Introducción

En Cuba la dieta básica para la alimentación de los rumiantes se fundamenta en el empleo de pastos y forrajes debido a las múltiples ventajas que presentan, entre otras se pueden cultivar todo el año, con buenas prácticas de manejo producen altos rendimientos y buena calidad, se adaptan a diferentes condiciones de clima y suelo, son fuente de alimento económicamente viable y amigables con el medio ambiente, protegen al suelo de la erosión, favorecen la capacidad del rumiante de utilizar alimentos fibrosos, no compiten como alimento para otras especies (incluido el hombre) y permiten el ahorro sustancial de fuentes alimenticias de importación. Sin embargo, su producción y calidad está determinada por variados factores: especies y variedades, suelo, clima, edad de rebrote, fertilización, riego, altura de corte, frecuencia de corte e intensidad de pastoreo, entre otros factores (Herrera y Ramos, 2015).

El clima desempeña un papel fundamental en el desarrollo de la sociedad y son conocidos los cambios que se están presentando por influencia del hombre (Fonseca-Rivero et al., 2018). Múltiples son las acciones nacionales e internacionales que se hacen para evitar los cambios bruscos que se avecinan y varios países adoptan medidas para enfrentar y adaptarse al cambio climático (Álvarez y Febles, 2015).

Al considerar lo antes expuesto, el objetivo de este trabajo consistió en analizar la información disponible en Cuba sobre la relación entre el rendimiento y calidad de los pastos y forrajes, y algunos elementos del clima.

El clima

El clima comenzó a mostrar variaciones gracias a la Revolución Industrial del siglo XIX, pero tuvieron que transcurrir más de 100 años para que se estudiaran las causas de esta variabilidad, proponer las medidas para contrarrestar sus efectos y establecer los procesos para disminuir los efectos negativos (Álvarez Brito, 2013).

Las estimaciones sobre el carbono emitido a la atmósfera fueron de 3.3 Gt en el año 2000 y ascendieron a 12 Gt en 2007; por otro lado, las producciones agropecuarias emitieron a la atmósfera 1.6 Gt de carbono en el año 2000 y se incrementaron hasta 8 Gt en 2007, y se le atribuye a la ganadería la mayoría de estas emisiones debido a los procesos digestivos y al inadecuado manejo de las excretas (IPCC, 2001; 2007); sin embargo, esta situación lejos de mejorar empeora (Akbar-Ibrahim, 2018; Resende, 2018).

Las emisiones de gases de efecto invernadero de origen antrópico es una de las causas que motiva el cambio climático (Álvarez Brito, 2013), y uno de los objetivos sería disminuir tales emanaciones provenientes de las industrias, del manejo de los residuos y subproductos agroindustriales, de la agricultura y de la producción animal.

La ganadería contribuye con 14.5 % de las emisiones de origen antrópico, siendo las principales causas de emisión: producción y procesamiento de alimentos de origen animal (45 %); emisiones de metano provenientes de la digestión (39 %); descomposición de las excretas (10 %) y el resto está relacionado con el procesamiento y transportación de los productos (Gerber et al., 2013).

Para mitigar las causas de emisión antes señaladas se realizaron propuestas como: desarrollo de biodigestores, modificación de las dietas de los animales, mejoras en la preparación del alimento animal, manejo y salud del rebaño y mejoramiento genético de los animales, entre otras (Galindo et al., 2016; Murgueitio et al., 2019; Palma et al., 2019). No obstante, sin el cambio de mentalidad del hombre, disponer de profundos conocimientos científicos sobre las consecuencias del cambio climático y las medidas de mitigación, así como la creación de capacidades comunicativas, será poco probable alcanzar resultados satisfactorios.

