofísicos, como lo señala en su tesis doctoral Diana Celaya Tentori (“El desarrollo del sector vitivinícola en Baja California (2000-2013): Un análisis desde la perspectiva del desarrollo endógeno”, El Colegio de la Frontera Norte).
“Derivado del crecimiento poblacional del municipio de Ensenada y de las políticas que privilegian el uso urbano de los recursos hídricos sobre el agrícola, el tema del agua se convierte en una cuestión toral en la agenda del sector productivo, como un factor de sustentabilidad de la producción vitivinícola en el estado. A pesar de que existen varios temas de interés del sector que requieren de la intervención del gobierno para su solución, no se detectan relaciones institucionalizadas, si bien ahora se tiene una mayor vinculación entre el sector productivo y el público a través de la Asociación de Vitivinicultores de Baja California”.
Y nada más importante en este momento para el sector que la falta de agua y el incremento en la temperatura. Los escenarios de cambio climático entre 2015 y 2039 para temperatura, unidades de calor y precipitación generados con un modelo británico, muestran que en Baja California siguen siendo viables los cultivos de vid (la temperatura promedio estaría en 20 grados centígrados).
Esto fue dado a conocer desde 2013 por la doctora Tereza Cavazos Pérez, investigadora del CICESE líder del proyecto “Situación actual y bajo escenarios de cambio climático de la industria vitivinícola de Baja California”, realizado por este centro de investigación con apoyo del Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático, a iniciativa del Senado de la República.
Unidades de calor
Se sabe que las principales regiones vitivinícolas se localizan preferentemente en una franja donde las temperaturas promedio anuales van de los 12 a los 22 grados centígrados, con un clima de tipo Mediterráneo.
Pero aparte de las temperaturas promedio, Tereza Cavazos señaló que existen otros parámetros importantes como las temperaturas máximas y mínimas en época de crecimiento, que se pueden asociar a la acumulación de calor por temporada y esto, a su vez, está ligado a la formación de azúcares en la uva, es decir, a su dulzura. Conocer estos parámetros permite definir las llamadas unidades de calor, esto es, la cantidad de grados por día acumulados durante la temporada de crecimiento.
En términos generales, las regiones aptas para el cultivo de vid tienen una acumulación entre 1700 y 2000 unidades de calor entre abril y octubre. En Sonora sobrepasan las 3 mil unidades de calor; por eso producen uvas de mesa. En Mexicali rondan las 3 mil unidades y tienen el mismo tipo de cultivos, incluso pasitas, a diferencia de los valles en el municipio de Ensenada, que tienen entre 1500 y 2000 unidades. El valle de Napa, en California, tiene alrededor de 1500 unidades de calor.
La falta de agua se considera un problema más fuerte que las plagas para el Valle de Guadalupe
Para finales de este siglo, el modelo indica que en Baja California se tendrán temperaturas promedio entre 22 y 24 grados centígrados, pero se seguirían teniendo escenarios con menos de 2000 unidades de calor, aptas para la producción de vinos. Al menos con variedades como la Cabernet Sauvignon, que es una de las que resiste altas temperaturas y la que más se siembra en el estado.
Sin embargo, a finales de siglo se prevé para esta región un descenso de 9 por ciento en la precipitación de invierno, junto con un incremento en las lluvias de verano. Este aumento en la humedad relativa en verano sumado al aumento previsto en la temperatura, podría favorecer la permanencia de las enfermedades de la vid en el Valle de Guadalupe y su propagación a otros valles. Pero la falta de agua se considera un problema más fuerte que estas plagas para la región.
El agua
Este año, el gobierno de Baja California lanzó una licitación para que una empresa se haga cargo de tratar las aguas residuales del municipio de Tijuana, construya un acueducto y envíe el agua tratada hasta el Valle de Guadalupe.
