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de sistemas de producción de maíz y fríjol en ColombiaDocumento de Trabajo No. 184
Programa de Investigación de CGIAR en Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS)
Camilo Barrios-PérezPatricia Alvarez-Toro
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Caracterización ambiental de sistemas de producción de maíz y fríjol en Colombia
Documento de Trabajo No. 184
Programa de Investigación de CGIAR en Cambio
Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS)
Camilo Barrios-Pérez
Patricia Alvarez-Toro
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Citación correcta:
Barrios-Perez C., and Alvarez-Toro, P. 2016. Caracterización agroambiental de sistemas de producción
de maíz y fríjol en Colombia. Documento de trabajo CCAFS no.184. Programa de investigación de
CGIAR en Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS). Copenhague, Dinamarca.
Disponible en: www.ccafs.cgiar.org
La serie ‘Documentos de trabajo CCAFS’ tienen el propósito de difundir investigación en curso y
prácticas en cambio climático, agricultura y seguridad alimentaria, así como estimular la
retroalimentación de la comunidad científica.
El Programa de Investigación de CGIAR en Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria
(CCAFS) es una alianza estratégica entre el Consorcio CGIAR y Future Earth, liderado por el Centro de
Investigación en Agricultura Tropical (CIAT). El programa es apoyado por Donantes del Fondo CGIAR,
Gobierno de Australia (ACIAR), Gobierno de Canadá a través del Departamento Federal de Desarrollo,
Gobierno de Dinamarca (DANIDA), Gobierno de Irlanda (Irish Aid), Gobierno de Holanda (Ministerio
de Relaciones Exteriores). Gobierno de Nueva Zelanda (Ministerio de Relaciones Exteriores y
Comercio), Portugal (IICT), Gobierno de Rusia (Ministerio de Hacienda), Agencia Suiza para la
Cooperación y el Desarrollo (SDC), Gobierno de Reino Unido (UK Aid) y La Unión Europea (EU). El
programa es llevado a cabo con soporte técnico del Fondo Internacional para el Desarrollo Agrícola
(IFAD).
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© 2016 Programa de Investigación de CGIAR en Cambio Climático, Agricultura y Seguridad
Alimentaria (CCAFS)
Documento de trabajo CCAFS no. 184
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Este documento de trabajo ha sido preparado como un producto para el tema / proyecto: Servicios
agroclimáticos e información de seguridad alimentaria para una mejor toma de decisiones, apoyado por
el programa CCAFS y no ha sido revisado por pares. Cualquier opinión expresada en este documento es
la del (los) autor(es) y no refleja necesariamente las políticas u opiniones de CCAFS, los organismos
donantes o socios.
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propósito sin el permiso por escrito del mismo
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Resumen
Para responder al gran desafío de aumentar la capacidad de adaptación del sector agrícola
colombiano ante la variabilidad climática regional, el Programa de Investigación del CGIAR en
Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS), en cooperación con el Centro
Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), el Instituto Internacional de Investigación para el
Clima y Sociedad (IRI), y la Federación Nacional de Cultivadores de Cereales (FENALCE), buscan
implementar un observatorio agroclimático nacional y regional, que tiene como objetivo principal
proveer información agroclimática relevante y precisa que permita manejar el riesgo agroclimático
de los productores de maíz y frijol en Colombia.
Con el propósito de generar información agroclimática del pasado, para entender el nivel de riesgo
de los agricultores ante diferentes escenarios de variabilidad climática, se llevó a cabo la
identificación y caracterización de ambientes en las zonas productoras de Frijol, Maíz tradicional y
Maíz tecnificado en Colombia, a partir de información climática histórica y variables físico-
químicas del suelo. Se determinaron las variables ambientales que más caracterizaron a cada uno de
los ambientes, y el efecto de cada una de ellas sobre el crecimiento y desarrollo del cultivo.
Los resultados obtenidos muestran que las áreas dedicadas al cultivo de frijol, están divididas en
cinco grupos ambientales; cálido húmedo, templado húmedo, frío seco, templado seco, y cálido muy
húmedo. Las áreas de producción de maíz tecnificado están divididas en 6 grupos ambientales:
templado húmedo, cálido semiárido, templado seco, cálido semihúmedo, templado muy húmedo y
templado pluvial. Para las áreas dedicadas al cultivo de maíz tradicional se encontraron 5 grupos
ambientales: cálido semiárido, cálido húmedo, cálido semihúmedo, frío semihúmedo, y templado
húmedo, con características agroclimáticas diferenciadas entre ellos.
De acuerdo con las características de los ambientes podría plantearse que el grupo templado húmedo
tiene las condiciones más favorables para la producción de fríjol; para maíz tecnificado los grupos
templado seco y cálido semihúmedo, y para maíz tradicional el grupo templado húmedo. No
obstante, para identificar con certeza los mejores ambientes es necesario considerar las diferencias
y requerimientos de las variedades así como también las condiciones socioeconómicas de los
productores.
Palabras Clave
Zonificación agroclimática, caracterización ambiental, variabilidad climática, estrategias de
adaptación.
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Sobre los Autores
Camilo Barrios Pérez es asistente de investigación del Centro Internacional de Agricultura Tropical
(CIAT), hace parte del equipo de modelación de cultivos y clima del programa de Análisis de
Políticas y Toma de Decisiones (DAPA). Es candidato a Magíster en Ciencias Agrarias de la
Universidad Nacional de Colombia – Sede Palmira. Está vinculado al proyecto AGROCLIMAS del
Programa de Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS) para Latino
América. Camilo puede ser contactado a través de la siguiente dirección electrónica:
Patricia Alvarez-Toro es asistente de Investigación del Centro Internacional de Agricultura Tropical
(CIAT). Ingeniera Agrónoma, y estudiante de Magíster en Ciencias Agrarias en la Universidad
Nacional de Colombia – Sede Palmira. Con experiencia en modelación del cultivo de fríjol
arbustivo. Hace parte del equipo del proyecto CCAFS “Servicios agroclimáticos e información de
seguridad alimentaria para una mejor toma de decisiones - AGROCLIMAS" Contacto:
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Agradecimientos
Extendemos nuestros agradecimientos al Dr. Julian Ramírez-Villegas del Centro Internacional de
Agricultura Tropical (CIAT), por su orientación y comentarios en el desarrollo de esta investigación.
Este trabajo ha sido financiado por el programa Cambio Climático, Agricultura y Seguridad
Alimentaria (CCAFS por su sigla en inglés) del CGIAR, enmarcado en el proyecto “Servicios
agroclimáticos e información de seguridad alimentaria para una mejor toma de decisiones -
AGROCLIMAS”.
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Contenido
Resumen ......................................................................................................................... 3 Palabras Clave ................................................................................................................ 3 Sobre los Autores ........................................................................................................... 4 Agradecimientos ............................................................................................................ 5 Contenido ....................................................................................................................... 6 Acrónimos ...................................................................................................................... 7 1. Introducción ............................................................................................................... 8 2. Metodología ............................................................................................................. 10
2.1. Áreas de estudio ............................................................................................... 10 2.2. Datos de entrada ............................................................................................... 12 2.2.1. Datos climáticos ....................................................................................... 12 2.2.2. Datos de suelos ........................................................................................ 13 2.3. Agregación de variables agroclimáticas a escala decadiaria ........................... 14 2.4. Agrupamiento (clustering) de variables agroclimáticas y de suelos ............... 16 2.5. Caracterización de grupos ambientales ............................................................ 18 2.6. Determinación de factores limitantes al crecimiento y desarrollo del cultivo . 20
3. Resultados ............................................................................................................... 20 3.1. Sistema de producción de fríjol ....................................................................... 20 3.2. Sistema de producción de maíz tecnificado ..................................................... 27 3.3. Sistemas de producción maíz tradicional ......................................................... 32
4. Discusión, conclusiones y trabajos futuros ............................................................. 37 Referencias ................................................................................................................... 41
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Acrónimos
ACP Análisis de Componentes Principales
AgMERRA Climate Forcing Dataset for Agricultural Modeling
BHC Balance Hídrico climático
CCAFS Programa de Investigación del CGIAR en Cambio Climático, Agricultura y Seguridad
Alimentaria
CIAT Centro Internacional de Agricultura Tropical
CIC Capacidad de Intercambio Catiónico (cmolkg-1)
CO Carbono Orgánico (gkg-1)
DANE Departamento Administrativo Nacional de Estadística
DA Densidad Aparente (gcm-3)
DEF Déficit de Humedad
EAM Evaluaciones Agropecuarias Municipales
ET_Pot Evapotranspiración Potencial (mm)
Ev_Pot Acum Evapotranspiración Acumulada (mm)
EXC Exceso de Humedad
F Suelo de Textura Franco
FA Suelo de Textura Franco Arcilloso
FENALCE Federación Nacional de Cultivadores de Cereales y Leguminosas
FPT Funciones de Pedotransferencia
GA Grupos Ambientales
GSIF Global Soil Information Facilities
IRI Instituto Internacional de Investigación para el Clima y Sociedad
ISRIC International Soil Reference and Information Centre
MADR Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural
Osc_Tem Prom Oscilación de Temperatura Promedio (°C)
Prec_Acum Precipitación Acumulada (mm)
pH Potencial de Hidrogeno
Rad_Solar Prom Radiación solar promedio (MJ m-2día-1)
Tem_Máx Prom Temperatura máxima promedio (°C)
Tem_Mín Prom Temperatura mínima promedio (°C)
ӨCC Humedad volumétrica a capacidad de campo (m3m-3)
ӨPMP Humedad volumétrica a punto de marchitez permanente (m3m-3)
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1. Introducción
En Colombia, al igual que muchos países de América Latina, el sector agrícola es fundamental para
el desarrollo del país. El sector agropecuario colombiano constituye el 6.5 % de PIB total, genera
62.6 % del empleo, y es la base de la seguridad alimentaria y nutricional de la población. Cultivos
como el maíz y el frijol, son considerados de gran importancia para la generación de ingresos y
empleo rural, además de ser productos básicos en la dieta alimenticia de la población por su alto
contenido de proteínas y de elementos minerales esenciales. Por esta razón, tanto el maíz como el
frijol se ubican en los primeros lugares de la lista de cultivos transitorios más cultivados en
Colombia, ocupando una superficie cultivada de 636 mil ha y 32 mil ha, respectivamente (DANE,
2013).
A pesar de su importancia, en los últimos años, los sistemas productivos de maíz y fríjol han perdido
competitividad frente a otros países de Latinoamérica y, con ello, capacidad de abastecimiento al
consumo local. Los altos costos de producción y los fenómenos climáticos extremos, que han
generado grandes pérdidas económicas en las principales zonas productoras del país, son los
principales causantes de la pérdida de competitividad1.
El conocimiento y acceso a información climática precisa y oportuna es considerada una herramienta
potencial para reducir el riesgo y la vulnerabilidad de los agricultores ante los nuevos desafíos
climáticos. Su adecuado uso puede apoyar la toma de decisiones sobre el manejo de los cultivos
(e.g. facilitar la adopción de nuevas tecnologías), permitiendo aumentar la productividad de los
cultivos, la resiliencia de los sistemas agropecuarios ante los efectos del clima, y en última instancia
los niveles de seguridad alimentaria de los agricultores y la población en general (Coulibaly et al.
2015).
