Impacto de la sequía agrícola en la fenología y la producción del cereal bajo condiciones mediterráneas

Abstract

[ES] La agricultura es un sector fundamental en el mundo, destacando los cereales como el grupo de cultivos más relevante. En este contexto, los sistemas de secano adquieren especial importancia, ya que representan la mayor parte de las tierras cultivadas. Sin embargo, la alta vulnerabilidad climática de estos sistemas plantea desafíos importantes, especialmente en regiones como la mediterránea, reconocida como una de las zonas más sensibles al cambio climático global. La humedad del suelo (soil moisture, SM) es una variable crucial en esta región, ya que constituye el principal factor limitante que influye directamente en procesos hidrológicos, fenológicos y productivos. Además, es determinante en la caracterización de fenómenos extremos como las sequías agrícolas, cuya incidencia afecta de forma inmediata al rendimiento de los cultivos y compromete la seguridad alimentaria. Dentro de estos fenómenos, las sequías repentinas (flash droughts, FD) caracterizadas por su rápida intensificación, han generado un creciente interés en los últimos años, ya que representan una amenaza cada vez mayor para los cultivos. A pesar del reconocimiento generalizado de la influencia de la SM en la productividad agrícola y su importancia para la identificación de las sequías, su utilización como indicador en estudios de impacto sobre los cultivos es limitada. Su escasa utilización, junto con la falta de una aplicación específica en áreas vulnerables y en vegetación de interés agronómico, evidencia la necesidad de avanzar hacia investigaciones que aborden de manera integral los efectos del estrés hídrico en la agricultura. Partiendo de esta hipótesis, el objetivo de la presente tesis doctoral fue analizar el impacto de las sequías agrícolas sobre la fenología y la producción del cereal en regiones bajo condiciones mediterráneas. Para lograr este propósito, se plantearon tres objetivos específicos. En primer lugar, se destaca la necesidad de analizar el impacto de la sequía agrícola sobre el rendimiento de los cultivos. A pesar del marcado efecto negativo que los déficits de SM tienen sobre los cultivos, son escasos los estudios que utilizan la SM como variable para identificar este tipo de sequía, a pesar de ser el indicador que la define. En este contexto, el primer objetivo de esta tesis doctoral es analizar y comparar el impacto de la sequía agrícola sobre el rendimiento del trigo y la cebada en las principales regiones cerealistas de España y Alemania, caracterizadas por contrastadas condiciones climáticas, durante el periodo 2001-2020. Para ello, se utilizó la SM de la zona radicular, extraída de la base de datos del modelo LISFLOOD, y se emplearon sus anomalías como índice de sequía agrícola. Además, se identificó el mes en el que la SM ejercía una mayor influencia sobre las variables de estado del cultivo, como la productividad primaria bruta (gross primary productivity, GPP) y el índice de área foliar (leaf area index, LAI), obtenidas del sensor MODIS. Los años de sequía agrícola y su impacto en el rendimiento de los cereales se determinaron mediante tres enfoques basados en el mes crítico, considerando diferentes periodos de análisis. Para identificar dicho mes, se aplicaron dos metodologías diferentes según las condiciones ambientales de cada país. Las variables del cultivo mostraron una dependencia de la SM, especialmente durante los meses de primavera. Asimismo, se observó que las sequías agrícolas provocaron reducciones relevantes en el rendimiento de los cereales, presentando variaciones en su magnitud que reflejan el contraste entre las condiciones ambientales de cada país. Tanto en las regiones tradicionalmente afectadas por las sequías agrícolas, como en aquellas que hasta hace poco no lo estaban, este estudio proporciona información útil para la gestión del agua y la agricultura ante escenarios de cambio climático. En segundo lugar, se partió de la hipótesis de que la evolución temporal de las principales métricas fenológicas antes y después del comienzo del siglo XXI es incierta. Además, la SM raramente se incorpora en los análisis fenológicos basados en teledetección y la mayoría de los estudios se enfocan en la vegetación natural. Por ello, se definió como segundo objetivo de esta tesis doctoral el análisis de los patrones temporales de la fenología de los cereales de secano, extraídos del conjunto de datos GIMMS NDVI3g en las principales regiones cerealistas bajo clima mediterráneo de España, Portugal, Francia e Italia, durante el periodo 1982-2022. Se analizaron por separado las series temporales anteriores y posteriores al inicio del siglo XXI, extrayendo los parámetros fenológicos mediante el método del umbral dinámico modificado, y se estudiaron sus tendencias. Asimismo, se evaluaron las relaciones entre estos parámetros y la influencia de determinadas variables hidroclimáticas sobre el inicio o siembra (start of season, SOS) y el final o cosecha (end of season, EOS) del ciclo fenológico. Las tendencias fenológicas entre ambos periodos de estudio mostraron una inversión temporal coincidente con la pausa del calentamiento global, reflejándose asimismo en la dinámica de la influencia de las variables hidroclimáticas sobre SOS y EOS. Esta información resulta fundamental para la gestión y planificación de los cultivos de secano en escenarios de cambio climático. El último objetivo parte del creciente interés por las FD debido a su dinámica específica, su rápida generación, desarrollo y los daños significativos que ocasionan. No obstante, a pesar de la creciente evidencia de su amenaza para los cultivos, los estudios en ámbitos agrícolas siguen siendo limitados. En este contexto, se planteó como tercer y último objetivo de esta tesis doctoral el análisis de las FD en las principales regiones cerealistas de España, Portugal, Francia e Italia entre 2000 y 2023, evaluando sus efectos sobre la GPP, el rendimiento y la fenología de los cereales. Las FD se identificaron mediante la SM obtenida de la base de datos de reanálisis ERA5-Land. La respuesta de los cereales se analizó mediante dos índices basados en el tiempo de respuesta de la GPP, mientras que el impacto sobre la fenología del cereal se evaluó usando el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), utilizando datos de MODIS. Se observó que las FD afectaron significativamente a los cereales bajo condiciones mediterráneas, presentando mayor frecuencia e intensidad durante los meses críticos de desarrollo, y provocaron un estrés máximo en los cultivos en dichos periodos. Este análisis aporta información clave para entender la resiliencia de los cultivos frente a las FD y para desarrollar estrategias que mitiguen sus efectos en escenarios futuros de cambio climático.