estimaciÓn teÓrica de la huella hÍdrica del cultivo de
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ESTIMACIÓN TEÓRICA DE LA HUELLA HÍDRICA DEL CULTIVO DE PAPA EN VENTAQUEMADA, TOCA Y SAMACÁ.
LIGIA PATRICIA VARGAS LÓPEZ
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE POSGRADOS
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL 2019
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ESTIMACIÓN TEÓRICA DE LA HUELLA HÍDRICA DEL CULTIVO DE PAPA EN VENTAQUEMADA, TOCA Y SAMACÁ.
LIGIA PATRICIA VARGAS LÓPEZ
Proyecto de grado para optar por el título de Magíster en Ingeniería Ambiental
Directora GLORIA LUCÍA CAMARGO MILLÁN
Ingeniera Química Magíster en Ingeniería Civil Área Ambiental
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE POSGRADOS
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL 2019
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Tunja, 2019
Nota de Aceptación:
Aprobado por el Comité de Currículo en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia para optar por el título de Magíster en Ingeniería Ambiental.
Ing. GLORIA CAMARGO M.
Directora proyecto de grado
_______________________
Jurado
_______________________
Jurado
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“La autoridad científica de la Facultad de Ingeniería reside en ella misma, por lo
tanto no responde por las opiniones expresadas en este proyecto de grado”
Se autoriza su reproducción indicando su origen
5
DEDICATORIA
A Dios, quien ha sido mi fiel compañero en el camino…
A mis dos Moritas favoritos: Nico y Elkin por todo su amor, su comprensión y apoyo ….
A mis padres Teodolindo y Elvira, quienes, con una historia de amor de 60 años, han sido el mejor ejemplo de amor, paciencia, alegría y lucha…
A mis hermanos: Lucho, Rafa, Florecilla, Martucha, Olguis, Fredín y Dieguín… quienes siempre me motivaron para llegar a la meta a pesar de las dificultades...
A mi Norita… a pesar de su ausencia… su recuerdo y su ejemplo de vida van conmigo en cada paso que doy …
A mi amiga Paty Rodríguez por esta amistad eterna…
A mi Nata que me permitió contagiarla de este sueño …
A todos ellos dedico la culminación de esta etapa y el inicio de este sueño… porque éste… éste es tan solo el comienzo…
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AGRADECIMIENTOS
La autora expresa sus agradecimientos a:
Ingeniera Química Gloria Lucia Camargo Millán, MSc. en Ingeniería Civil. Área Ambiental, directora de este proyecto, por su asesoría y apoyo.
Ingeniero Civil Helver Parra Arias, MSc. en Ingeniería Civil, por su asesoría y
acompañamiento.
Ingeniero Agrónomo Germán Cely Reyes, MSc en Ciencias Agrarias; por su orientación.
Ingeniero civil Diego Suárez, por su asesoría en el área de Sistemas de Información
Geográfica.
Ingeniero Ricardo Riaño, Secretaría de Fomento Agropecuario de Boyacá.
Arturo Ascencio, meteorólogo del IDEAM seccional Duitama.
Ingeniera Agrónoma Dora Medina por su orientación.
Departamento Administrativo Nacional de Estadística DANE, sede Tunja
Federación de productores de papa FEDEPAPA.
Entidades prestadoras del servicio de asistencia técnica Agropecuaria de los
municipios de Toca, Samacá y Ventaquemada.
A los productores de papa Gustavo Buitrago y Jorge Rubio por sus aportes.
A los agricultores que a pesar de las adversidades continúan entregando su
esfuerzo y dedicación a un cultivo fundamental para la seguridad alimentaria.
A mis compañeros de viaje y cómplices en este sueño: Sandra Estupiñán, Diana
Caicedo, Hugo Díaz, Nelson Sierra y Yesid Soto. Gracias por la compañía, el ánimo,
la paciencia, las risas y los imborrables recuerdos que quedan del inicio y
culminación de esta etapa… cuentan con una amiga siempre…
A todas las personas que aportaron un granito de arena en la construcción de este
proyecto.