Para responder al gran desafío de aumentar la capacidad de adaptación del sector agrícola
colombiano ante la variabilidad climática regional, el Centro Internacional de Agricultura Tropical
(CIAT), en cooperación con el Instituto Internacional de Investigación para el Clima y
Sociedad (IRI), y la Federación Nacional de Cultivadores de Cereales (FENALCE), buscan
implementar un observatorio agroclimático nacional y regional, cuyo objetivo principal es proveer
información agroclimática relevante y precisa que permita disminuir el nivel de vulnerabilidad de
los productores de maíz y frijol del país. Este trabajo de cooperación interinstitucional se desarrolla
en el marco del proyecto AGROCLIMAS, del Programa de Investigación del CGIAR en Cambio
Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS), cuyo objetivo principal es fortalecer el
desarrollo y el uso de servicios climáticos en América Latina a través de la combinación del
conocimiento de los agricultores y el conocimiento científico. El observatorio consta de tres etapas:
1. Analizar información agroclimática del pasado que permita entender el nivel de riesgo de
los agricultores (¿Cuáles son los riesgos? ¿Cómo se pueden minimizar?)
2. Monitorear las condiciones del presente (¿Qué está pasando hoy? ¿Qué alertas son
necesarias? ¿Qué medidas de precaución se deben empezar a tomar?),
3. Predecir las condiciones climáticas que se presentarán en el futuro cercano (próximos 3
meses) y su incidencia sobre las actividades agrícolas.
1 La Republica. El cambio climático hace estragos en el agro colombiano. 2014, febrero 14. Consultado en http://www.larepublica.co/economia/el-cambio-
clim%C3%A1tico-hace-estragos-en-el-agro-colombiano_113151.
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Con estos resultados se espera caracterizar y cuantificar de manera integral el nivel de riesgo de los
agricultores ante las condiciones climáticas que permita a mediano plazo, establecer un sistema de
seguros e incentivos agrícolas que considere riesgos razonables y que sea conveniente tanto para
productores, como para el Estado y empresas aseguradoras.
El estudio presentado en este documento se enfoca en analizar información agroclimática del pasado
para entender el riesgo climático de los agricultores bajo tres sistemas de producción en Colombia:
fríjol, maíz tradicional y maíz tecnificado (Etapa 1 del observatorio agroclimático). Se implementó
una metodología para la identificación y caracterización de grupos ambientales (o ambientes
edafoclimáticos) contrastantes a partir de información climática histórica y variables físico-químicas
del suelo. La Sección 2 de este documento presenta la metodología, la Sección 3.1 presenta los
resultados de la identificación de grupos ambientales para fríjol, la Sección 3.2 para maíz tecnificado
y la Sección 3.3 para maíz tradicional. Finalmente, en la Sección 4 se presentan las principales
conclusiones y algunas recomendaciones respecto al uso de la información aquí presentada.
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2. Metodología
La Figura 1 muestra el esquema metodológico implementado para la identificación y caracterización
de zonas agroclimáticas. Se dan a conocer los datos requeridos, los análisis realizados y el flujo de
información entre los diferentes módulos que componen el esquema. Los indicadores agroclimáticos
fueron clasificados de acuerdo con los periodos de siembra y cosecha de los cultivos. Estos
indicadores fueron posteriormente agregados a escala decadiaria, y relacionados con variables
fisicoquímicas e hidráulicas del suelo, mediante técnicas estadísticas multivariadas, permitiendo
identificar grupos de ambientes contrastantes en las diferentes áreas productoras de maíz y fríjol en
Colombia. Cada uno de los ambientes se caracterizó a partir de indicadores agroclimáticos que
describen las condiciones hídricas, térmicas y energéticas del clima, así como las condiciones
fisicoquímicas e hidráulicas del suelo. Finalmente, se determinaron las variables ambientales más
importantes para cada uno de los ambientes, y el posible efecto de cada una de ellas sobre el
crecimiento y desarrollo del cultivo. A continuación se detalla cada uno de los análisis realizados
dentro del esquema metodológico planteado:
2.1. Áreas de estudio
Las áreas de estudio se definieron individualmente para cada sistema productivo (fríjol, maíz
tecnificado, maíz tradicional) como todas aquellas municipalidades en Colombia en donde hay
agricultores bajo el sistema en cuestión. La información sobre áreas productoras de frijol, maíz
tradicional y maíz tecnificado se obtuvo de las estadísticas nacionales de Evaluaciones
Agropecuarias Municipales (EAM), realizadas por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural
(MADR) y publicadas por la red de información y comunicación del sector agropecuario (Agronet
- http://www.agronet.gov.co/Paginas/estadisticas.aspx). La información disponible se categorizó de
acuerdo con los departamentos y municipios que presentaban mayor área sembrada y área cosechada
durante el periodo 2007 – 2013. Así mismo, se seleccionaron las fechas más frecuentes de siembra
y cosecha de los cultivos.
La Figura 2 muestra la distribución espacial, a escala municipal, de las áreas productoras de frijol,
maíz tecnificado y maíz tradicional en Colombia. Según las estadísticas reportadas por el MADR
(http://www.agronet.gov.co), las mayores áreas sembradas de frijol en Colombia se encuentran en
los departamentos de Antioquia, Cundinamarca, Huila, Nariño, Santander y Tolima; distribuidas
entre variedades de fríjol arbustivo (60.000 ha) y frijol voluble (101.000 ha), con rendimientos
promedios de 1.0 ton ha-1 y 1.6 ton ha-1, respectivamente. Los mayores porcentajes de área sembrada
y cosechada en estos departamentos se registran durante los periodos Marzo – Julio y Septiembre –
Enero.
El cultivo de maíz en Colombia está clasificado en dos sistemas de producción: el maíz tradicional
y el maíz tecnificado. El maíz tradicional se caracteriza por ser cultivado en pequeñas extensiones,
con semilla no certificada, con bajo consumo de fertilizantes y la producción es destinada
generalmente al autoconsumo, representa el 73.0% del área sembrada en el país. Por su parte, el
maíz tecnificado tiene extensiones más grandes, usa agroquímicos y semilla certificada, y se destina
a la producción de concentrados, representa el 27.0% de área sembrada (DANE, 2004).
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Figura 1. Resumen de la metodología implementada para la identificación y caracterización de zonas
agroclimáticas. Los números dentro de los círculos indican los procesos de análisis, los recuadros amarillos
indican datos de insumo y los recuadros azules indican datos de salida.
De acuerdo con lo reportado por el MADR y con los registros de las Evaluaciones Agropecuarias
Municipales, los principales departamentos con mayor área sembrada de maíz tradicional durante el
periodo 2007-2013 fueron Bolivar, Antioquia, Cesar, Córdoba, Magdalena y Cundinamarca (Figura
2b). Por otro lado, los departamentos con mayor área cosechada de maíz tecnificado, en el mismo
período, fueron Córdoba, Valle del Cauca, Sucre, Meta, Tolima y Huila (Figura 2c).
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Figura 2. Distribución espacial de las principales regiones productoras de: a) frijol, b) maíz tradicional y c)
maíz tecnificado en Colombia.
Al igual que para frijol, las épocas de siembra y cosecha del cultivo de maíz en Colombia están
determinadas por la presencia de las temporadas lluviosas, que normalmente se presentan durante
los meses de Abril-Mayo y Octubre-Noviembre, para las regiones productoras identificadas. Según
las estadísticas registradas por el MADR, el mayor porcentaje de área cultivada de maíz se establece
entre los periodos Marzo – Julio y Septiembre – Enero.
2.2. Datos de entrada
Dada la influencia de variables edafoclimáticas sobre el crecimiento y desarrollo de los cultivos,
estas pueden ser consideradas una base lógica para la identificación y caracterización de ambientes
agrícolas de producción (Chenu, 2015). En este estudió se utilizaron componentes agroclimáticos
claves incluyendo la precipitación, temperatura, radiación solar, evapotranspiración potencial y el
balance hídrico climático; componentes edáficos como la textura del suelo, densidad aparente,
disponibilidad de agua, pH, carbono orgánico, entre otros. Para el mapeo regional de ambientes de
producción de frijol y maíz en Colombia se usaron técnicas estadísticas multivariadas y Sistemas de
Información Geográfica (SIG).
2.2.1. Datos climáticos
La información de precipitación (mm día-1), temperatura máxima y mínima (ºC) y radiación solar
(MJ m-2 día-1), se obtuvo de la base de datos AgMERRA (Ruane et al. 2015). Esta es una base de
datos con información climática diaria, entre 1980-2010, cubrimiento global y una resolución
espacial de 0.25 x 0.25 grados (aproximadamente 25 km en el Ecuador). AgMERRA fue
desarrollada a partir de la combinación de datos con resolución diaria de análisis retrospectivo (The
Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, MERRA, y the Climate
Forecast System Reanalysis, CFSR) con un set de datos observados in situ y datos satelitales (ver
http://data.giss.nasa.gov/impacts/agmipcf/agmerra/ y Ruane et al., 2015, para más información). A
partir de los valores diarios de temperatura máxima y temperatura mínima se calculó la oscilación
media diaria de temperatura (i.e. el rango diurno), la cual se define como la diferencia entre la
temperatura máxima media y temperatura mínima media de un día.
La evapotranspiración potencial (ET_Pot) se calculó con base en los datos diarios de temperatura,
radiación y precipitación, como un indicador de la pérdida de agua dentro del complejo suelo-planta-
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atmosfera. La ET_Pot es esencial para la planificación y programación del manejo de riego de los
cultivos. Siguiendo las recomendaciones de Zomer et al (2006) se seleccionó el método de
Hargreaves (Hargreaves & Samani, 1985) para determinar la ET_Pot diaria. Este método usa
información de temperatura media, oscilación de temperatura y radiación solar (Ec. 1).
𝐸𝑇−𝑃𝑜𝑡 = 0.0023𝑅𝑎(𝑇𝑚𝑒𝑎𝑛 + 17.8)𝑇𝐷0.5 (Ec. 1)
En la Ec. 1, 0.0023 es el coeficiente de Hargreaves, 𝑅𝑎 es la radiación solar (MJ m-2 día-1), 𝑇𝑚𝑒𝑎𝑛
es la temperatura media (ºC) y 𝑇𝐷 es la oscilación media de temperatura (ºC). Con el objetivo de
cuantificar el exceso o déficit de humedad atmosférica en las regiones de estudio, se calculó un
balance hídrico climático (BHC) diario en función de la precipitación (𝑅𝑓) y la ET_Pot diaria
calculada (Ec. 2).
𝐵𝐻𝐶 = 𝑅𝑓 − 𝐸𝑇_𝑃𝑜𝑡 (Ec. 2)
Se determinaron mapas diarios de BCH para el periodo 1980-2010, con base en la Ec. 2, que
permitieron identificar las regiones que presentaban déficit (DEF) o exceso (EXC) en el balance
hídrico, a partir de los siguientes criterios:
𝐷𝐸𝐹 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 ℎí𝑑𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑖 𝑅𝑓 < 𝐸𝑇_𝑃𝑜 (Ec. 3)
𝐸𝑋𝐶 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 ℎí𝑑𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑖 𝑅𝑓 > 𝐸𝑇_𝑃𝑜𝑡 (Ec. 4)
2.2.2. Datos de suelos
La información de variables físicas y químicas del suelo, como textura (% arenas, limo y arcillas),
densidad aparente (kg m-3), carbono orgánico (g kg-1), pH y capacidad de intercambio catiónico
(cmol kg-1), se obtuvieron de la base de datos SoilGrids 1km (http://www.soilgrids.org).
SoilGrids1km es un sistema de información de suelos global en 3-D, con resolución espacial de 1
km, información a diferentes niveles de profundidad (desde 0.0 hasta 200 cm), creada por el ISRIC
(International Soil Reference and Information Centre) y desarrollada a través de la plataforma GSIF
(Global Soil Information Facilities) con colaboración abierta para el montaje, recopilación y
producción de información de suelos.