El clima de Cuba es tropical, estacionalmente húmedo con dos periodos claramente definidos, el lluvioso que se extiende de mayo a octubre y el poco lluvioso comprendido entre noviembre y abril; la temperatura media de 25 y 22 °C, respectivamente y la precipitación anual ascienden a 1,375 mm y solo acurre 23 % de ella en el periodo poco lluvioso (Caner, 2004). No obstante, se evidencia aumento de las temperaturas máximas, mínimas y media, incremento del número de días con elevadas temperaturas, disminución del número e intensidad de los frentes fríos y variabilidad de los elementos climáticos entre las regiones occidental, central y oriental de Cuba. Además, es de esperar aumento de temperatura en 4 °C y disminución de las precipitaciones en 20 % para el futuro (Álvarez-Morales et al., 2005; Planos et al., 2013; Delgado et al., 2015; Durán-Llacer, 2016; Fonseca-Rivero et al., 2018; García et al., 2020; Hernández et al., 2020). Por otro lado, Álvarez y Febles (2015) informaron que, con relación a la línea base 1961-1990 comparada con los años 2000, se observó un aumento de la temperatura superficial del aire en 0.9 °C, incremento de 1.9 °C de la temperatura mínima, mayor frecuencia de prolongadas y severas sequías y reducción de 10 % de las precipitaciones.

El clima y los pastos

En la segunda mitad del siglo XX aparecieron las primeras publicaciones (Deinum, 1966; Deinum et al., 1968; Deinum y Dirven, 1972; 1976) que estudiaban, en condiciones de invernadero, la influencia de algunos elementos del clima (temperatura y luz, entre otros) en la fisiología, composición química y digestibilidad de las variedades pratenses; mientras que en Cuba, también en dicho periodo, las investigaciones sobre los pastos y forrajes comenzaron a desarrollarse a gran escala y en condiciones de campo. Estas incluyeron desde la evaluación de introducciones, obtención de variedades por diferentes vías, las especies nativas, manejo y su empleo en sistemas de producción de leche y carne (Medina et al., 1968; Pérez Infante, 1970).

Los autores de artículos nacionales publicados atribuyeron a la edad de rebrote, frecuencia y altura de corte, fertilización, estación climática, manejo y riego, entre otros aspectos, las diferencias informadas en las respuestas de especies y variedades de pastos y forrajes. Sin embargo, la información es limitada sobre el efecto que puede causar determinado elemento del clima (intensidad y distribución de las lluvias; temperaturas máxima, mínima y media; humedad relativa y radiación solar, entre otros) en el rendimiento y calidad del pasto. Lo anterior pudiera estar determinado por el hecho de que la mayoría de las investigaciones se realizaron en experimentos de campo, donde los integrantes del clima influyende forma interrelacionada y es práctica frecuente informar los resultados en cada estación climática (Ramos et al., 1976; Barrientos et al., 1985; Pérez Infante, 2013; Díaz et al., 2015).

Esta variabilidad climática unida a indisciplinas tecnológicas influye, en su manejo, en la producción y calidad de los pastos. Según ONEI (2015) los pastos introducidos ocupaban 114.0 mil hectáreas en 2013 y disminuyó a 108.9 mil hectáreas en 2014, pero los pastos nativos tuvieron poca variación. La variabilidad climática e indisciplinas tecnológicas determinaron la pérdida de biodiversidad en los sistemas pastoriles, así como el paulatino deterioro de las propiedades físicas y químicas de los suelos y su productividad, y por lo tanto de la disminución de la producción animal.

Los primeros resultados publicados en Cuba (Herrera y Menchaca, 1982) correlacionaron los elementos climáticos (temperatura y lluvia) con el contenido de proteína de la bermuda cruzada (Cynodon dactylon vc. Coast Cross 1) y obtuvieron altos R² (mayores de 0.80); con posterioridad Crespo y Herrera (1982) extendieron esta investigación hacia el rendimiento y calidad de varios pastos. En estos estudios utilizaron el valor promedio mensual de las temperaturas y lluvias, y los resultados mostraron alta variabilidad de los coeficientes de correlación entre el rendimiento y la calidad, y los elementos del clima. Los R² variaron entre 0.40 y 0.75, lo que puso de manifiesto la complejidad del tema, la respuesta específica de cada pasto y la imperiosa necesidad de emplear los datos climáticos durante la etapa de crecimiento del pasto y no el promedio mensual.