Mientras esto no se concrete, el único aporte de agua para el valle sigue siendo el acuífero que lo alimenta (que tiene dos subcuencas: El Porvenir y Calafia) y que, para sorpresa de nadie, está sobre explotado. El ingeniero Jezrael Lafarga Moreno, gerente operativo del Comité Técnico de Aguas Subterráneas (COTAS) del Valle de Guadalupe, en una ponencia presentada en el primer Simposio sobre el Agua en el Valle de Guadalupe organizado por la UABC el 8 de agosto, informó que la disponibilidad media anual que dio a conocer la CONAGUA este año establece que hay un déficit de -18 millones de metros cúbicos en el acuífero. En 2015 se había considerado que era de -12 millones.
Dijo que de 1972 a 2018 se tiene una serie histórica de mediciones del nivel estático del acuífero
Dijo que de 1972 a 2018 se tiene una serie histórica de mediciones del nivel estático del acuífero. “Observamos que en 1978 y 1983, con esas lluvias extraordinarias, (el nivel) llega casi al tope. Luego hay un descenso y en los años 90 casi no se hicieron mediciones (…) Luego en 1998 – 1999 empezó a haber menos lluvias y vemos el declive del nivel del agua. En 2010 hubo lluvias y corrió el arroyo, hubo una recuperación, y de 2011 a diciembre de 2016 es el peor punto histórico del acuífero, geoestadísticamente (…) Hasta ahora el acuífero se ha mantenido, probablemente porque desde abril de 2016 la CESPE dejó de bombear los 6 millones de metros cúbicos (que enviaba a la ciudad de Ensenada) y puede ser que haya algo de buenas noticias. Pero si no llueve, todo esto va a ir hacia abajo”.
Plomería de plantas
En el CICESE, Rodrigo Méndez Alonzo es parte de un grupo de investigación que combina el estudio de las interacciones de los organismos entre ellos y con su medio abiótico (la ecología), y el estudio de los mecanismos y procesos que ocurren hacia el interior de los individuos que permiten su aclimatación o adaptación al medio físico (la fisiología), para diseñar y optimizar algunas técnicas que contribuyan a incrementar la sustentabilidad de la agricultura en regiones semiáridas. Unas son novedosas, como la agricultura de precisión, o muy antiguas, como la microirrigación que ya se practicaban hace 2 mil años. Para esto emplean nuevas tecnologías como el uso de vehículos aéreos no tripulados, cámaras multiespectrales, estudios de suelo y mediciones de parámetros como el potencial hídrico (estrés hídrico) de las plantas, entre otros.
Para entender cuánta agua requiere una planta echan mano de una rama de la fisiología que es la arquitectura hidráulica o “plomería de plantas”, que estudia el transporte continuo del agua a través de la planta, desde el suelo hasta la atmósfera.
Resulta que a diferencia de los animales, que tenemos un sistema cerrado en el que una bomba hace que los fluidos circulen rápidamente por todo el cuerpo, las plantas tienen un mecanismo de circulación abierto. Y son además increíblemente desperdiciadoras de agua.
¿Para qué usa el agua una planta? No, no la usan para hacer fotosíntesis, con todo y que la serie de reacciones químicas involucradas en este proceso son las más importantes para soportar la vida en la Tierra (son el principal contribuyente de la productividad primaria). Del total de agua que entra a una planta en un día, solo 1 por ciento se utiliza en la fotosíntesis.
Para crecer y mantener otras funciones ocupa otro 5 por ciento del agua. ¿Cómo? El crecimiento requiere ciertas señales. Cuando las células están llenas de agua se hinchan y empiezan a empujar las membranas de las paredes celulares de la planta. Es como si estuvieran tratando de estirarlas y estirarlas (se le llama turgencia), generando así las señales que producen el crecimiento.
El 94% restante simplemente se va a la atmósfera a través de la transpiración, un proceso que ocurre para captar el bióxido de carbono (CO2) que está en la atmósfera, procesarlo en el interior de las hojas a través del ciclo de Calvin-Benson y producir glucosa, el azúcar que finalmente todos vamos a consumir.