El uso de las propiedades hidráulicas de los suelos juega un papel importante en la planificación y
ejecución de actividades relacionadas con el manejo del riego, adecuación de suelos, estrategias de
mejoramiento de cultivos, efectos del clima sobre el uso del suelo, entre otras. No obstante,
comúnmente existe un vacío de información al respecto ya que son propiedades que generalmente
no están disponibles debido al grado de dificultad de su medición en campo y el alto costo económico
asociado a medirlas en el laboratorio. La estimación de propiedades hidráulicas del suelo a través
del conocimiento de otras variables relevantes que han sido medidas, puede llevarse a cabo a través
del uso de Funciones de Pedotransferencia (FPT) (Nebel et al., 2010). Siguiendo los resultados
obtenidos por Tomasella et al., (2003, 2004) sobre la aplicación de FPT para suelos tropicales, en
este estudio se determinaron propiedades hidráulicas tales como el contenido de humedad
volumétrico (m3 m-3) a capacidad de campo (UL), a punto de marchitez permanente (LL) y el agua
disponible en el suelo (ASW), en función de la textura (% arenas, limo y arcillas), la densidad
aparente, el contenido de carbono orgánico y la capacidad de intercambio catiónico.
Tanto los mapas agroclimáticos, como los mapas de suelos (Tabla 1) fueron ajustados y cortados a
la extensión de las regiones productoras de frijol, maíz tradicional y maíz tecnificado (Figura 2).
14
Posteriormente, se les realizó un proceso de resampling con el fin de estandarizarlos a la misma
resolución espacial (0.05 x 0.05).
Tabla 1. Resumen de las bases de datos usadas en el estudio de identificación y caracterización de ambientes.
Base de Datos Variables Resolución espacial y temporal Fuente
Clima
Diaria desde 1980 hasta 2010; 0.25° X 0.25° (25 km)
con cubrimiento global
http://goo.gl/lihtGa Rueane et al., 2015 AgMERRA
Temperatura máxima y mínima (◦C) Precipitación (mm día-1) Radiación solar (MJ m-2día-1) Humedad relativa (%) Velocidad del viento (ms-1) Variables Agro-Climáticas generadas: Evapotranspiración (mm) Balance hídrico climático (mm)
Suelo
Resolución global de 1 Km, base de datos proveniente de
información satelital obtenida entre los años 1990 a 2015.
http://soilgrids.org ftp.soilgrids.org
Hengl et al., 2014
http://goo.gl/ZAOMYY
SoilGrids
Textura (Arena, limo, arcilla (%)) Densidad aparente (gcm-3) Carbono orgánico del suelo (stock) (T ha-1) Carbono orgánico (gkg-1) Capacidad de intercambio catiónico (cmolkg-1) Potencial de hidrógeno - pH (-) Fragmento de agregados (%) Profundidad hasta la roca sólida (cm) Variables Hidráulicas generadas: Contenido de humedad del suelo (m3m-3) Saturación Capacidad de campo Punto de marchitez permanente Agua disponible en el suelo (m3m-3)
Producción
Ministerio de Agricultura y
Desarrollo Rural (MADR)
Área cosechada (ha) Área sembrada (ha) Producción (t) Rendimiento (T ha-1) Fechas de siembra
Municipal y departamental, año 2007-2011
http://goo.gl/y7EAS4
En la Figura 3 se muestra la dinámica espacial de las propiedades físicas, químicas e hidráulicas del
suelo (a 25 cm de profundidad) en las zonas productoras de frijol, maíz tradicional y maíz tecnificado.
2.3. Agregación de variables agroclimáticas a escala decadiaria
Los mapas diarios de temperaturas (máxima, mínima y oscilación) y radiación solar fueron
promediados cada diez días con el fin de obtener mapas a nivel decadiario para cada uno de los años
durante el periodo 1980 – 2010. Los mapas decadiarios fueron promediados para obtener 36 mapas
(uno para cada decadía) con el promedio decadiario multianual de temperaturas y radiación solar.
De igual manera, los mapas diarios de precipitación y de evapotranspiración fueron sumados cada
diez días para obtener la precipitación y evapotranspiración acumulada a nivel decadiaria (1980 –
2010), posteriormente se calculó el promedio decadiario multianual de ambas variables.
15
Figura 3. Propiedades físicas, químicas e hidráulicas del suelo (a 25 cm de profundidad) en las zonas
productoras de frijol, maíz tradicional y maíz tecnificado.
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A partir de esta información, se determinaron los mapas de BHC cada diez días, haciendo uso de la
Ecuación 2. Las Figura 4–Figura 6 muestran un ejemplo de la distribución espacial del BHC
promedio por década de los 30 años de registro, en las áreas de frijol, maíz tecnificado y maíz
tradicional, para los periodos de siembra del primer semestre del año (Marzo - Julio).
2.4. Agrupamiento (clustering) de variables agroclimáticas y de suelos
Una vez se generaron todos los mapas agroclimáticos a escala decadiaria, se configuraron con la
misma resolución espacial que los mapas de propiedades fisicoquímicas de suelos, y se procedió a
determinar los grupos ambientales en cada una de las regiones productoras siguiendo la metodología
planteada por Hargrove and Hoffman (2004). Para el análisis de agrupamiento se usaron los mapas
promedios multianuales de las variables edafoclimáticas (descritas en la sección 2.2.) a escala
decadiaria, correspondientes a los períodos de siembra y cosecha del primer y segundo semestre del
año (Marzo – Julio y Septiembre - Enero).
Figura 4. Balance hídrico climático promedio decadiario (mm decadía-1) para la región productora de frijol,
durante el periodo de siembra del primer semestre del año (Marzo - Julio).
17
Figura 5. Balance hídrico climático promedio decadiario (mm decadía-1) para la región productora de maíz
tecnificado durante el periodo de siembra del primer semestre del año.
En la Figura 7 se muestra la metodología usada para la identificación de grupos agroambientales en
las diferentes zonas productoras.
En este análisis se involucraron 220 mapas de variables agroclimáticas y 10 mapas de propiedades
fisicoquímicas de suelos para cada uno de los sistemas productivos considerados (Frijol, Maíz
tradicional y Maíz tecnificado). Para identificar el número óptimo de grupos, se utilizó el paquete
NbClust (Malika et al, 2014) del programa estadístico R (R Development Core Team, 2008), el cual
proporciona 30 índices para determinar el número óptimo de grupos y propone el mejor esquema de
agrupamiento.
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Figura 6. Balance hídrico climático promedio decadiario (mm decadía-1) para la región productora de maíz
tradicional, durante el periodo de siembra del primer semestre del año.
2.5. Caracterización de grupos ambientales
Para la caracterización agroclimática de los grupos ambientales identificados, se utilizó la
metodología de clasificación sugerida por el modelo Caldas-Lang (Corredor, 2014), el cual combina
el modelo climático de Caldas, que determina los pisos térmicos para la región Andina Tropical
basado en la variación de la temperatura promedio anual (°C) respecto a los cambios de altitud
(metros), y el modelo climático de Lang, que determina el índice de efectividad de la precipitación
o factor de lluvia de Lang a partir de la relación obtenida al dividir la precipitación total anual (mm)
19
por la temperatura promedio anual (°C). La combinación de estos dos modelos (Caldas-Lang)
permitió definir tanto los pisos térmicos como el nivel de efectividad de la precipitación en cada uno
de los grupos ambientales. El modelo climático Caldas-Lang ha tenido gran utilidad por parte del
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM) en el marco
del proyecto de clasificación climática nacional, y en la construcción del Atlas Climatológico de
Colombia (Costa Posada et al. 2005).
Figura 7. Metodología para la implementación del clustering Espacio-Temporal multivariado, el cual implica
la transformación de variables del espacio geográfico a un espacio de datos, y viceversa. Los valores
normalizados de múltiples variables, en cada celda del mapa son utilizados como coordenadas para localizar
cada celda en un espacio abstracto de datos. A pesar de que solo se muestran tres ejes, la metodología considera
muchas características multivariadas.
Además de la clasificación climática, se detallaron las condiciones de precipitación,
evapotranspiración potencial, balance hídrico climático, temperatura (Mínima, máxima y
oscilación) y radiación solar, para cada uno de los periodos de siembra y cosecha de los cultivos.
Así mismo, se detallaron las condiciones predominantes de las propiedades fisicoquímicas de los
suelos en cada uno de los ambientes.
20
2.6. Determinación de factores limitantes al crecimiento y desarrollo del
cultivo
Dentro del proceso de caracterización estadística cuantitativa de los grupos (ambientes), se utilizaron
los valores Test obtenidos a partir de la prueba de hipótesis de medias, con el fin de seleccionar las
dos variables que presentaron mayor diferencia significativa, ya sea positivamente, en el sentido de
que la media del grupo es suficientemente mayor de la media global, o negativamente cuando la
media del grupo es inferior al promedio global (Pardo y Del Campo, 2007). Una vez identificadas
las variables características de cada grupo, se emplearon gráficos de densidad para comparar la
distribución de cada variable en el grupo de interés, respecto el promedio global del resto de grupos.
Todos los anteriores procedimientos se realizaron con el software estadístico R (R Development
Core Team, 2008) utilizando funciones de los paquetes FactoClass (Pardo y Del Campo, 2015) y
ade4 (Dray y Dufour, 2007).
Para determinar el factor agroclimático limitante (precipitación, evapotranspiración, balance hídrico
climático, temperatura mínima y máxima y radiación solar, entre otras) al crecimiento y desarrollo
del cultivo, se establecieron los umbrales críticos de las variables características de cada ambiente,
y con base en literatura consultada, se determinó el posible grado de afectación que estas tendrían
sobre distintos procesos fisiológicos en la planta, y su impacto sobre el rendimiento.
3. Resultados
Siguiendo la metodología descrita en la Sección 2.3 (ver Figura 7) se identificaron las regiones
agroambientales en las áreas productoras de frijol, maíz tecnificado y maíz tradicional en Colombia,
las cuales se muestran en las Figura 8. A continuación, se presenta una descripción general de las
condiciones agroclimáticas que caracterizan los ambientes de producción para los cultivos de frijol,
maíz tecnificado y maíz tradicional.
3.1. Sistema de producción de fríjol
La región dedicada al cultivo de frijol en Colombia está conformada por los departamentos de Huila,
Tolima, Nariño, Antioquia, Cundinamarca y Santander. De acuerdo con los resultados obtenidos, el
área productora de fríjol se puede clasificar en cinco grupos ambientales (GA) de la siguiente manera
(Figura 8a):
Cálido húmedo (Cal_hum): Ocupa el 22.0 % del total de área cultivada, se extiende por el valle
del río Magdalena, iniciando en el extremo norte del departamento del Huila, pasando por el centro
de la provincia del sur del Tolima, la provincia de Ibagué y la provincia del bajo Magdalena en
Cundinamarca, hasta las provincias Nordeste y Bajo Cauca del departamento de Antioquia, en
conjunto con las provincias Mares y Soto en el departamento de Santander. Se diferencia de los
demás grupos ambientales por los altos niveles de temperaturas diurnas y nocturnas entre 25 y 34
°C, durante los periodos de siembra del cultivo. Durante las siembras del primer semestre se
presentan los mayores niveles de precipitación acumulada, entre 443 y 1598 mm en el primer
semestre y 528 – 1051 mm en el segundo semestre, tiene una evapotranspiración acumulada que va
de 346 a 506 mm y de 323 a 479 mm, en el primer y segundo periodo de siembra respectivamente.
En la Tabla 2 y Figura 9 se observan en mayor detalle las características climáticas del grupo
Cal_hum.
21
Figura 8. Grupos agroambientales para las regiones productoras de: a) Frijol, b) maíz tradicional y c) maíz
tecnificado en Colombia.