Al tener en cuenta lo anterior, se incluyeron otros indicadores elementos del clima que habitualmente no se consideran en los registros meteorológicos y que estuvieran relacionados con la fisiología de los pastos y forrajes. Por la literatura se conocía el rango de temperatura óptimo para su crecimiento y desarrollo, así como el valor de la temperatura a partir de la cual se los deprime. Al tener en cuenta estos fundamentos se incluyeron otros indicadores, como número de días con temperatura mínima <15 °C, número de días con temperatura máxima >27 °C o >25 °C, número de días con temperatura media <30° C, número de días con lluvias y lluvia total. Toda esta información corresponde al periodo entre cortes o pastoreo (edad de rebrote).

Herrera (1985) correlacionó el rendimiento de seis pastos [(Cynodon nlemfuensis vc. panameño y jamaicano, Panicummaximum vc. Likoni y Común, (en la actualidad Megathyrsus maximus) y Pennisetum purpureum vc. King grass y Napier(en la actualidad Cenchrus purpureus)] con las temperaturas máxima, mínima y media; número de días con temperatura máxima y mínima menor de 27 y 15 °C, respectivamente; radiación solar, número de días con radiación solar menor de 360 cal/cm²/día; lluvia y número de días con lluvia (cuadros 1, 2 y 3). Los resultados indicaron correlaciones positivas para las temperaturas máximas y media, lluvia y días con lluvias, mientras que fueron negativas con la temperatura mínima, el número de días con temperatura máxima menor de 27 °C, número de días con temperatura mínima menor de 15 °C y radiación solar menor de 360 cal/cm²/día.

Hubo variabilidad en el valor del coeficiente entre los géneros, las especies y las variedades, pero estas diferencias disminuyeron entre las variedades de un mismo género, lo que indica la individualidad de la respuesta fisiológica de cada pasto ante los elementos climáticos y la complejidad de esta relación.

Quedó evidenciado el papel que desempeñan las temperaturas en el desarrollo de los pastos y en especial el efecto negativo de las bajas temperaturas (mínima) al disminuir la producción de biomasa (t MS/ha), siendo las más afectadas las variedades de Pennisetum expresado por su mayor coeficiente de correlación negativo y ratificado en el efecto negativo obtenido en el número de días con temperatura mínima menor de 15 ºC, lo que se corresponde con la menor síntesis de energía y metabolitos destinados a la producción de biomasa (Herrera, 1981).

De las variedades estudiadas, la de mayor respuesta a la lluvia y su distribución fue P. maximun vc. Likoni; sin embargo, C. nlemfuensis vc. Jamaicano y P. purpureum vc. King grass no mostraron correlación y esto pudiera ser indicador de cierta tolerancia al déficit de humedad y que tendría que ser estudiado con posterioridad, pues Herrera (1985) señaló que estas variedades respondieron a la aplicación de riego durante el periodo poco lluvioso.

Por otro lado, la radiación solar es fundamental para la síntesis de metabolitos necesarios para el crecimiento de los pastos, lo que quedó demostrado en el hecho de que durante el periodo poco lluvioso (caracterizado por bajas temperaturas, disminución de las precipitaciones y menor duración e intensidad de la luz) se obtuvieron las mayores correlaciones positivas o negativas con la radiación y el número de días con radiación solar <360 cal/cm²/día, respectivamente. Lo anterior está estrechamente relacionado con lo argumentado por Lauzán et al. (1990; 1991) quienes encontraron variaciones en el contenido de clorofila a, clorofila b y carotenoides de P. pururureum vc. King grass entre el periodo poco lluvioso y el lluvioso, y señalaron que existían diferencias en la eficiencia de transformación de la energía luminosa en energía y biomasa, con la correspondiente variación en la síntesis de metabolitos necesarios para el desarrollo de esta variedad.