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16 1 OBJETIVOS .................................................................................................... 18
1.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 18 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 18
2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 19 2.1 SITUACIÓN DEL AGUA EN EL MUNDO....................................................... 19 2.2 RECURSOS HÍDRICOS EN COLOMBIA ..................................................... 19
2.2.1 Generalidades del recurso hídrico del país: ............................................. 20 2.2.1.1 Aguas Superficiales: ................................................................................ 20 2.2.1.2 Aguas Subterráneas: ............................................................................... 20 2.2.1.3 Humedales, ciénagas y embalses: .......................................................... 20
2.2.1.4 Glaciares: ................................................................................................. 20 2.2.1.5 Páramos: .................................................................................................. 21
2.2.2 Recursos hídricos en Boyacá. ................................................................. 21 2.3 EL AGUA EN LA AGRICULTURA ................................................................. 22 2.4 IMPORTANCIA DEL CULTIVO DE PAPA ..................................................... 24 2.4.1 Generalidades .......................................................................................... 24
2.4.2 Importancia del cultivo de papa en la seguridad alimentaria. ................... 26 2.5 CONTAMINACIÓN DEL AGUA POR NITROGENO¡Error! Marcador no definido.…………….……………..26
2.6 HUELLA HÍDRICA ......................................................................................... 28 2.6.1 Generalidades. ......................................................................................... 28
2.6.1.1 Huella Hídrica Azul:.................................................................................. 28 2.6.1.2 Huella Hídrica Verde: ............................................................................... 28 2.6.1.3 Huella Hídrica Gris. .................................................................................. 28
2.6.2 Variables empleadas en la estimación de huella hídrica ......................... 29 2.6.2.1 Información climática ............................................................................... 29 2.6.2.2 Información del cultivo ............................................................................. 31 2.6.2.3 Información de Suelo ............................................................................... 33 2.6.3 Huella Hídrica y Gestión Integral del Recurso Hídrico. ............................ 34 2.7 PROGRAMA CROPWAT 8.0 DE LA FAO. .................................................... 35
2.8 ESTADO DEL ARTE ...................................................................................... 36 2.8.1 Estudios de Huella Hídrica de Cultivos ..................................................... 36 2.8.2 Huella hídrica cultivo de papa. .................................................................. 39 2.8.3 Gestión del recurso hídrico. ...................................................................... 41 2.8.4 Contaminación por Nitrógeno. .................................................................. 42
3. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................. 44
3.1 FASE 1. ESTABLECIMIENTO DE OBJETIVOS Y ALCANCE ...................... 44 3.1.1 Encuesta. ................................................................................................. 44
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3.2 CONTABILIZACIÓN DE LA HUELLA HÍDRICA DEL CULTIVO DE PAPA (S. tuberosum), EN LOS MUNICIPIOS DE VENTAQUEMADA, TOCA Y SAMACÁ. .. 46 3.2.1 Bases de datos. ....................................................................................... 46
3.2.2. Modelamiento en Cropwat 8.0. ................................................................ 49 3.2.3 Cálculo de la Huella Hídrica Verde. ......................................................... 50 3.2.4 Cálculo de la Huella Hídrica Azul. ............................................................ 50 3.2.5 Cálculo de la Huella Hídrica Gris. ............................................................ 51 3.2.6 Sistematización y tratamiento de la información ...................................... 52
3.2.6.1 Corrección y llenado de datos. ................................................................. 52
3.2.6.2 Interpolación. ........................................................................................... 52 3.3 Análisis de sostenibilidad ............................................................................... 52
3.4 Formulación de estrategias. ........................................................................... 52
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................... 53 4.1. FASE 1: OBJETIVOS Y ALCANCE………………………………………..…….53 4.1.1 Delimitación de la zona de estudio. ......................................................... 53
4.1.2 Generalidades del cultivo. ........................................................................ 54 4.1.2.1 Establecimiento del cultivo. ...................................................................... 54
4.1.2.2 Desarrollo del cultivo. ............................................................................... 55
4.1.2.3 Control fitosanitario. ................................................................................. 56
4.1.2.4 Cosecha. .................................................................................................. 56 4.1.2.5 Empleo de agua en el cultivo. .................................................................. 57
4.1.2.6 Costos de producción. ............................................................................. 60 4.2 FASE 2: CÁLCULO DE LA HUELLA HÍDRICA DEL CULTIVO DE PAPA .... 61 4.2.1 Manejo información climática……………………………………………………61