Respecto a las propiedades edáficas, el grupo Cal_hum se caracteriza por tener suelos con
porcentajes de arcillas que van desde 17 a 40%, limos entre 12 y 48% y arenas entre 24 y 67% con
un espacio poroso promedio de 49.0%, dando indicios de una buena estructura y estabilidad de
agregados, con buena capacidad para retener humedad y drenar los excesos de agua, los suelos de
esta región son catalogados como suelos orgánicos y de baja compactación, lo cual se demuestra por
los bajos niveles de densidad aparente (entre 0.5 y 1.5 g cm-3). En la Tabla 2 y Figura 9–Figura 10
se muestran en detalle las características fisicoquímicas e hidráulicas del tipo de suelo, y las
características climáticas que predominan en el grupo Cal_hum.
22
Figura 9. Variables agroclimáticas que mejor caracterizan los diferentes ambientes de producción para el
cultivo de frijol.
23
Tabla 2. Condiciones climáticas promedio, durante los periodos de siembra del primer y segundo semestre del
año, en los diferentes Grupos Ambientales identificados para el cultivo de frijol.
Condiciones Climáticas para el periodo de siembra del primer semestre (Marzo - Julio) en fríjol
Grupo Ambiental
Precipitación acumulada (mm)
Ev_Pot acumulada
(mm)
BHC Acumulado
(mm)
Temp_Máx (°C)
Temp_Mín (°C)
Osc_Tem (°C)
Rad_Solar MJm-2día-1
Cal_hum 443 - 1598 346 -506 (-14) - 1205 25,2 - 34,6 15,5 -24,3 8,6 - 10,7 9,1 - 12,4 Tem_hum 720 - 1735 270 -358 375 -1427 21,4 - 30,1 12,4 -20,3 8,9 - 10,9 7,7 - 10,2 Fri_sec 425 - 1682 250 -416 46 -1321 17,1 - 27,0 8,4 -18,0 8,0 - 10,4 9,1 - 12,5 Tem_sec 342 - 1261 360 -509 (-36) -807 17,9 - 29,1 7,2 -18,9 9,0 - 10,9 11,2 - 13,8 Cal_m_hum 593 - 1594 478 -497 104 -1117 28,7 - 31,6 18,6 -22,8 8,7 - 10,2 12,8 - 13,1
Condiciones Climáticas para el periodo de siembra del segundo semestre (Septiembre - Enero) en fríjol
Grupo Ambiental
Precipitación acumulada (mm)
Ev_Pot acumulada
(mm)
BHC Acumulado
(mm)
Temp_Máx (°C)
Temp_Mín (°C)
Osc_Tem (°C)
Rad_Solar MJm-2día-1
Cal_hum 528 - 1051 323 -479 90 - 696 25,8 - 33,9 15,3 - 23,8 8,6 - 10,5 8,8 - 13,3 Tem_hum 609 - 1553 251 -348 325 - 1276 21,2 - 29,6 12,0 - 20,0 8,5 - 11,0 6,9 - 10,3 Fri_sec 331 - 887 239 -450 0 - 637 17,2 - 26,8 7,8 - 17,8 8,4 - 11,1 8,4 - 13,0 Tem_sec 405 - 888 325 -568 2 - 496 18,2 - 28,5 7,0 - 18,8 9,2 - 11,5 9,6 - 14,6 Cal_m_hum 491 - 1113 423 -491 31 - 702 28,1 - 31,2 18,5 - 22,7 8,2 - 9,7 11,4 - 13,1
Notas. Las variables están abreviadas de la siguiente manera: Ev_Pot acumulada (mm), Evapotranspiración
acumulada; BHC acumulado (mm), Balance hídrico climático; Tem_Máx promedio (°C), Temperatura
máxima promedio; Tem_Mín promedio (°C), Temperatura mínima promedio; Osc_Tem promedio (°C),
Oscilación de temperatura promedio; Rad_solar promedio (MJ m-2 día-1).
Templado húmedo (Tem_hum): Ocupa el 25.0 % del total de área cultivada, se encuentra ubicada
en las regiones occidente y sur occidente del departamento de Antioquia, se distingue por ser el
grupo ambiental con la mayor tasa de precipitación acumulada durante los periodos de siembra del
cultivo (entre 720 y 1735 mm para el ciclo-1 y entre 609 y 1553 mm para el ciclo 2), las menores
tasas de evapotranspiración acumulada (entre 270 y 358 mm ciclo-1 y 251 y 348 mm en el ciclo 2)
y radiación solar (entre 7.7 y 10.2 MJ m-2 día-1 en el ciclo 1) (Tabla 2 y Figura 9- Figura 10). Los
suelos presentan un contenido de arcillas entre 13 y 37%, limos 22 y 45% y arenas entre 21 y 54%,
el pH oscila entre 3.9 y 7.2, pueden ser de baja compactación debido a su contenido de materia
orgánica (CO entre 15 y 72 g kg-1) en el horizonte superior (primeros 25 cm), lo que posiblemente
le permite tener estabilidad y resistencia a la erosión (ver Tabla 3).
Frío seco (Fri_sec): Al igual que el Tem_hum, el Fri_sec ocupa un 25.0 % del área cultivada de
frijol, se encuentra distribuida entre los departamentos de Tolima (piedemonte oriental de la
cordillera central), Cundinamarca (Provincias Oriente, Rionegro y Guavio) y Santander (Provincias
García-Rovira y Guanentá). Se caracteriza por tener las temperaturas máximas y mínimas más bajas
de toda la región cultivada con frijol (entre 17 y 27°C). Para el primer semestre la precipitación
acumulada estuvo entre 425 y 1682 mm y para el segundo semestre entre 331 y 887 mm (Tabla 2,
Figura 9–Figura 10). Los suelos de esta región presentan características apropiadas para el
establecimiento del cultivo de frijol, con porcentajes de arena entre 25 y 75%, de arcillas entre 12
y 37% y limos entre 11 y 43%, son suelos ligeramente ondulados, moderadamente profundos,
generalmente bien drenados y de fertilidad moderada a baja. Presenta un pH entre 4.3 y 6.8, estando
cercano a los límites normales para el cultivo (pH entre 5.0 y 7.5). Sin embargo, en Colombia los
suelos de climas fríos donde se cultiva frijol, presentan algunas limitaciones por pH bajos, alta
saturación de aluminio, por deficiencias de calcio o magnesio, o por tener relaciones Ca/Mg muy
amplias (Arias et al, 2017).
24
Tabla 3. Propiedades fisicoquímicas e hidráulicas de los suelos en los diferentes grupos ambientales
identificados para el cultivo de frijol.
Notas. Las variables están abreviadas de la siguiente manera: DA (g cm-3), densidad aparente; ӨUL (m3m-3),
humedad volumétrica a capacidad de campo; ӨLL (m3 m-3), humedad volumétrica a punto de marchitez
permanente; pH, potencial de hidrogeno; CO (g kg-1), carbono orgánico; CIC (cmol kg-1), capacidad de
intercambio catiónico.
Templado seco (Tem_sec): Ocupa un 23.0% del área dedicada al cultivo de frijol, comprende las
cuatro subregiones del departamento del Huila (sub-centro, sub-norte, sub-occidente y sub-sur) y
las provincias Juanambú, Obando, Pasto y Túquerres del departamento de Nariño. Esta región se
diferencia de los demás grupos ambientales por presentar las menores tasas de precipitación
acumulada (entre 342 y 1261 durante el primer semestre y 405-888 mm ciclo-1 durante el segundo
semestre) y las mayores tasas de evapotranspiración potencial (360-509 mm-ciclo-1 en el primer
semestre y 325-568 mm-ciclo-1 en el segundo semestre), además se caracteriza por tener radiación
solar entre 11.2 y 13.8 MJ m-2 día-1 y 9.6 y 14.6 MJ m-2 día-1 , en el primer y segundo semestre
respectivamente.
Los suelos de esta región tienen contenidos de arcillas entre 9.8 y 41% y de arenas entre 20 y 66%,
son porosos y con buena capacidad de infiltración. Por su condición de porosidad y condiciones de
clima cálido y seco, estos suelos tienden a ser permeables, bien drenados y a secarse en poco tiempo.
Tienen una densidad aparente favorable (entre 0.7 y 1.51.0 g cm-3) para diferentes actividades
agrícolas como consecuencia del buen contenido de material orgánico (CO entre 8.8 y 95 g kg-1).
No obstante, tienen un pH ligeramente acido (4.1-7.1), causando limitaciones en la disponibilidad
de algunos elementos esenciales para la planta.
Cálido muy húmedo (Cal_m_hum): Este es el grupo ambiental de menor extensión, ocupa solo el
5.0 % del área cultivada en frijol, geográficamente se encuentra ubicado en la provincia de Tumaco-
Barbacoas en el departamento de Nariño, se caracteriza por tener un clima tropical húmedo, es el
ambiente con mayor pluviosidad, durante las siembras del primer semestre se presentan niveles de
precipitación acumulada entre 593 y 1594 mm para el ciclo 1 y 491 y 1113 mm durante el ciclo 2 y
evapotranspiración potencial del cultivo entre 478 y 497 mm para el ciclo 1 y entre 423 y 491 para
el ciclo 2, junto con el grupo Cal_hum presenta las mayores temperaturas máximas y mínimas (>
31.0 °C y > 21.0 °C, respectivamente) de las regiones productoras de frijol en Colombia (Tabla 2 y
Figura 9 –Figura 10). Los suelos de esta región se caracterizan por ser muy pobres en el contenido
de minerales y suelos ácidos (pH entre 3.2 y 5.5, ver también Figura 11). Debido a la excesiva
humedad y a las altas temperaturas, los procesos de meteorización de las rocas son más acelerados,
y producto de esto los minerales son lavados por lixiviación (Rivera, et al. 1998).
Características Físico-Químicas e hidráulicas de los suelos en fríjol
Grupo Ambiental
Arenas (%)
Arcillas (%)
Limos (%)
DA (gcm-3)
Agua disponible
(m3m-3)
ӨCC (m3m-3)
ӨPMP (m3m-3)
pH CO
gkg-1 CIC
(cmolKg-1)
Cal_hum 24 - 67 17 - 40 12 - 48 0.8 - 1.5 0.07 - 0.17 0.17 - 0.37 0.09 - 0.25 3.9 - 6.7 6.2 - 65.5 7.7 - 27.5 Tem_hum 21 – 54 13 - 37 22 - 45 0.7 - 1.3 0.08 - 0.15 0.17 - 0.33 0.06 - 0.21 3.9 - 7.2 15.0 - 72.5 10.3 - 29.2 Fri_sec 25 – 75 12 - 37 11 - 43 0.7 - 1.3 0.04 - 0.15 0.10 - 0.31 0.06 - 0.19 4.3 - 6.8 9.0 - 74.5 8.7 - 26.7 Tem_sec 20 - 66 9 - 41 20 - 52 0.7 - 1.5 0.04 - 0.17 0.09 - 0.40 0.05 - 0.26 4.1 - 7.1 8.8 - 95.5 7.0 - 33.0 Cal_m_hum 21 - 64 15 - 42 16 - 49 0.8 - 1.4 0.08 - 0.17 0.18 - 0.37 0.09 - 0.23 3.2 - 5.5 16.2 - 79.0 7.0 - 26.5
25
Figura 10. Diagrama de cajas de las variables agroclimáticas a nivel decadiario durante las siembras del primer
semestre, en los diferentes grupos ambientales identificados para las regiones cultivadas con Frijol. Las líneas
horizontales a través de las cajas representan la mediana, la altura representa el rango intercuartílico (desde el
percentil 25 hasta el percentil 75) y los bigotes, las líneas que se extienden desde las cajas, se extienden hasta
los valores mínimo (5.0 %) y máximo (95.0 %) de los datos.
26
Figura 11. Frecuencia de ocurrencia de la textura del suelo en los grupos ambientales de fríjol.