Ramírez et al. (2011a; 2012), realizaron investigaciones en la región oriental de Cuba (Granma) para correlacionar el rendimiento y la composición química de Pennisetum purpureum vc. Cuba CT-169 con las temperaturas, lluvia, humedad relativa y radiación solar, y encontraron diferencias en los valores de los coeficientes de correlación en ambas estaciones, pero los mayores valores se obtuvieron, en general, para el periodo poco lluvioso (cuadro 4).

Cuba es una isla larga y estrecha, rodeada por el mar, lo que influye en la variabilidad y comportamiento de los elementos del clima de las diferentes regiones que conforman el país. El occidente del país se caracteriza por menores temperaturas y mayores precipitaciones que la región oriental (Álvarez-Morales et al., 2005; Fonseca-Rivero et al., 2018). Además, los suelos más fértiles se localizan en la región occidental (Ramírez, 2010).

Al tener en cuenta estos antecedentes, llamó la atención el hecho de que las temperaturas, excepto la temperatura máxima en el periodo lluvioso, tuvieran marcada influencia en el rendimiento de esta variedad y en especial en la inversión del signo del coeficiente para la temperatura mínima en el periodo poco lluvioso. Además, en dicho periodo hubo respuesta a la radiación solar y la humedad relativa, lo cual pudiera indicar cierta tolerancia al calor al disminuir la transpiración debido a que esta variedad fue obtenida por cultivo de tejidos in vitro, a partir del meristemo apical del King grass. No obstante, esta hipótesis necesita investigaciones futuras.

Por otro lado, es importante destacar el significado de los coeficientes de correlación obtenidos en el periodo poco lluvioso para la PB y FND, lo que señala deterioro de la calidad al disminuir el valor proteico y aumentar el contenido fibroso, lo que implica realizar nuevas investigaciones que contribuyan al manejo de esta variedad en ambientes con elevadas temperaturas, pocas precipitaciones y suelo de baja fertilidad.

La composición química y los metabolitos secundarios de especies arbóreas y arbustos de importancia para la ganadería, ocupan un lugar en las investigaciones. En Leucaena leucocephala, la concentración de nueve metabolitos secundarios mostró correlación con la temperatura máxima y cantidad de lluvia recibida, mientras que en Tithonia diversifolia solamente en tres de los nueve metabolitos secundarios medidos registraron correlación: taninos totales y taninos condensados ligados a la fibra con la temperatura máxima y esteroides con la lluvia (cuadro 5). Esto permite señalar la complejidad del tema y que la asociación entre elementos del clima y composición de follaje en arbustivas tropicales puede ser variable de una especie a otra; además, se necesita profundizar tanto en la influencia de los elementos del clima en estos metabolitos, del manejo de estas especies, así como en la repercusión de estos metabolitos en la nutrición del rumiante.

El análisis de componente principal permite establecer la influencia de un conjunto de variables interrelacionadas de diferentes magnitudes, sobre un indicador determinado, siempre y cuando se cumplan los supuestos teóricos necesarios para este tipo de análisis (Hair et al., 1999).

Al aplicar el análisis de componente principal para establecer la influencia de los elementos del clima en el rendimiento de Pennisetum purpureum, se obtuvieron tres componentes principales que explican 83.74 % de la variabilidad del rendimiento a través de las temperaturas mínima y media, la lluvia total y el número de días con lluvia, el número de días con temperatura mínima <15 ºC y el número de días con temperatura media <30 ºC (cuadro 6).

En la componente principal 1 (CP-1), que es la que explica la mayor variabilidad del rendimiento (51.22 %), aparecen en orden de mérito el número de días con lluvia, la temperatura media y el número de días con temperatura mínima <15 ºC con contribución negativa. Estos elementos reafirman lo encontrado con anterioridad (análisis de correlación) sobre el efecto beneficioso y perjudicial de las lluvias y la distribución de la temperatura mínima, respectivamente. Además, en la CP-3 aparece la temperatura mínima con alta contribución (0.887) al explicar 11.42 % de la variabilidad del rendimiento.