Del total de agua que entra a una planta en un día, solo 1 por ciento se utiliza en la fotosíntesis
¿Por qué tanta agua? Rodrigo Méndez lo explica así. El CO2 que está en la atmósfera pasa al interior de la hoja porque hay un gradiente de concentración de este gas (de mayor concentración en la atmósfera a menor concentración en el interior de la hoja). Y lo hace a través de unos pequeños orificios que permiten esta comunicación, llamados estomas (que significa “bocas” en griego).
Entrando en la hoja, el CO2 se disuelve en una película de agua que, a su vez, rodea cada una de estas células (en el tejido llamado mesófilo, o “mitad de la hoja”) y de ahí pasa a su interior. “Esto implica que aquí hay un montón de líquido y como la atmósfera es más seca, el agua va a estar saliendo y saliendo y saliendo. Piensen qué sucede en un tendedero a mediodía y cómo se seca la ropa. Convencionalmente se dice que para que una molécula de CO2 sea capturada por una planta se tienen que perder en la atmósfera 500 moléculas de H2O. Si lo pensamos en kilos, para que una planta gane un kilo de carbono tiene que perder 500 kilos de agua. Es mucha agua. No es trivial entonces que el agua en la agricultura represente 70 u 80 por ciento del consumo del agua dulce de cualquier país en el planeta”.
La clave está entonces en saber cómo se puede modular este consumo, porque las plantan deben tener muchos mecanismos para poder lidiar con esta disyuntiva que es tan extrema. Además, se debe considerar en esta costosa ecuación el agua que se pierde en el suelo por percolación.
La transpiración se puede medir experimentalmente con un porómetro foliar, un aparato que mide la resistencia del flujo de agua que pasa a través de la hoja. Es una medida relativamente sencilla que se usa para saber cuánta agua estaría enviando a la atmósfera una planta.
Pero también se necesita saber cuánta agua sube desde el suelo y llega hasta las hojas a través de un mecanismo muy eficiente basado en la teoría de la tensión-cohesión. La cohesión de las moléculas de agua ocurre gracias a sus propiedades de dipolo, que las mantienen unidas dentro de los conductos (vasos) de las plantas vasculares. Así unidas, se transportan del suelo (húmedo) a la planta y finalmente a la atmósfera (seca) por un gradiente que “jala” la llamada cadena transpiratoria. “Es un mecanismo súper eficiente porque puede llevar agua desde el suelo hasta 120 metros, que es el límite teórico para la altura de los árboles, sin utilizar energía”.
No es trivial entonces que el agua en la agricultura represente 70 u 80 por ciento del consumo del agua dulce de cualquier país en el planeta
Aquí es importante entender el efecto de la sequía, porque si no hay suficiente agua se rompe esta cadena. La falta de agua crea un cambio de presiones a lo largo del gradiente que va del suelo al final de la rama. Con ello, los gases previamente disueltos en el líquido que es transportado forman una burbuja (un embolismo), bloqueando el transporte de agua lo que, a su vez, provoca su muerte en la parte superior.
A la diferencia de concentraciones de este gradiente se le llama potencial hídrico, y se puede conocer a partir de una serie de mediciones con unas cámaras de presión que, curiosamente, fueron diseñadas por Per Scholander, un fisiólogo que trabajó en el Scripps Institution of Oceanography (La Jolla, California) y que también diseñó los laboratorios del buque oceanográfico Alpha Helix, hoy propiedad del CICESE.
Hace más de 50 años Scholander desarrolló el modelo que establecía un supuesto equilibrio entre el potencial hídrico del suelo y el potencial hídrico de la planta. Él decía que las plantas funcionaban como un capacitor hidráulico: como una pequeña presa que se va llenando con una base diaria. Durante el día, por la transpiración, la planta se va deshidratando y durante la noche, al cerrarse los estomas, lentamente se vuelve a llenar de agua, estableciendo así un ciclo que se repite día con día.