En la Figura 9 se muestran las variables climáticas que mejor caracterizan los diferentes grupos
ambientales identificados en la región dedicada al cultivo de frijol en Colombia. Con base en
literatura consultada, se elaboró la Tabla 4, la cual muestra el efecto que tendrían dichas variables
climáticas sobre el crecimiento y desarrollo del cultivo.
Tabla 4. Efecto de factores agroclimáticos sobre el crecimiento y desarrollo del cultivo de frijol, en cada grupo
ambiental.
Grupo
Ambiental
Característica
climática Efectos sobre el crecimiento y desarrollo del cultivo de frijol Fuente
Cálido húmedo
Tem_Máx > 30.0°C Tem_Mín > 20.0°C
*Altas temperaturas en el aire y en el suelo afectan los días a floración, la germinación de las semillas, y la formación de raíces laterales.
*Altas temperaturas inhiben la fijación de N2.
*Días con temperaturas diurnas > 30.0 °C y temperaturas nocturnas > 20.0 °C, disminuyen el rendimiento del cultivo.
* Altas temperaturas en la noche, durante los primeros días de la floración,
causa el rebrote de la flor, aborto en la flor y la vaina, reduce la fertilidad del polen y reduce el tamaño de la semilla.
Beebe et al. 2011 Graham and
Ranalli. 1997
White and Montes-R. 1993
Templado
húmedo
BHC > 60 mm decadias-1
Rad_solar < 10 MJ m-2día-1
*Altos niveles de balance hídrico climático están asociados a alta precipitación
y alta humedad, lo que favorece la presencia de enfermedades, por ejemplo la
mancha angular y la antracnosis. *Enfermedades que afectan la pudrición de la raíz (ejemplo Pythium and
Fusarium spp.).
*Disminución en el rendimiento del cultivo cuando existe baja radiación solar durante las fases de floración y llenado de granos.
Beebe et al. 2011
Worku et al. 2004
Wortmann et al. 1998
Frío seco Tem_Máx < 25.0 °C Tem_Mín < 15.0 °C
*Temperaturas nocturnas < 15 °C causan poca geminación, retrasan la
emergencia, afectan el vigor de la planta, retrasan la etapa de madurez
fisiológica y afectan la producción de semillas.
Balasubramanian
et al. 2004 Van Schoonhoven.
1991
Templado
seco
Rad_Solar > 15 MJ m-2 día-1
BHC < 0 mm
* Condiciones de sequía causan: el aborto de la flor, caída de la vaina, baja tasa
fotosintética, deficiencias en el llenado de granos, disminuyen la producción
total de biomasa, el rendimiento en grano, la traslocación de fotosintatos, el número de vainas y de semillas, los días a madurez fisiológica, la absorción de
fosforo y la fijación de nitrógeno.
Asfaw & Blair.
2014 Beebe et al. 2010
Cálido muy
húmedo
ET_Pot > 40 mm decadías-1
Tem_Máx > 30 °C
* Altas condiciones de precipitación y humedad relativa pueden favorecer
la presencia de bacterias y hongos patógenos.
* Altas temperaturas pueden favorecer la presencia de insectos y enfermedades que afectan al cultivo.
Van Schoonhoven.
1991
27
3.2. Sistema de producción de maíz tecnificado
La región en que se establece el cultivo de maíz tecnificado en Colombia está conformada por los
departamentos de Córdoba, Valle del Cauca, Meta, Sucre, Tolima y Huila, los cuales están
distribuidos, de acuerdo con sus características agroclimáticas, en seis grupos ambientales con las
siguientes características (Figura 8c):
Templado húmedo (Tem_hum): Con un 20.0% del total de área cultivada, es el segundo grupo
ambiental con mayor área dedicada al cultivo de maíz en Colombia. Geográficamente cubre gran
parte del departamento del Huila, en el Tolima cubre el flanco oriental de la cordillera central,
extendiéndose hasta el departamento del Valle del Cauca por la región del piedemonte de la
cordillera Central. Hacia los llanos Orientales, cubre gran parte del piedemonte que se forma entre
el departamento del Meta y la cordillera Oriental. Se distingue por ser el grupo ambiental con las
menores temperaturas diurnas y nocturnas (< 25°C y < 15°C, respectivamente) durante las épocas
de siembra del cultivo. Las tasas de precipitación y evapotranspiración acumulada en los dos
semestres de siembra tienden a ser homogéneas (del orden de 670 mm/ciclo para precipitación y 380
mm/ciclo para la evapotranspiración potencial (ver Tabla 5 y Figura 12–Figura 13). Los suelos
presentan condiciones favorables para el crecimiento y desarrollo del cultivo, son de textura fina y
con buena estructura, tienen un pH medianamente ácido (5.7), dentro del rango óptimo para el
cultivo (5.6 – 6.5). De acuerdo con los rangos de calificación del carbono orgánico (CO) establecido
por el Instituto Amazónico de Investigación Científica (SINCHI) en el 2010, bajo condiciones de
clima templado que presenta este grupo, el contenido de CO se califica como alto (> 2.5%), siendo
este ambiente el que presenta los mayores contenidos en relación al resto de regiones productoras
de maíz en Colombia (ver Tabla 6).
Templado seco (Tem_sec): Representa el 13.0 % del total de área cultivada, puede ser catalogado
como el ambiente de valles interandinos, ya que una parte de él se ubica en la zona plana del valle
del río Cauca, entre las cordilleras central y occidental de los Andes colombianos, de igual forma,
el área restante se ubica en el valle del Alto Magdalena, el cual forma parte de las zonas planas de
los departamentos de Huila y Tolima. Respecto a las condiciones climáticas, este grupo ambiental
corresponde a un piso térmico templado, con una temperatura que oscila entre 23 y 31°C durante
las etapas de siembra y cosecha del cultivo. Es uno de los ambientes con las menores tasas de
radiación solar (entre 7 y 12 MJ m-2 día-1), la precipitación acumulada tiende a ser mayor durante
las siembras del segundo semestre (entre 461 y 1100 mm ciclo-1) debido a los aumentos de
precipitación durante los meses de octubre y noviembre.
Los suelos de este ambiente se caracterizan por tener porcentajes de arcillas entre 14 y 37%, de
arenas entre 27 y 60% y de limos entre 13 y 47%, son suelos profundos a moderadamente profundos,
con una mediana retención de humedad y buenas condiciones para la infiltración superficial de agua
en el suelo (Madero et al. 2011) (Tabla 6).
Cálido semihúmedo (Cal_sem_hum): Es el grupo ambiental de menor área cultivada con solo un
5.0 %, se ubica en las regiones de Alto Sinú y el sur de San Jorge en el departamento de Córdoba.
Las condiciones climáticas se clasifican como cálido semihúmedo, durante el primer semestre se
presentan las mayores precipitaciones, oscilan alrededor de los 1000 mm ciclo-1, tiene una
temperatura promedio diaria de 26 °C y es uno de los ambientes con las tasas más bajas de radiación
solar (< 10 MJ m-2 día-1). Predominan los suelos de textura FA, con un contenido de carbono
orgánico promedio de 2.7%, calificándose como un contenido medio de acuerdo a la condición
climática en la que se encuentra. Estos suelos presentan características moderadamente ácidas con
28
pH < 6.5, lo que puede favorecer la toxicidad por Aluminio y la disponibilidad de metales pesados
como cobre, hierro, manganeso y zinc (Roqueme et al. 2014) (Tabla 6).
Tabla 5. Condiciones Climáticas promedio durante los periodos de siembra del primer y segundo semestre
del año, en los diferentes grupos ambientales identificados para el cultivo de maíz tecnificado.
Condiciones Climáticas para el periodo de siembra del primer semestre (Marzo - Julio) de maíz tecnificado
Grupo Ambiental
Precipitación acumulada
(mm)
Ev_Pot acumulada
(mm)
BHC Acumulado
(mm)
Temp_Máx (°C)
Temp_Mín (°C)
Osc_Tem (°C)
Rad_Solar MJ m-2día-1
Tem_hum 416 - 1758 262 - 457 (-34) - 1399 18 - 29 9 - 19 8 - 10 9 - 13 Tem_sec 424 - 1008 304 - 472 (-14) - 631 24 - 31 14 - 21 9 - 11 9 - 12 Cal_sem_hum 843 - 1332 325 - 468 404 - 975 27 - 33 17 - 24 9 - 10 9 - 11 Cal_sem_ari 526 - 1004 446 - 665 (-139) - 536 32 - 34 23 - 24 9 - 10 11 - 16 Tem_m_hum 824 - 1779 367 - 504 389 - 1409 24 - 31 15 - 22 8 - 10 12 - 14 Tem_plu 1297 - 1638 443 - 494 823 - 1189 30 - 31 21 - 22 8 - 9 12 - 14
Condiciones Climáticas para el periodo de siembra del segundo semestre (Septiembre - Enero) de maíz tecnificado
Grupo Ambiental
Precipitación acumulada
(mm)
Ev_Pot acumulada
(mm)
BHC Acumulado
(mm)
Temp_Máx (°C)
Temp_Mín (°C)
Osc_Tem (°C)
Rad_Solar MJ m-2día-1
Tem_hum 531 - 893 249 - 474 62 - 616 18 - 28 9 -19 8 - 11 8 - 13 Tem_sec 461 - 1100 255 - 425 156 - 813 23 - 31 14 -21 9 - 11 7 - 12 Cal_sem_hum 489 - 1386 276 - 431 77 - 1107 26 - 33 17 -23 9 - 10 7 - 11 Cal_sem_ari 337 - 592 418 - 600 (-226) - 155 32 - 34 22 -24 8 - 10 11 - 15 Tem_m_hum 510 - 882 427 - 608 (-49) - 429 25 - 32 15 -22 9 - 10 13 - 15 Tem_plu 476 - 723 542 - 641 (-155) - 178 31 - 33 22 -23 9 - 10 14 - 16
Notas. Las variables están abreviadas de la siguiente manera: Ev_Pot acumulada (mm), Evapotranspiración
acumulada; BHC acumulado (mm), Balance hídrico climático; Tem_Máx promedio (°C), Temperatura máxima
promedio; Tem_Mín promedio (°C), Temperatura mínima promedio; Osc_Tem promedio (°C), Oscilación de
temperatura promedio; Rad_solar promedio (MJ m-2 día-1).
Tabla 6. Propiedades físicoquímicas e hidráulicas de los suelos en los diferentes grupos ambientales
identificados para el cultivo de maíz tecnificado.
Notas. Las variables están abreviadas de la siguiente manera: DA (g cm-3), densidad aparente; ӨUL (m3 m-3),
humedad volumétrica a capacidad de campo; ӨLL (m3 m-3), humedad volumétrica a punto de marchitez
permanente; pH, potencial de hidrogeno; CO (g kg-1), carbono orgánico; CIC (cmol kg-1), capacidad de
intercambio catiónico.
Cálido semiárido (Cal_sem_ari): Está ubicado en la región Caribe de Colombia, conformado por
el departamento de Sucre y las subregiones Centro, Sinú Medio, Bajo Sinú, Zona Costanera y
Sabanas, del departamento de Córdoba, ocupando un 16.0 % del total de área cultivada de maíz en
Colombia. Se caracteriza por tener un clima cálido semiárido, con temperaturas máximas y mínimas
entre 32 y 34°C y 22 y 24°C, respectivamente, durante las épocas de siembra del cultivo. La
precipitación total acumulada, durante los periodos de siembra y cosecha, oscila entre 337 y 1004
mm ciclo-1, siendo superior durante el primer semestre del año (entre 526 y 1004 mm ciclo-1).