Resultados similares obtuvo Ramírez (2010) al aplicar similar método de análisis matemático en varias especies de pastos que se desarrollan en la región oriental de Cuba y, cuando hizo el estudio de la composición química de Pennisetum purpureum, su variabilidad se explica a través de las temperaturas máxima, mínima y media, humedad relativa y lluvias. Todo parece indicar que, en la región oriental de Cuba, la humedad relativa desempeña importante papel en mantener el equilibrio hídrico en la planta, pero serían necesarias nuevas investigaciones para esclarecer esta hipótesis.

Las expresiones o modelos matemáticos se emplean para explicar el crecimiento y desarrollo de los pastos y los primeros resultados en Cuba se informaron por Funes et al. (1980)y Herrera (1981), al relacionar el rendimiento y la edad de rebrote en variedades de pastos mediante regresión lineal y superficie de respuesta, respectivamente. Con posterioridad en estos modelos se incluyeron indicadores de la calidad, de gramíneas y leguminosas que contemplaron diferentes prácticas de manejo (Ramírez, 2010; Rodríguez et al., 2013; Verdecia, 2014; Herrera, 2015; Ramírez et al., 2016; Verdecia et al., 2017). Estos modelos variaron en su complejidad, precisión en el ajuste, parámetros, errores de estimación y coeficientes de determinación. Además, se establecieron para cada periodo estacional y variedad de pasto, asimismo se evidenciaron diferencias entre la región occidental y oriental del país, lo cual determinó que cada variedad de pasto tuviera una respuesta específica a los factores estudiados.

En diferentes especies y variedades forrajeras de pastos y plantas de interés para la ganadería, se informaron modelos matemáticos que relacionan el rendimiento y la composición química con diversos elementos del clima, cuyas características fundamentales son expresiones matemáticas que variaron desde las simples hasta sistemas de ecuaciones diferenciales, integran desde tres hasta seis parámetros, tienen relativa alta complejidad, presentan variables coeficientes de determinación (desde 0.58 hasta 0.99), diversos errores estándar, tanto de los parámetros como de estimación —específicas para cada variedad de pasto y región geográfica— y no se avalan en otros pastos ni en otras regiones (cuadro 7); sin embargo, indicaron la complejidad del tema y marcaron el inicio para futuras investigaciones que permitan obtener modelos sencillos, generales y de fácil aplicación.

Llama la atención que dentro de la diversidad de parámetros que conforman estos modelos, las temperaturas máximas y mínimas, así como las lluvias, están contempladas en la mayoría de ellos; indicativo de la importancia que desempeñan estos elementos del clima en la fisiología y producción de biomasa de los pastos y forrajes. Estos aspectos deben ser considerados a la hora de seleccionar variedades que se quieran introducir en los diferentes ecosistemas productivos.

Para continuar con esta línea de pensamiento, Andrade et al. (2015) realizaron una revisión sobre los artículos publicados relacionados con el desarrollo de modelos matemáticos para simular el crecimiento y acumulación de biomasa de los pastos tropicales de los géneros Brachiaria, Pennisetum, Panicum, Paspalum y Cynodon, entre otros. Describieron los resultados de los modelos empíricos y mecanísticos, los parámetros que lo integraban (temperatura base, temperatura mínima y unidades fototérmicas, entre otros), sus ventajas y desventajas, así como la capacidad para reflejar e interpretar los procesos biológicos de la acumulación de la biomasa de los pastos. Sin embargo, se pusieron de manifiesto algunas incongruencias antes señaladas: las diferentes temperaturas base para una misma variedad, la variable valor del coeficiente de determinación, los errores de estimación y la especificidad de cada modelo para pasto y región geográfica, entre otros aspectos.

Rivington y Koo (2010), al realizar una encuesta, formularon la pregunta ¿para qué se emplean los modelos? Las respuestas fueron en orden de mérito: impacto y adaptación al cambio climático (52 %), simulación y predicción de rendimientos o productividad, investigaciones para mejorar el manejo, toma de decisiones, investigaciones para mejoramiento genético, educación y entrenamiento y optimización de las operaciones. Lo anterior demostró la necesidad de profundizar las investigaciones relacionadas con la adaptación y mitigación al cambio climático y los aspectos relacionados con la predicción del comportamiento de los pastos frente al cambio climático. Sin embargo, el mejoramiento genético (animal y vegetal) no ocupó una posición preponderante y este puede desempeñar importante papel en el enfrentamiento al cambio climático.