4.2.2 Modelamiento en Cropwat 8.0 ..................................................................... 62 4.2.3 Huella hídrica verde. .................................................................................... 68
4.2.4 Huella hídrica azul. ...................................................................................... 68 4.2.5 Huella hídrica gris. ....................................................................................... 69 4.2.6 Huella Hídrica General ................................................................................. 69
4.2.7 Huella Hídrica Verde módulo programación de riego No Regar. ................. 70 4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS Y SOSTENIBILIDAD ...................................... 70 4.3.1 Comportamiento variables climáticas.......................................................... 70 4.3.1.1 Precipitación ............................................................................................ 70 4.3.1.2 Temperatura ............................................................................................ 74 4.3.1.3 Humedad Relativa ................................................................................... 78 4.3.2 Huella Hídrica ............................................................................................. 78 4.3.2.1 Huella hídrica verde ................................................................................. 78
4.3.2.2 Huella hídrica azul ................................................................................... 79 4.3.2.3 Huella gris ................................................................................................ 81
4.3.2.4 Huella hídrica general .............................................................................. 83 4.3.2.5 Huella Hídrica Verde módulo programación de riego No Regar .............. 84 4.3.2.6 Evapotranspiración del Cultivo ................................................................. 87 4.3.3 Análisis de Sostenibilidad ........................................................................... 88
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4.4 FORMULACIÓN DE ALTERNATIVAS ........................................................... 93 5. CONCLUSIONES ............................................................................................. 95 6. RECOMENDACIONES ..................................................................................... 98 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 99 ANEXOS .............................................................................................................. 110
10
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Producción mundial de papa 2016 - 2017 ............................................... 24 Tabla 2. Producción por departamentos para el año 2017 .................................... 25 Tabla 3. Tamaño muestral ..................................................................................... 45
Tabla 4. Variables requeridas para el modelo CROPWAT 8.0 de la FAO. ............ 47
Tabla 5. Otras variables empleadas en la estimación de la Huella Hídrica ........... 48 Tabla 6. Estaciones empleadas de la Red de Monitoreo del IDEAM. ................... 48
Tabla 7. Módulos de CROPWAT 8.0 ..................................................................... 49 Tabla 8. Variedades de papa predominantes en la zona de estudio. .................... 54 Tabla 9. Producción en la zona de estudio Semestre A periodo 2011-2015 ......... 57 Tabla 10. Valores Huella Hídrica Verde zona de estudio .......... …………………..68 Tabla 11. Valores Huella Hídrica Azul zona de estudio ......................................... 68 Tabla 12. Valores Huella Hídrica Gris zona de estudio ......................................... 69
Tabla 13. Huella Hídrica 2011-2015 Zona de estudio. ......................................... 70 Tabla 14. Huella Hídrica Verde Cropwat opción No regar periodo 2011-2015 ...... 71 Tabla 15. Precipitación anual 2011-2015 Zona de estudio .................................... 74 Tabla 16. Reducción de Rendimiento del cultivo periodo 2011-2015 .................... 85 Tabla 17. Rangos y categorías del índice del uso del agua (IUA) ......................... 89 Tabla 18: Caudales Medios Mensuales ríos Chorrera y Teatinos Periodo
2011-2015, zona de estudio ………………………………………………… ……….…… 91
Tabla 19: Índice de Uso de Agua Periodo 2011-2015, zona de estudio…………. 92
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LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Uso de fertilizantes (Kg‧Ha-1). .............................................................. 27
Figura 2. Distribución de la evapotranspiración en evaporación y transpiración en un cultivo anual. ..................................................................................................... 30 Figura 3. Balance de agua en el suelo de la zona radicular .................................. 31
Figura 4. Fases de la metodología de la WFN para estimación de la Huella Hídrica ............................................................................................................................... 44
Figura 5. Recopilación de información primaria a través de encuestas en la zona de estudio. .................................................................................................................. 46 Figura 6. Zona de estudio ..................................................................................... 53 Figura 7. Rejadeada y deshierba del cultivo de papa en Samacá ........................ 55
Figura 8. Preparación mezclas de producto para aplicaciones ............................. 58 Figura 9. Río Chorrera municipio de Toca ............................................................ 58
Figura 10. Uso de Reservorio Vereda Guantoque, Samacá ................................. 59 Figura 11. Distribución costos de producción cultivo de papa en Boyacá. ............ 60 Figura 12. Estacioners empleadas en el área de estudio ………………………….61 Figura 13. Módulo ETo Penman Monteith . ........................................................... 62