Características Físico-Químicas e hidráulicas de los suelos en maíz tecnificado
Grupo Ambiental
Arenas (%)
Arcillas (%)
Limos (%)
DA (gcm-3)
Agua disponible
(m3m-3)
ӨCC (m3m-3)
ӨPMP (m3m-3)
pH CO
gkg-1 CIC
(cmolKg-1)
Tem_hum 25 - 64 13 - 39 20 - 42 0.7 - 1.5 0.04 - 0.14 0.10 - 0.36 0.06 - 0.23 4.1 - 6.9 8.8 - 104.7 10.0 - 30.5 Tem_sec 27 – 60 14 – 37 13 – 47 0.8 - 1.6 0.09 - 0.16 0.19 - 0.37 0.08 - 0.25 4.7 - 6.8 5.8 - 82.3 10.5 - 34.0 Cal_sem_hum 26 – 49 14 – 39 22 – 42 0.9 - 1.5 0.10 - 0.15 0.21 - 0.37 0.08 - 0.24 4.4 - 6.3 10.2 - 57.0 7.0 - 25.5 Cal_sem_ari 30 – 50 26 – 38 17 – 32 1.2 - 1.6 0.10 - 0.13 0.27 - 0.37 0.17 - 0.24 4.7 - 6.6 7.8 - 105.2 7.7 - 31.5 Tem_m_hum 19 – 49 26 – 45 11 – 45 0.9 - 1.5 0.09 - 0.15 0.24 - 0.36 0.13 - 0.23 3.7 - 5.8 8.0 - 53.0 5.5 - 21.0 Tem_plu 36 – 71 18 – 43 10 – 33 1.2 - 1.5 0.07 - 0.13 0.17 - 0.35 0.09 - 0.22 4.1 - 6.0 6.5 - 43.8 5.0 - 20.0
29
Respecto a la tasa de evapotranspiración potencial, esta se encuentra entre 418 y 665 mm ciclo-1,
superando en ciertas ocasiones la precipitación total acumulada, sobre todo durante el periodo
septiembre – enero, en el cual el Balance Hídrico Climático es negativo (condiciones de déficit de
agua) (ver Tabla 5–Tabla 6 y Figura 13) .
Figura 12. Variables agroclimáticas que mejor caracterizan los diferentes ambientes de producción para el
maíz tecnificado en Colombia.
30
Figura 13. Diagrama de cajas de las variables agroclimáticas a nivel decadiario, durante las siembras del primer
semestre, en los diferentes grupos ambientales identificados para las regiones cultivadas con maíz tecnificado.
Las líneas horizontales a través de las cajas representan la mediana, la altura representa el rango intercuartílico
(desde el percentil 25 hasta el percentil 75), y los bigotes, las líneas que se extienden desde las cajas, se
extienden hasta los valores mínimo (5.0 %) y máximo (95.0 %) de los datos.
Templado muy húmedo (Tem_m_hum): Este grupo ambiental está ubicado en el departamento del
Meta, agrupa gran parte de las regiones Piedemonte, Duda-Guayabero y Ariari, representa un 19.0 %
31
del total de área dedicada al cultivo de maíz, se caracteriza por tener un clima intertropical lluvioso
de sabana, donde las épocas lluviosa y seca son marcadamente contrastantes. Es uno de los ambientes
con mayor tasa de pluviosidad durante las épocas de siembra de dicho cultivo, sobre todo durante el
primer semestre, donde las lluvias están entre 824 y 1779 mm ciclo-1 como consecuencia de las altas
tasas de precipitación que normalmente se presentan en el periodo abril – junio. Las temperaturas
máximas oscilan entre 24 y 32°C y la mínimas entre 15 y 22°C, y la radiación solar está entre los
12 y 15 MJm-2día-1 (Tabla 5). A pesar de que la precipitación puede alcanzar valores por encima de
1700 mm, durante la época seca ocurre una severa deficiencia de agua en el suelo, afectando de
manera crítica el crecimiento y desarrollo de los cultivos (Rivera et al. 2013). Los suelos se
caracterizan por tener baja fertilidad como consecuencia del avanzado estado de meteorización y
lixiviación, a causa de los altos regímenes de precipitación y la alta permeabilidad. Presentan una
baja CIC (entre 5.5 y 21 cmol kg-1) y alta acidez (pH entre 3.7 y 5.8), condiciones que están asociadas
con toxicidad por aluminio y, en algunos casos, por manganeso (Tabla 6).
Templado pluvial (Tem_plu): Es el grupo ambiental de mayor extensión, representa el 27.0 % del
total de área cultivada en maíz, se ubica al oriente del departamento del Meta, sobre los municipios
Puerto Lopez, Puerto Gaitán, San Martín y Mapiripán. Esta zona se cataloga como una región húmeda
o húmeda lluviosa, según la clasificación de Martonne (Bernal et al. 2013), con índices de aridez que
oscilan entre 24 y 31, correspondiente al clima tropical lluvioso. A pesar de que es una de las regiones
con mayor régimen de pluviosidad anual, durante el segundo semestre se presenta un déficit hídrico
marcado (BHC entre -155 y 178 mm), asociado a las mayores temperaturas máximas (entre 31 y
33°C) y radiación solar (entre 14 y 16 MJ m-2 día-1), que ocurren en los primeros meses del año (Tabla
5). Debido a los inadecuados sistemas de labranza que generalmente son implementados en esta
región, propiedades físicas del suelo como la porosidad total, la distribución y el tamaño de poros, la
estabilidad estructural, la infiltración y la capacidad de almacenaje de agua, se ven altamente
afectadas, incidiendo negativamente en la penetración y crecimiento de las raíces de las plantas (Tabla
6).
En la Figura 14 se muestran los tipos de suelo que caracterizan los GA identificados en las regiones
dedicadas al cultivo de maíz tecnificado en Colombia.
Figura 14. Frecuencia de ocurrencia de la textura del suelo en los grupos ambientales de maíz tecnificado.
32
3.3. Sistemas de producción maíz tradicional
La región en la cual se concentra el cultivo de maíz tradicional en Colombia, en su gran mayoría la
conforman departamentos ubicados en la región Caribe, como lo son Bolívar, Cesar, Córdoba y
Magdalena, seguidos por Cundinamarca y Antioquia que tienen una participación importante en los
indicadores de producción y rendimiento del cultivo. A partir de este estudio, se han identificado
cinco grupos ambientales en los cuales se puede clasificar la región dedicada al cultivo de maíz
tradicional en Colombia. A continuación se presenta una descripción general de las características
edafoclimáticas de cada uno de ellos (ver Figura 8b):
Cálido semiárido (Cal_sem_ari): Está integrado por el departamento de Magdalena, las
subregiones Norte, Noroccidental y Centro del departamento del Cesar, y las regiones Dique,
Montes de Maria y Depresión Momposina del departamento de Bolívar. Es el grupo ambiental de
mayor extensión, ocupando un 25.0 % del área dedicada al cultivo de maíz tradicional en Colombia.
Predomina un clima Cálido semiárido, con elevadas temperaturas diurnas y nocturnas, que oscilan
entre 26 y 35°C, las máximas, y 15 y 25°C, las mínimas, no presentan grandes variaciones
estacionales durante el año. Una de las principales limitantes es la baja disponibilidad de agua
durante las épocas de siembra y cosecha del cultivo de maíz, debido a la baja tasa de precipitación
acumulada, entre 326 y 729 mm ciclo-1. Como consecuencia de los altos niveles de radiación solar
incidente entre 12 y 18 MJ m-2 día-1) y a la elevada demanda de evaporación atmosférica, presenta
un BHC negativo (entre -268 y 170 mm), es decir condiciones climáticas con déficit de humedad,
sobre todo durante las siembras del segundo semestre, periodo bajo el cual el BHC está entre -294
y 143 mm ciclo-1 (Tabla 7 y Figura 15). Respecto a las características edáficas, en este grupo
ambiental predominan suelos planos o casi planos, con pendientes entre 0.0 y 3.0 %, con contenidos
de arcillas entre 18 y 42%, de arena entre 29 y 69% y de limos entre 12 y 34%, bien drenados, sin
procesos erosivos y fáciles de trabajar, además poseen buena capacidad de retención de humedad
(Tabla 8).
Tabla 7. Condiciones climáticas promedio durante los periodos de siembra del Primer y Segundo semestre del
año, en los diferentes grupos ambientales identificados para el cultivo de maíz tradicional.
Notas. Las variables están abreviadas de la siguiente manera: Ev_Pot acumulada (mm), Evapotranspiración
acumulada; BHC acumulado (mm), Balance hídrico climático; Tem_Máx promedio (°C), Temperatura
máxima promedio; Tem_Mín promedio (°C), Temperatura mínima promedio; Osc_Tem promedio (°C),
Oscilación de temperatura promedio; Rad_solar promedio (MJ m-2 día-1).
Condiciones Climáticas para el periodo de siembra del primer semestre (Marzo - Julio)
Grupo Ambiental
Precipitación acumulada
(mm)
Ev_Pot acumulada
(mm)
BHC Acumulado
(mm)
Temp_Máx (°C)
Temp_Mín (°C)
Osc_Tem (°C)
Rad_Solar MJ m-2día-1
Cal_sem_ari 392 - 729 483 - 699 (-268) - 170 27 - 35 16 - 25 9 - 11 12 - 18
Cal_hum 589 - 1841 340 - 465 160 - 1501 26 - 34 18 - 24 8 - 11 8 - 12
Cal_sem_hum 378 - 1618 415 - 669 (-268) - 1174 29 - 35 19 - 24 8 - 10 10 - 17
Fri_sem_hum 414 - 1593 274 - 598 (-28) - 1205 18 - 30 9 - 20 8 - 11 10 - 17
Tem_hum 719 - 2099 270 - 389 356 - 1780 22 - 32 13 - 22 8 - 11 8 - 12
Condiciones Climáticas para el periodo de siembra del segundo semestre (Septiembre - Enero) de
maíz tradicional
Grupo Ambiental
Precipitación acumulada
(mm)
Ev_Pot acumulada
(mm)
BHC Acumulado
(mm)
Temp_Máx (°C)
Temp_Mín (°C)
Osc_Tem (°C)
Rad_Solar MJ m-2día-1
Cal_sem_ari 326 -680 448 - 643 (-294) - 143 26 - 34 15 - 24 9 - 11 12 - 15
Cal_hum 506 -1700 312 - 535 119 - 1388 27 - 33 18 - 24 8 - 10 8 - 14
Cal_sem_hum 341 -851 389 - 601 (-246) - 403 29 - 34 19 - 24 8 - 10 10 - 15
Fri_sem_hum 324 -813 322 - 525 (-3) - 466 19 - 30 8 - 20 9 - 11 10 - 15
Tem_hum 609 -1930 250 - 463 295 - 1649 22 - 31 13 - 22 8 - 11 7 - 13
33
Figura 15. Variables agroclimáticas que caracterizan los diferentes ambientes de Producción, para el cultivo
de maíz tradicional.
Cálido húmedo (Cal_hum): Forma un abanico entre los departamentos de Antioquia (subregiones
Bajo Cauca, Magdalena Medio, Nordeste y Centro de Urabá), Córdoba (extremo sur del Alto Sinú)
y Bolívar (sur del Magdalena), se distingue por tener una climatología de tipo cálido húmedo, con
temperaturas máximas y mínimas entre los 26 y 34°C y 18 y 24°C, respectivamente. Como
consecuencia de los elevados índices de precipitación (entre 506 y 1841 mm ciclo-1) durante las
34
épocas de siembra, sobre todo durante el primer semestre (589 y 1841 mm), presenta BHC positivo
(entre 119 y 1501 mm), dándole atributos de un clima húmedo con exceso hídrico (Tabla 7).
Tabla 8. Propiedades físicoquímicas e hidráulicas de los suelos en los diferentes grupos ambientales
identificados para el cultivo de maíz tradicional.