Herrera (2018) demostró que el cambio climático es una realidad, ya que al comparar los datos de las décadas 1960-1970 versus 2000-2010, encontró que, en la segunda década mencionada, las temperaturas máxima, mínima y media y el número de días cálidos fueron mayores, el número de días con frío y las precipitaciones fueron menores y la distribución anual de la precipitación fue diferente con respecto de la primera década mencionada. Además, se contabilizaron los rendimientos y la altura de Pennisetum purpureum y se correlacionaron con los elementos climáticos. Los resultados demostraron que, en igualdad de condiciones de variedad de pasto, manejo y suelo, las plantas de la década del año 2000 tuvieron mayor altura y menores rendimientos que las plantas de la década de 1970, respuesta evidente de las consecuencias del cambio climático (cuadro 8).

La investigación anterior se fundamentó en la recopilación de datos de P. purpureum y de los elementos del clima en el periodo comprendido entre 1960 y 2010 (más de 40 años de investigaciones en el Instituto de Ciencia Animal). Este estudio demostró que al considerar los elementos del clima de forma individual y no mediante análisis multivariado, la altura de la planta disminuyó con los elementos climáticos, excepto con el número de días con lluvia. La respuesta es lógica, ya que este indicador mostró la mayor variabilidad, lo que motivó que su influencia fuera mayor que la del resto de los indicadores. Además, se conoce que cuando la variabilidad de las precipitaciones es alta, al igual que su distribución, se pueden producir periodos de estrés hídrico que repercuten en el crecimiento del pasto (Herrera, 2015).

Por otro lado, al tener la planta mayor altura, la configuración espacial de la macolla es diferente, caracterizada por menor número de tallos de reducido grosor y además el cultivo presenta menor número de hojas y, por lo tanto, menor rendimiento. Esta es una respuesta fisiológica de adaptación de las plantas a condiciones que no son las óptimas para su crecimiento (Starks et al., 2020).

Conclusiones

1. Mediante análisis de correlación (coeficiente de Pearson) y análisis de componente principal se establecieron las relaciones entre el rendimiento y composición química de variedades de pastos y forrajes, y algunos elementos del clima. Estas relaciones fueron específicas para cada pasto, época del año y región geográfica.

2. Los resultados evidenciaron mayores correlaciones entre la distribución (número de días) de las temperaturas y precipitaciones, y el rendimiento y composición química comparado con los valores promedios de dichos indicadores del clima.

3. Leucaena mostró las mayores correlaciones, comparado con la Tithonia de los metabólicos secundarios con los indicadores del clima.

4. Los modelos matemáticos entre el rendimiento y la composición química, y los elementos del clima de varios pastos fueron complejas, con variables coeficientes de determinación y errores estándar, y resultaron específicas para cada variedad, época del año y para determinada zona geográfica.

5. Se demostró la presencia del cambio climático, ya que después de cuarenta años las plantas de Pennisetum purpureum mostraron mayor altura y menor rendimiento.

6. Tener en cuenta estos resultados para la selección futura de especies y variedades de pastos y forrajes tolerantes a las altas temperaturas y déficit hídricos.

Recomendaciones

1. Reactivar los estudios de genética y fisiología en pastos, forrajes y otros cultivos de interés para la ganadería.

2. Obtener o introducir nuevas especies que respondan a las condiciones ambientales futuras, en especial aquellas que se caractericen por ser tolerantes a elevadas temperaturas y altos déficits hídricos, entre otras cualidades.

3. Identificar modelos matemáticos individuales o por especie que sean sencillos y permitan establecer el comportamiento de los pastos relacionados con los elementos del clima.

4. Establecer modelos matemáticos fáciles de comprender y aplicar que posibiliten la predicción del comportamiento de los pastos y forrajes en escenarios futuros.

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Notas de autor

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