Figura 14. Módulo Precipitación Mensual. ............................................................ 63 Figura 15. Módulo Cultivo. .................................................................................... 63 Figura 16. Módulo Suelo. ...................................................................................... 64 Figura 17. Módulo Requerimiento de Riego del cultivo. ........................................ 65 Figura 18. Módulo Programación de Riego. .......................................................... 66 Figura 19. Huella Hídrica verde opción No Regar Cropwat 8.0………………….. 67 Figura 20. Precipitación mensual periodo de estudio 2011-2015 Vs promedio histórico 1992-2015 Estación La Copa municipio de Toca. ................................... 71
Figura 21. Precipitación mensual periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1986-2015 Estación Villa del Carmen municipio de Samacá………………………………72
Figura 22. Precipitación mensual periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1986-2015 Estación Nuevo Colón área municipio de Ventaquemada……………………73 Figura 23. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1992-2015. Estación La Copa municipio de Toca. .......... 75
Figura 24. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1992-2015. Estación La Copa municipio de Toca. .......... 75 Figura 25. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1986-2015. Estación Villa del Carmen municipio de Samacá. ................................................................................................................. 76
Figura 26. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1986-2015. Estación Villa del Carmen municipio de Samacá. ................................................................................................................. 76 Figura 27. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 vs histórico 1986-2015. Estación Nuevo Colón próxima al municipio de Ventaquemada. ...................................................................................................... 77
12
Figura 28. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 vs histórico 1986-2015. Estación Nuevo Colón . ................................ 77 Figura 29. Resultados Huella Hídrica Verde zona de estudio 2011-2015 ............. 78
Figura 30. Resultados Huella Hídrica Azul zona de estudio 2011-2015 ............... 79 Figura 31. Resultados Huella Hídrica Gris zona de estudio 2011-2015 ................ 81 Figura 32. Huella Hídrica y Rendimientos zona de estudio periodo 2011-2015 .... 84 Figura 33. Reducción de rendimiento del cultivo sin suministro de riego ............. 85 Figura 34. Huellas Hídricas verdes con riego Vs: sin riego 2011-2015 ................. 86 Figura 35. Resultados Evapotranspiración del cultivo, Precipitación efectiva y Requerimiento de Riego, zona de estudio periodo 2011-2015 a partir ................. 87 Figura 36. Socialización de resultados con productores de la zona de estudio .... 92
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LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Formato Encuesta. Medio digital Anexo B. Información climática. Medio digital Anexo C. Modelamiento en Cropwat 8.0. Medio Digital Anexo D. Cálculos Huellas Hídricas verde y azul zona de estudio. Archivo
Excel en Medio digital Anexo E. Cálculo Huella Hídrica Gris. Medio digital Anexo F. Plegable socialización. Medio digital
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RESUMEN
El Sector Agrícola es el mayor consumidor de agua dulce en el mundo, seguido por el doméstico y el industrial. La agricultura ocasiona una alta presión sobre el recurso hídrico debido a las inadecuadas prácticas de producción, el vertimiento de residuos y la escasa sensibilización hacia la conservación y preservación de este importante recurso.
La producción de papa en Colombia, es una de las actividades agrícolas más importantes y Boyacá se encuentra entre los departamentos del país con más altas producciones del tubérculo. Este cultivo emplea un gran número de familias, generando un alto número de jornales; sin embargo, el sistema de producción tradicional del cultivo conlleva a prácticas agrícolas poco amigables con el entorno y al uso indiscriminado de plaguicidas, fungicidas y fertilizantes, los cuales impactan los ríos y el agua subterránea a través de la escorrentía y la lixiviación. A través del indicador de Huella Hídrica de Hoekstra y Chapain (2011), como herramienta de Gestión ambiental y el uso de Cropwat 8.0 de la FAO, se identificó el uso y manejo del agua en la fase agrícola del cultivo de papa (S. tuberosum).
En los municipios que conforman la zona de estudio: Toca, Samacá y Ventaquemada, se encontró un bajo acceso de los productores de papa a sistemas de riego lo que repercute en que el único suministro de agua a partir del cual se proveen los requerimientos hídricos a la planta, es a través de las precipitaciones. A esto se suma que los fenómenos de variabilidad climática ocurridos en el periodo de estudio 2011-2015, cambiaron los patrones normales del clima y siendo la papa un cultivo sensible al déficit y/o exceso hídrico, se vieron afectados aspectos de la producción como el rendimiento, variable que influye notoriamente en el cálculo de los valores de Huella Hídrica estimados. Los valores máximos y mínimos de Huella hídrica encontrados en la zona se presentaron en los años 2011 y 2015 respectivamente.
Palabras clave: cultivo de papa, requerimiento hídrico del cultivo, huella hídrica, recurso hídrico, Toca, Samacá, Ventaquemada.
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ABSTRACT
The Agricultural Sector is the largest consumer of fresh water in the world, followed
by domestic and industrial. Agriculture causes a high pressure on the water resource
due to inadequate production practices, the dumping of waste and the scarce
awareness of the conservation and preservation of this important resource.
Potato production in Colombia is one of the most important agricultural activities and
Boyacá is among the departments of the country with the highest tuber production.