Características Físico-químicas e hidráulicas de los suelos en maíz tradicional
Grupo Ambiental
Arenas (%)
Arcillas (%)
Limos (%)
DA (gcm-3)
Agua disponible
(m3m-3)
ӨCC (m3m-3)
ӨPMP (m3m-3)
pH CO
gkg-1 CIC
(cmolKg-1)
GA_1 29 - 69 18 - 42 12 - 34 0.85 - 1.64 0.06 - 0.13 0.15 - 0.38 0.09 - 0.25 4.5 - 6.9 6.8 - 79.3 7.75 - 33.0
GA_2 17 - 48 20 - 46 18 - 44 0.85 - 1.51 0.09 - 0.15 0.19 - 0.40 0.09 - 0.25 3.9 - 6.5 10.0 - 194.2 7.00 - 28.0
GA_3 27 - 65 19 - 40 13 - 43 0.80 - 1.55 0.06 - 0.14 0.16 - 0.39 0.08 - 0.26 4.0 - 6.6 8.0 - 101.0 7.75 - 29.0
GA_4 19 - 63 16 - 39 16 - 47 0.81 - 1.31 0.07 - 0.15 0.16 - 0.36 0.07 - 0.23 3.8 - 6.8 12.3 - 68.2 9.00 - 31.0
GA_5 17 - 55 13 - 44 21 - 49 0.71 - 1.30 0.08 - 0.16 0.17 - 0.37 0.06 - 0.23 2.9 - 7.2 16.2 - 172.5 9.25 - 29.2
Notas. Las variables están abreviadas de la siguiente manera: DA (g cm-3), densidad aparente; ӨUL (m3m-3),
humedad volumétrica a capacidad de campo; ӨLL (m3m-3), humedad volumétrica a punto de marchitez
permanente; pH, potencial de hidrogeno; CO (g kg-1), carbono orgánico; CIC (cmol kg-1), capacidad de
intercambio catiónico.
Cálido semihúmedo (Cal_sem_hum): Ocupa un 23.0% del área dedicada al cultivo de maíz
tradicional, en el departamento de Córdoba está integrado por las subregiones Costanera, Bajo y
Medio Sinú, y el extremo norte de las regiones Alto Sinú y San Jorge. De igual manera, el
departamento de Bolívar lo integran la zona centro de las subregiones Magdalena Medio, la Mojana
y Loba, las cuales se unen a la región sur del departamento de Cesar. Presenta un clima cálido
semihúmedo, se distingue de los demás grupos ambientales por tener las mayores temperaturas
diurnas y nocturnas (Tabla 7), la precipitación acumulada durante las épocas de siembra oscila entre
378 y 1618 mm ciclo-1, presenta tasas de evapotranspiración potencial entre 415 y 669 mm durante
el ciclo 1 y 389 y 601 mm en el ciclo 2, lo que le confiere las características de alta presencia de
humedad atmosférica en la región. Los suelos de este ambiente presentan contenidos de arcillas entre
19 y 40%, de arenas entre 27 y 65% y de limos entre 13 y 43%, son suelos profundos friables,
ligeramente pegajosos y plásticos con permeabilidad moderada, buena retención de humedad y de
color pardo oscuro a pardo claro. De acuerdo con las características fisicoquímicas e hidráulicas
(Tabla 8), estos suelos son catalogados de buena condición para el crecimiento y desarrollo del
cultivo de maíz (Bonilla, 2009).
Frío semihúmedo (Fri_sem_hum): Es el grupo ambiental de menor extensión con solo el 10% del
total de área cultivada, se ubica en el departamento de Cundinamarca, con predominio de condiciones
climáticas frío semihúmedo, se caracteriza por ser el GA con las temperaturas más bajas durante los
periodos de siembra, las cuales oscilan entre 8°C y 20°C, con precipitaciones entre 414 y 1593 mm
en el primer ciclo, y entre 324 y 813 mm para el segundo ciclo (Tabla 7 y Figura 16). Los suelos de
este ambiente se caracterizan por ser derivados de ceniza volcánica procedente de la cordillera central,
son suelos entre bien a imperfectamente drenados, moderadamente profundos y limitados por el nivel
freático fluctuante (Rodríguez et al. 2009). Son suelos que se caracterizan por tener una alta retención
de humedad, lo que no facilita un buen drenaje, químicamente son suelos catalogados como
medianamente ácidos (pH entre 3.8 y 6.8) y de bajo contenido de materia orgánica.
Templado húmedo (Tem_hum): Ocupa el 19.0% de área cultivada. Se encuentra ubicada en las
regiones Oriente, Occidente y Sur Occidente del departamento de Antioquia, se distingue por tener
un clima templado húmedo, es el grupo ambiental con la mayor tasa de precipitación acumulada
35
durante los periodos de siembra del cultivo (entre 719 y 2099 mm en el primer ciclo, y 609 y 1930
mm en el segundo ciclo), la temperatura máxima oscila entre 22 y 32°C, la cual varia regularmente
Figura 16. Diagrama de cajas de las variables agroclimáticas a nivel decadiario, durante las siembras del primer
semestre, en los diferentes grupos ambientales identificados para las regiones cultivadas con maíz tradicional.
Las líneas horizontales a través de las cajas representan la mediana, la altura representa el rango intercuartílico
(desde el percentil 25 hasta el percentil 75). Los bigotes, las líneas que se extienden desde las cajas, se extienden
hasta los valores mínimo (5.0 %) y máximo (95.0 %) de los datos.
36
Tabla 9. Efecto de factores agroclimáticos sobre el crecimiento y desarrollo del cultivo de maíz, en cada
grupo ambiental.
Maíz
tecnificado
Maíz
tradicional
Característica
climática Efectos sobre el cultivo de Maíz Fuente
Cálido semiárido
Cálido semihúmedo
Tem_Máx >30 °C Tem_Mín > 20 °C
La exposición prolongada a temperaturas superiores a 32 °C puede
reducir la germinación del polen a niveles cercanos a cero.
Herrero and
Johnson ( 1980)
Temperaturas por encima de 30 °C afecta la división celular y la replicación amiloplasto en granos de maíz, reduciendo en última
instancia el rendimiento del cultivo.
Schoper et al.
(1987)
Aumentos acelerados de temperatura, por encima de 30 °C, inhibe la tasa de fotosíntesis neta en la planta.
Otegui and Slafer (2000)
El rendimiento de grano de maíz se reduce en gran medida por las
temperaturas superiores a lo normal durante el período de llenado de grano.
Commuri and Jones (2001)
Altas temperaturas aumentan la presión sobre el cultivo por presencia de plagas y enfermedades.
Crafts-Brandner
and Salvucci
(2002)
Hatfield and
Prueger (2015)
Templado
húmedo
Frío
semihúmedo
Tem_Máx < 25 °C
Tem_Mín < 15 °C
Temperaturas máximas por debajo de 25°C retrasan la tasa de
crecimiento, perturba la actividad metabólica y lesiona los tejidos de la planta.
Miedema and
Groot (1987)
Temperaturas mínimas < 20 °C disminuyen la tasa de germinación
y emergencia.Greaves (1996)
Días consecutivos con bajas temperaturas durante la noche causan lesiones en la planta como clorosis y necrosis en los tejidos de hojas
jóvenes, necrosis en tejidos de hojas maduras y la muerte total de la
planta.
Maíz
tecnificado
Maíz
Tradicional
Característica
climática Efectos sobre el cultivo de Maíz Fuente
Templado
seco
Cálido
semihúmedo
Templado
húmedo
BHC > 90 mm decadías-1
Rad_Solar < 10
MJ m-2 día-1
Baja radiación durante las etapas R1 (emergencia del estigma) y R2 (blister) puede disminuir el rendimiento del cultivo, debido a la
producción de un menor número de granos.
Korczynski et al.
(2002)
Disminución en la oferta de radiación solar durante la etapa de llenado de grano, causa un bajo peso del grano, mala calidad de la
mazorca y la muerte prematura de la planta.
Liu and
Tollenaar (2009)
Templado
muy húmedo
Templado
pluvial
Cálido
húmedo
Precipitación > 100 mm
decadias-1
pH < 5.0
El exceso de humedad cuando ocurren lluvias abundantes en el
momento de la floración ocasiona el derrame del polen.
Sanchez and
Couto (1982)
Condiciones de altas precipitaciones y exceso de humedad en el
suelo dan lugar al cierre de los estomas, a un crecimiento limitado, a clorosis, a un menor crecimiento de las raíces y a la muerte de la planta.
Lafitte (2001)
Bajos niveles de pH, reflejan una saturación de aluminio en los
suelos, reduciendo el crecimiento de las raíces del cultivo y perjudicando su funcionamiento, además de reducir la disponibilidad
de elementos esenciales para su crecimiento y desarrollo.
---- Cálido
semiárido
Rad_Solar > 18
MJ m-2 día-1
BHC < 0 mm
Condiciones de sequía restringe la fotosíntesis tanto reducción en la conductancia estomática, como por limitaciones bioquímicas.
Westgate (1994)
Eventos de déficit hídrico durante el establecimiento del cultivo, causan reducción en la población de plantas.
Chen et al. (2012)
Sequías no letales durante el período vegetativo tienden a disminuir
el área foliar, la producción de biomasa y aceleran la senescencia de la
hoja.
Aslam et al.
(2013)
Sequías cercanas a la época de floración tienen un efecto
multiplicador sobre el rendimiento, aparentemente por la disminución en la formación de reservas para la planta. Además, el número de
granos por planta puede reducirse a causa de dificultades en la
polinización o porque los óvulos fertilizados detienen su crecimiento.
Sequías durante el llenado del grano, causan una disminución en la
velocidad y duración del llenado; esto ocurre a causa de una reducción
en la fotosíntesis y una aceleración de la senescencia foliar.
a lo largo del año dependiendo de la presencia de las temporadas secas y lluviosas características de
la región. Respecto a la radiación solar este ambiente presenta los más bajos niveles (entre 7 y 13 MJ
m-2día-1) en relación con los demás grupos ambientales (Tabla 7 y Figura 16). Los suelos presentan
un contenido de arcillas entre 13 y 44%, de limos entre 21 y 49%, y de arenas entre 17 y 55%, pH
ácido (entre 2.9 y 7.2), de baja compactación debido a la gran riqueza en materia orgánica del
horizonte superior, lo que le confiere una buena estabilidad de agregados y resistencia a la erosión
37
superficial (Hermelin, 1992). Además, estos suelos presentan capacidad de retención de humedad y
permeabilidad relativamente alta (Tabla 8).
En la Figura 17 se muestran los tipos de suelo que caracterizan los GA identificados en las regiones
dedicadas al cultivo de maíz tradicional en Colombia.
Figura 17. Frecuencia de ocurrencia de la textura del suelo en los grupos ambientales en maíz tradicional.
En las Figuras 12 y 15 se muestran las variables agroclimáticas que mejor caracterizan los diferentes
grupos ambientales identificados en las regiones dedicadas a los cultivos de maíz tecnificado y
tradicional en Colombia. Basado en literatura consultada, se elaboró la Tabla 9, la cual muestra el
efecto que tendrían dichas variables agroclimáticas sobre el crecimiento y desarrollo del cultivo de
maíz tanto en sistemas de producción tecnificados como tradicionales.
4. Discusión, conclusiones y trabajos futuros
Con el objetivo de proveer información agroclimática relevante y precisa que permita entender el
nivel de riesgo de los agricultores Colombianos, en el marco del proyecto AGROCLIMAS del
programa CCAFS Latinoamérica, se llevó a cabo la identificación y caracterización de grupos
ambientales para las zonas agrícolas con sistemas de producción de frijol, maíz tecnificado, y maíz
tradicional en Colombia. El esquema metodológico implementado se basó en la identificación de
ambientes edafoclimáticos contrastantes a partir de información climática histórica y variables
físico-químicas del suelo.