Los estudios
Ramiro Santos Cobos, con su tesis de maestría “Determinación de los ritmos circadianos del potencial hídrico y conductancia estomática en especies del chaparral y en Vitis vinifera Vitaceae”, midió el potencial hídrico de plantas de cultivo (un viñedo en Monte Xanic) y plantas de chaparral cada 2 horas durante periodos de 72 horas, durante tres temporadas. Encontró que siguen ciclos regulares en su comportamiento hidráulico que no se explican con el modelo de Scholander porque los principales temporizadores ambientales son la luz y la temperatura, no la humedad del suelo, que es lo que ocurre en casi todos los ciclos circadianos de los organismos eucariontes de la Tierra.
Ramiro Santos encontró que la planta no se equilibra con el suelo, ni que los estomas están cerrados en la noche. De hecho, muchos grupos de investigación han encontrado que la transpiración ocurre en la noche, y si ocurre transpiración en la noche es porque los estomas están abiertos. ¿Por qué están abiertos? “Realmente no lo sabemos”.
¿Y qué significa esto? Que el potencial hídrico, o sea el estrés hídrico, está regulado de manera endógena y también ambiental por la planta. Pero más interesante aún: con estos estudios se pueden evaluar los máximos y los mínimos de estrés hídrico que pueden ocurrir en una planta del Valle de Guadalupe (o de cualquier otra parte), hacer esquemas para reducir el consumo de agua o tratar de optimizar el consumo de agua en los cultivos, y comparar los resultados con otros sitios.
La idea es conocer la heterogeneidad del terreno para definir sitios donde el estado hídrico de las plantas es mejor o peor
En otra tesis de maestría del CICESE, “Variación de la edafología y estrés hídrico en Vitis vinifera L. con relación al relieve en un viñedo del Valle de Guadalupe, B.C., México”, Yadira Romero Toledo generó mapas de alta resolución (4 cm por pixel) para tener una representación gráfica, por colores, del estrés hídrico y otras propiedades del suelo (pH, materia orgánica y otros). La idea es conocer la heterogeneidad del terreno para definir sitios donde el estado hídrico de las plantas es mejor o peor. Así, el productor podrá precisar manejos más específicos: “aquí no tienes que regar tanto, aquí sí”.
Esto se llama agricultura de precisión, y es una combinación de métodos de percepción remota (usando vehículos aéreos no tripulados e imágenes multiespectrales), fisiología y edafología, con un profundo conocimiento del funcionamiento hidráulico de las plantas.
Con otra tesis de maestría, la de Cipatli Jiménez Vera (que se llamará “Relaciones hídricas y consumo de agua por Vitis vinifera L. bajo dos esquemas de irrigación”), el grupo de Rodrigo Méndez comenzará a experimentar con técnicas de microirrigación para reducir aún más el consumo de agua en la agricultura. “Tenemos que comprobar si esto realmente modifica el estado hídrico de las plantas. Esperaríamos que para la planta sea lo mismo regar con un montón de agua que hacerlo con poca, siempre y cuando el agua esté muy cerca de ella y no haya infiltración al suelo ni evaporación a la atmósfera”.
Adicionalmente, Rodrigo Méndez informó que el CONACYT aprobó el proyecto “Evaluación del estrés hídrico en cultivos de climas semiáridos a partir de imagen multispectral y térmica validada por monitoreo ecofisiológico”, con el que pretende evaluar la variación en el estrés hídrico ya no a escala de una hectárea o menos, sino en toda la región del Valle de Guadalupe.
“Con este estudio obtendremos valores de referencia del potencial hídrico, evapotranspiración y de variación espectral en los cultivos de vid y de olivo. Se medirá la variación espectral tanto en el visible como en el térmico e infrarrojo cercano, a escala de las plantas individuales, y se correlacionará con los valores obtenidos por imágenes de plataformas aéreas. Esta información permitirá a los agricultores de la región comparar sus valores con valores de referencia para mejorar sus prácticas agrícolas”, concluyó.