This crop employs a large number of families, generating a high number of wages;
however, the traditional production system of the crop leads to unfriendly agricultural
practices with the environment and the indiscriminate use of pesticides, fungicides
and fertilizers, which impact the rivers and groundwater through runoff and leaching.
Through the Water Footprint indicator of Hoekstra and Chapain (2011), as an
environmental management tool and the use of FAO's Cropwat 8.0, the use and
management of water in the agricultural phase of potato cultivation was identified (S.
tuberosum).
In the municipalities that make up the study area: Toca, Samacá and
Ventaquemada, a low access of the potato producers to irrigation systems was
found, which results in the only water supply from which water requirements are
provided to The plant is through rainfall. To this is added that the phenomena of
climatic variability that occurred in the study period 2011-2015, changed the normal
weather patterns and being the potato a crop sensitive to deficit and / or water
excess, aspects of production such as performance, a variable that has a significant
influence on the calculation of the estimated Water Footprint values. The maximum
and minimum values of the water footprint found in the area were presented in 2011
and 2015 respectively.
Keywords: potato crop, crop water requirement, water footprint, water resource, Toca, Samaca, Ventaquemada.
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad, ha empezado a cobrar importancia la adopción de acciones
orientadas a lograr un desarrollo sostenible, optimizando los procesos productivos
que garanticen una seguridad alimentaria con prácticas de conservación y
recuperación del entorno y que disminuyan la presión sobre el recurso hídrico. El
crecimiento de la población, el aumento en la demanda de alimentos, la
contaminación ambiental y la producción agrícola, entre otros, han venido afectando
el volumen de agua dulce disponible.
Según la FAO (2012), la agricultura es el sector que más consume agua dulce (cerca
del 70%), ejerciendo una fuerte presión sobre las fuentes hídricas. La afectación del
recurso hídrico se recrudece con las prácticas agrícolas tradicionales de cultivo y el
uso de fertilizantes cuyos residuos repercuten en la eutrofización y contaminación
del agua dulce.
En Colombia, el cultivo de papa es una de las actividades agrícolas más
importantes; las labores de cultivo generan alrededor de 80.000 empleos directos y
más de 230.000 indirectos incluyendo la comercialización. Los departamentos más
productores son: Cundinamarca, Boyacá y Nariño donde el cultivo se ha convertido
en un importante eslabón de la economía regional. Este cultivo es el que posee la
más alta demanda por fungicidas e insecticidas y el segundo por uso de fertilizantes
químicos, además su producción se desarrolla a través de tecnologías tradicionales
que ocasionan una serie de impactos sobre el recurso hídrico.
El departamento de Boyacá es uno de los mayores productores de papa en el país.
Para el año 2.017 alcanzó una producción de 713.592 ton. cosechadas (Riascos,
2017b). Entre sus municipios más productores se encuentran Ventaquemada, Toca
y Samacá, poblaciones objeto del presente estudio y que poseen una tradición
agrícola respecto a la producción del tubérculo.
Las producciones de papa correspondientes al año 2015 en la zona de estudio son:
Ventaquemada con 40.500 ton., Toca con 14.426 ton. y Samacá con 16.253 ton.
Adicionalmente estos municipios cuentan en su jurisdicción con recursos hídricos
de importancia ambiental, siendo fundamental determinar el uso y manejo de este
importante recurso en las labores propias de la producción del tubérculo.
Se aplicó la metodología de evaluación de la Huella Hídrica de Hoekstra y Chapain
(2011) establecida en el Manual de la Red Internacional de Huella Hídrica Water
Footprint Network (WFN), como indicador de gestión ambiental que permitió
identificar el uso del recurso hídrico en la fase agrícola del cultivo de papa (S.
tuberosum) a partir de componentes de tipo cualitativo y cuantitativo. Se formularon
estrategias orientadas al manejo y uso racional del agua contribuyendo a la
17
reducción de la Huella Hídrica generada por la producción de papa y se socializaron
los resultados del estudio con agricultores de la zona de estudio.
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1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar una estimación teórica de la Huella Hídrica del cultivo de papa en los municipios de Ventaquemada, Toca y Samacá.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Realizar un diagnóstico del uso y manejo del agua en el cultivo de papa (S. tuberosum) en los municipios de: Ventaquemada, Toca y Samacá.
• Estimar las Huellas Hídricas azul, verde y gris del cultivo de papa (S. tuberosum) en los municipios de estudio, a través de datos históricos de los últimos 5 años.
• Formular estrategias orientadas al uso racional del recurso hídrico en la producción del cultivo de papa (S. tuberosum) en los municipios de Ventaquemada, Toca y Toca.