Los resultados obtenidos muestran que las áreas dedicadas al cultivo de frijol, están divididas en
cinco grupos ambientales; cálido húmedo, templado húmedo, frío seco, templado seco, y cálido muy
húmedo, con características agroclimáticas diferenciadas entre ellos. Los grupos cálido húmedo y
cálido muy húmedo presentaron las temperaturas máximas más altas durante los ciclos de siembra,
entre 25 y 34, y 28 y 31.6 °C, respectivamente. También presentaron las temperaturas mínimas más
altas en ambos ciclos (entre 15 y 24 °C), con suelos predominantemente franco arcillosos.
Por el contrario, en el grupo frío seco se encontraron las temperaturas más bajas, con temperaturas
máximas menores a 25 °C y temperaturas mínimas menores a 15 °C y en su gran mayoría suelos
francos. En el grupo ambiental cálido muy húmedo se presentó la mayor evapotranspiración
comparado con los demás grupos ambientales, de más de 40 mm a nivel de decadías. Ésta alta
38
demanda evaporativa sumada a temperaturas máximas por encima de 30°C y bajas precipitaciones
pueden favorecer las condiciones de sequía en el suelo.
El grupo templado seco presenta con mayor frecuencia suelos francos, radiación solar superior a 15
MJ M-2 día-1 y balance hídrico más negativo comparado con los demás grupos, lo que podría
conllevar a condiciones de sequía que se ven reflejadas directamente en la disminución de
producción (Asfaw & Blair. 2014; Beebe et al. 2010). El fríjol es especialmente susceptible a la
sequía durante el período de floración, con aborto significativo de flores y vainas cuando hay escasez
de agua (Graham and Ranalli, 1997). De igual forma, días largos tienden a causar retrasos en la
floración y la madurez (White, 1985).
Por otro lado, el grupo templado húmedo se caracterizó por tener suelos predominantemente franco
arcillosos, el balance hídrico más alto, con más de 60 mm decadias-1 y la menor radiación solar con
menos de 10 MJ m-2 día-1, éstas condiciones están asociadas a alta precipitación y humedad que
favorecen la presencia de enfermedades (Beebe et al., 2011; Worku et al. 2004; Wortmann et al.
1998).
Según White (1985), la planta de fríjol crece bien (ej. sin mayores limitaciones en el crecimiento o
retardo en el desarrollo) entre temperaturas promedio de 15 a 27°C. Schoonhoven y Voysest (1994)
afirman que las temperaturas óptimas están entre 20 y 23°C, no obstante, hay un rango de tolerancia
entre variedades diferentes. Algunas variedades se adaptan mejor a ciertas condiciones de
crecimiento; sin embargo, podrían sufrir daños por cambios ambientales (ej. periodos sostenidos de
sequía o encharcamiento) durante su ciclo (Schwartz et al., 1980). De acuerdo con lo reportado por
Arias et al., (2007), el fríjol requiere suelos profundos y fértiles, de texturas franco limosa, aunque
también tolera texturas franco arcillosas. Crece bien en suelos con pH entre 5.5 y 6.5, de topografía
plana y ondulada, y con buen drenaje interno (ej. andisoles, oxisoles).
La sequía, la presión de enfermedades y la baja fertilidad del suelo son algunos de los problemas
más limitantes en la producción de fríjol (Schoonhoven y Voysest 1994). El clima influye
directamente en los procesos fisiológicos, cada fase está orientada por diferentes condiciones
ambientales e influye de manera indirecta como detonador de estreses bióticos (Huda and Maiti,
1997). En Colombia, igual que en otras partes del mundo, el riego es usado para reducir el estrés
hídrico en unas pocas regiones, pero éste sistema implica altos costos (Kelly et al. 2003).
De acuerdo con las características de los diferentes grupos ambientales, podría plantearse que el
grupo templado húmedo, encontrado en las regiones occidente y sur occidente del departamento de
Antioquia y en el norte del departamento del Huila, tiene una oferta hídrica favorable para la
producción de fríjol, las menores tasas de evapotranspiración, suelos con mayor frecuencia franco
arcillosos y con contenidos de carbono orgánico entre 15 y 72 g kg-1 (ver Tabla 2 y Tabla 3). De
acuerdo con lo reportado pon Fenalce (2012) y MADR (2016), Antioquia y Huila fueron los
departamentos con la mayor producción en toneladas. Sin embargo, es necesario considerar las
diferencias y requerimientos de las variedades de fríjol, como también el gusto de los consumidores
por determinadas variedades, y los factores socioeconómicos.
Las áreas de producción de maíz tecnificado están divididas en 6 grupos ambientales: templado
húmedo, cálido semiárido, templado seco, cálido semihúmedo, templado muy húmedo y templado
pluvial. El grupo templado húmedo se caracterizó por presentar las menores temperaturas máximas
y mínimas, con rangos entre 18-29°C y 9-19°C, respectivamente. Por el contrario, el grupo cálido
39
semiárido presentó las mayores temperaturas máximas y mínimas, oscilando entre 32-34 °C y 8-
10°C, respectivamente.
En los grupos templado seco y cálido semihúmedo predominó un balance hídrico alto con valores
superiores a 90 mm decadía-1, y baja radiación solar, con valores que no superan los 10 MJ m-2 día-
1. Por su parte, las mayores tasas de precipitación (>100 mm decadías-1) fueron más frecuentes en
los grupos templado muy húmedo y templado pluvial, en los cuales es característico encontrar suelos
ácidos con valores de pH inferiores 5. En estos ambientes predominan suelos con texturas finas y
medias, dentro de las cuales se destacan las arcillosas, franco arcillosas y francas.
Para las áreas dedicadas al cultivo de maíz tradicional se encontraron 5 grupos ambientales: cálido
semiárido, cálido húmedo, cálido semihúmedo, frío semihúmedo, y templado húmedo. El grupo
ambiental frío semihúmedo presentó las temperaturas máximas y mínimas más bajas, variando entre
18-30°C y 8-20°C, respectivamente. En contraste con el ambiente anterior, el grupo cálido
semihúmedo se diferenció del resto de ambientes por presentar las mayores temperaturas máximas
y mínimas, variando entre 29-35 °C y 19-24°C.
De acuerdo con Miedema and Groot (1987) y Greaves (1996), las bajas temperaturas pueden afectar
la germinación y la emergencia en el cultivo de maíz, además de retrasar su tasa de crecimiento y
desarrollo. Las altas temperaturas, superiores a 32 °C, pueden afectar la germinación, la tasa de
fotosíntesis, el llenado de grano y producir disminución de los rendimientos, además se puede
incrementar la presión de plagas y enfermedades sobre el cultivo (Herrero and Johnson, 1980;
Schoper et al., 1987, Otegui and Slafer, 2000; Commuri and Jones, 2001; Crafts-Brandner and
Salvucci, 2002; Hatfield and Prueger, 2015).
El grupo templado húmedo tuvo el balance hídrico más alto (> 90 mm decadías-1) y la radiación
solar más baja (< 10 MJ m-2 día-1), de acuerdo con Korczynski et al., 2002, la baja radiación durante
las etapas R1 y R2 puede disminuir el rendimiento del cultivo, debido a la producción de un menor
número de granos.
Por su parte, el grupo cálido húmedo presentó la mayor precipitación con más de 100 mm decadías-
1 y valores de pH por debajo de 5. El exceso de humedad puede ocasionar limitaciones en la fase de
floración en maíz y limitar el crecimiento del cultivo, además los bajos niveles de pH pueden afectar
el crecimiento de raíces y la disponibilidad de nutrientes en el suelo (Sanchez and Couto, 1982;
Lafitte, 2001).
Finalmente, el grupo cálido semiárido en maíz tradicional se caracterizó por presentar radiaciones
solares altas, superiores a 18 MJ m-2 día-1, y el balance hídrico más bajo. Estas condiciones podrían
conllevar a estrés hídrico en el cultivo, como lo afirman Westgate (1994), Chen et al., (2012), y
Aslam et al. (2013), las condiciones de sequía interfieren con la fotosíntesis, causan una disminución
en la velocidad y duración de llenado de grano, esto afecta directamente los rendimientos. En general
para los ambientes de maíz tradicional predominan suelos con texturas arcillosas, franco-arcillosas
y francas.
Podría considerarse que para maíz tecnificado el grupo templado seco (que se ubican en la zona
plana del valle del río Cauca, entre las cordilleras central y occidental de los Andes colombianos, y
en el valle del Alto Magdalena), y el grupo cálido húmedo (que se ubica en las regiones de Alto Sinú
y el sur de San Jorge en el departamento de Córdoba) tienen una oferta hídrica que beneficia la
producción de maíz. Al igual que el grupo templado húmedo (que cubre gran parte del departamento
40
del Huila, Tolima extendiéndose hasta Valle del Cauca y los llanos Orientales) para maíz tradicional.
En estos grupos ambientales se presentan las menores radiaciones solares, por debajo de 10 MJ m-2
día-1 y suelos con texturas francas y franco arcillosas.
De acuerdo con lo reportado pon MADR (2016), Valle del Cauca, Meta y Tolima fueron los
departamentos con la mayor producción en toneladas de maíz tecnificado, alrededor de 6 ton ha-1.
Cesar y Magdalena fueron los departamentos con la mayor producción de maíz tradicional, con
cerca de 1.6 to ha- 1. No obstante, para identificar con certeza los mejores ambientes es necesario
considerar las diferencias y requerimientos de las variedades de maíz, como también los factores
socioeconómicos.
Los resultados logrados en este estudio son un punto de partida para el planteamiento y ejecución
de nuevas estrategias que conlleven a un sistema agrícola más adaptado a las condiciones
agroclimáticas propias de cada región, que permita aprovechar de manera eficiente las diversidades
en oferta ambiental para cada uno de los cultivos de interés. De igual forma, la información generada
permite priorizar estrategias de adaptación de los cultivos ante condiciones climáticas extremas que
se están presentando a causa de la constante variabilidad estacional del clima, o al cambio climático
progresivo en el que se encuentra la región.
Estudios futuros deben considerar la validación de los grupos ambientales, bien sea a través de
interacción con expertos o mediante el uso de modelos de cultivo o de datos de ensayos
experimentales. De igual forma, es necesario tener en cuenta los parámetros de crecimiento y
desarrollo de los cultivos al momento de realizar la identificación y caracterización de los ambientes,
además se debe cuantificar el efecto que fenómenos climáticos como “El Niño” y “La Niña” tienen
sobre las condiciones agroclimáticas de cada uno de los ambientes identificados, y la incidencia de
estos factores sobre los aspectos fisiológicos de los cultivos. De igual manera, futuros estudios
pueden hacer uso de las redes observacionales bien sea para validar o reemplazar los datos de clima
y suelos usados aquí (AgMerra y SoilGrids1km), cuya calidad a nivel local no es la ideal.
Finalmente, es de gran importancia considerar este tipo de estudios en las futuras estrategias que los
programas de mejoramiento de cultivos están implementando en el país. Una zonificación ambiental
permite identificar las características agroclimáticas de una región productora y esto podría ser muy
útil para aplicar de una manera localizada y eficiente las nuevas tecnologías.
41
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El Programa de Investigación de CGIAR en Cambio Climático, Agricultura y
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Tropical (CIAT), reúne algunos de los mejores investigadores del mundo en la
ciencia agrícola, investigación para el desarrollo, las ciencias del clima y de la
tierra, para identificar y abordar las interacciones más importantes, las sinergias y
disyuntivas entre el cambio climático, la agricultura y la seguridad alimentaria.
Para más información, visite www.ccafs.cgiar.org.
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investigación en curso y prácticas en cambio climático, agricultura y seguridad
alimentaria, así como estimular la retroalimentación de la comunidad científica.
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