• Socializar los resultados del estudio a los productores de papa (S. tuberosum) de la zona de interés contribuyendo a una gestión integral del recurso hídrico.
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2. MARCO TEÓRICO
2.1 SITUACIÓN DEL AGUA EN EL MUNDO
Según Arévalo et al. (2012), el agua cubre aproximadamente el 75% de la superficie del planeta y sólo el 2.5% de ésta es agua dulce, representada en glaciares y aguas subterráneas. United Nations WATER (2015), afirma que el crecimiento poblacional en el mundo se está dando a un ritmo de 80 millones de personas al año, aumentando las necesidades de agua dulce a 64 mil millones de metros cúbicos anuales aproximadamente y que para el 2030, el mundo se enfrentará a un déficit del 40%. Según la ONU (2014), para el año 2050, se requerirá un 55% más de agua para satisfacer las necesidades de consumo de esa población en crecimiento. El continente americano tiene una amplia riqueza hídrica al poseer el 46% de los recursos hídricos del planeta, la precipitación pluvial alcanza un promedio de 1.084 mm anuales y la tasa de extracción del vital líquido varía desde menos de 1% hasta más del 15% (IICA,2014b). En contraste, en la Amazonía se presentan impactos negativos como la pérdida de cobertura forestal y el cambio en el uso del suelo, situaciones que repercuten sobre la evapotranspiración cuya consecuencia principal es la pérdida del equilibrio hídrico, visible en la escasez del vital líquido, sequías más prolongadas cuyo impacto afecta directamente áreas como la social y económica (CEPAL- UN, 2018). Según IICA (2014b), la agricultura es el principal sector económico al que se le adjudica el 70% de la extracción de agua dulce. La alta demanda del recurso hídrico, ocasiona una competencia que lleva a las naciones a implementar prácticas enfocadas a una gestión eficiente del agua, optimizando su extracción, captación, conservación, almacenamiento y reciclaje, para suplir las necesidades básicas que requiere una población en contante crecimiento. Sugiere, a la vez llevar a cabo sistemas de producción encaminados a cuatro áreas de acción: 1) utilización del agua por las plantas, 2) mejoras en la utilización del agua en las parcelas o unidades de producción, 3) mejoramiento de la conducción y el suministro de agua y 4) innovaciones en el manejo de las cuencas. 2.2 RECURSOS HÍDRICOS EN COLOMBIA Colombia ocupa el séptimo puesto de los países con mayor disponibilidad de recursos hídricos renovables tras Brasil, Rusia, USA, Canadá, Indonesia y China. La distribución geográfica de la población, no coincide con la disponibilidad del recurso: el área hidrográfica del Magdalena – Cauca, que posee la mayor concentración de población (70%), no cuenta con mayor disponibilidad de agua (13%); caso contrario, en la Amazonía y Orinoquía cuya población representa el 10% de la nacional, ostentan un alto volumen de agua aprovechable (Arévalo et al., 2010).
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Las unidades de análisis espaciales consideran los niveles de la zonificación hidrográfica del país en el orden nacional de la siguiente manera: 5 áreas hidrográficas, 41 zonas y 316 subzonas, para agua subterránea 16 provincias hidrogeológicas y 61 sistemas acuíferos. (IDEAM, 2014). 2.2.1 Generalidades del recurso hídrico del país: Según la Política Nacional del Recuso Hídrico (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010), la oferta y disponibilidad de agua en Colombia se encuentra distribuida de la siguiente manera: 2.2.1.1 Aguas Superficiales: Están representadas por cuerpos de agua lénticos y grandes ecosistemas de humedales. El recurso hídrico colombiano está compuesto por: una red fluvial superficial de 2.084 km3 de escorrentía al año,
equivalente a un caudal de 67000 m3‧s-1; 38 km3 en ciénagas, lagunas, lagos y embalses y 7 km3 en reservorios y otros. Debido a la alta variabilidad espacial y temporal, en nuestro país existen zonas con abundante oferta natural y en otras es muy escasa. Los rendimientos hídricos en la región Magdalena – Cauca, presentan
valores bajos entre 10 y 92 L‧km-2. Cerca del 80% de la población ubicada en la zona urbana, se abastece de fuentes de baja capacidad de regulación: arroyos, quebradas, riachuelos, entre otros, situación que definiría a estas poblaciones como altamente vulnerables debido al difícil acceso al recurso hídrico. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010), 2.2.1.2 Aguas subterráneas: Colombia posee una alta disponibilidad de aguas subterráneas. En el Mapa Hidrogeológico de Colombia y en el Atlas Hidrogeológico, INGEOMINAS evidencia que aproximadamente el 75% del país posee zonas con un gran potencial de almacenamiento de agua subterránea en formaciones sedimentarias de edades Cuaternaria, Terciaria y Cretácica. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010), 2.2.1.3 Humedales, ciénagas y embalses: Existen 5.622.750 ha. de estos ecosistemas, ubicados principalmente en los departamentos de Bolívar y Magdalena. Las lagunas comprenden una extensión de 22.950 ha., las sabanas inundables aproximadamente 9.255.475 ha (departamentos de Amazonas, Guainía y Guaviare), bosques inundables: .5.351.325 millones de has. (Orinoquia, Amazonia, bajo Magdalena y zona pacífica). (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010), 2.2.1.4 Glaciares: El IDEAM reporta que en Colombia se encuentran seis masas glaciares de tamaño pequeño que ocupan un área de 48 Km2 (2% y 3% de Suramérica). En las últimas tres décadas y debido entre otras cosas al calentamiento global, se ha presentado una desglaciación con pérdidas de 3 a 5% de cobertura anual y una retracción de 20 a 25 m. por año. De continuar estas
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condiciones, se calcula que en 30 ó 40 años, los nevados de nuestro país podrían desaparecer (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010). 2.2.1.5 Páramos: Son fundamentales por sus funciones naturales de almacenamiento, captación, recarga de acuíferos, regulación hídrica y origen de los principales sistemas hídricos de abastecimiento. Este ecosistema de alta montaña
tiene un área de 4’686.751 ha. y cuenta con un volumen 66,5 km3‧año-1, que corresponde a un caudal de 2109 m3/s. En alturas entre los 3000 y 4000 msnm, se encuentran 34 ecosistemas de páramo del país correspondientes a un área de 1’933.000 Ha. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010). El Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, entre los años 2005 a 2008, desarrolló actividades de seguimiento a la calidad de las fuentes hídricas a través de 1880 muestreos en 140 corrientes, 90 de las cuales pertenecen a la red básica del IDEAM. El objetivo del monitoreo fue calcular el Índice de Calidad del Agua para Corrientes Superficiales (ICACOSU) a través de variables como: porcentaje de saturación de oxígeno disuelto, sólidos totales en suspensión, demanda química de oxígeno, entre otros. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010). En Colombia, la Política Nacional para la Gestión Integral del Recurso Hídrico (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010), plantea un conjunto de estrategias y líneas de acción orientadas a fortalecer la adopción de tecnologías de ahorro, uso eficiente y sostenible del agua y concientizar a los ciudadanos hacia el desarrollo de prácticas sostenibles de uso del recurso hídrico. Entre dichas estrategias se encuentran:
• Incrementar la utilización de tecnologías ahorradoras y de uso eficiente del agua.
• Adoptar programas de reducción de pérdidas de agua y de mejoramiento de infraestructura obsoleta en los sistemas de abastecimiento de agua para cualquier uso.
• Aumentar la ejecución los programas de uso eficiente y ahorro de agua en empresas de acueducto y alcantarillado, riego y drenaje, producción hidroeléctrica, entre otras.
• Desarrollar e implementar mecanismos que promuevan cambios en hábitos de consumo no sostenibles en los usuarios del agua (incluye los distritos de riego).
2.2.2 Recursos hídricos en Boyacá. Según la Gobernación de Boyacá (2015), la estructura ecológica principal del departamento corresponde a la cordillera oriental, relacionada con el sistema orográfico de los Andes, el cual, al atravesar la zona, forma dos sistemas hídricos articulados con los ríos Magdalena y Orinoco. En el departamento se encuentran cuerpos de agua importantes como las lagunas de:
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Tota, Fúquene e Iguaque y la Ciénega de Palagua, las cuales aparte de ser riqueza hídrica, abastecen acueductos urbanos y rurales. Estas reservas hídricas presentan contaminación debido a la actividad agrícola la cual emplea grandes volúmenes de agroquímicos; por otro lado, se observa presión sobre el recurso hídrico debido a la alta extracción de agua (la cual es superior a lo que aportan los ríos) y al crecimiento acelerado de la población generando invasión de las rondas y pérdida de espacio de estas importantes y fundamentales fuentes de agua. La contaminación de los ríos en el territorio, es ocasionada por el aumento de residuos sólidos e inadecuada disposición final, aguas residuales que se vierten en los afluentes sin ningún tipo de tratamiento, la producción minera y las deficientes prácticas agrícolas en las que se aportan elementos como nitrógeno y fósforo al agua ocasionando eutrofización. El río Chicamocha se encuentra en estado crítico debido a la contaminación ocasionada por las ciudades de Tunja: 40%, Duitama 30% y Sogamoso 20%. (Gobernación de Boyacá, 2015). Según García et al. (2012), los fenómenos de variabilidad climática tienen cada vez más intensidad sobre los recursos hídricos, por lo que es necesaria la generación de políticas orientadas a mitigar su afectación. La Gobernación de Boyacá cuenta con el Plan Integral de Cambio Climático de Boyacá (PICC Boyacá), el cual incluye un análisis general en temas de vulnerabilidad, adaptación y mitigación, un Portafolio de Perfiles de Proyectos priorizando: Recurso hídrico, Ecosistemas y Biodiversidad, Sector Agropecuario, Minero energético, Vivienda, Vías, salud y educación. (Gobernación de Boyacá, 2015). 2.3 EL AGUA EN LA AGRICULTURA
Se ha incrementado la competencia por el agua debido a la demanda de los diversos sectores incluida la agricultura, lo que implica una presión sobre las fuentes hídricas y el surgimiento de conflictos de índole social y económica. Las labores agrícolas están más limitadas por la escasez de agua debido a las precipitaciones insuficientes y a la no viabilidad de nuevos recursos. Las poblaciones más pobres experimentan un difícil acceso al agua, convirtiéndose en las damnificadas de una economía que busca una rentabilidad a corto plazo sin importar la afectación, en muchos casos irreversible de los recursos naturales. (FAO-Mundi Prensa, 2012). Según el Informe de la Organización de las Naciones Unidas (2008), diversos factores naturales y las actividades antrópicas, originan presiones sobre los recursos hídricos. La contaminación de las aguas superficiales en los países en vías de desarrollo, continúa en aumento debido a la presencia de contaminantes de uso agrícola, como pesticidas y nutrientes, los cuales son arrastrados por la escorrentía a ríos, lagos, humedales, aguas subterráneas, entre otros. Este tipo de contaminación ha cobrado importancia, debido a la degradación que produce en el agua dulce y la afectación progresiva de los ecosistemas acuáticos. En algunas zonas del Tolima, la Sabana de Bogotá y Codazzi (Cesar), se han detectado zonas
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de acuíferos contaminadas por compuestos tóxicos y nocivos para la salud humana (IDEAM, 2014). La agricultura debe producir, para el 2050, cerca del 70% más de alimentos para garantizar una seguridad alimentaria que incluya a la población rural más pobre, emplear de manera racional los recursos naturales sin afectar el entorno a través de prácticas sostenibles que reduzcan la presión sobre el agua y la sobreexplotación del suelo y formular políticas económicas que propendan por una agricultura amigable con el entorno. (FAO-Mundi Prensa, 2012) Según Arévalo et al., (2012), los gobiernos, la sociedad civil y el sector privado están realizando acciones orientadas hacia una economía verde: implementando y optimizando tecnologías para aumentar la productividad sin que se afecten los recursos; efectuando ajustes y seguimiento a las políticas existentes y realizando actividades de transferencia de nuevas tecnologías dirigida a los productores. “La gestión sostenible del agua debe ser una acción prioritaria. El uso de tecnologías eficientes para el uso del agua en la agricultura, son fundamentales para la adaptación al cambio climático y la seguridad alimentaria” (Global Water Partnership GWP - Food and Agriculture Organization FAO, 2013) En el año 2013, el IICA llevó a cabo una investigación para determinar la situación en que se encuentra la gestión de los recursos hídricos y el agua en la agricultura. Dicho estudio arrojó que teniendo en cuenta la competencia que existe debido a la disminución del recurso y al aumento en la demanda del vital líquido, se requiere emplearlo de un modo más eficiente conservando su calidad, adoptar nuevas tecnologías que optimicen la captura y almacenamiento para evitar la escorrentía, mejorar el drenaje del suelo para evitar la acumulación y por ende la afectación de las producciones ocasionada por el exceso de agua. Se sugieren alternativas como: el manejo de manantiales, cosecha de agua, diversificación en los sistemas de riego, entre otros. (IICA, 2015). Arévalo et al, 2012 (citado por el CIAT 2016), afirma que en Colombia la agricultura emplea el 46.6% del agua, el sector energético el 21.6%, el pecuario 8.5% y el doméstico 8.2%. Que el uso y consumo de agua en las actividades agrícolas, está relacionado con las labores de riego, fertilización, control fitosanitario, lavado de equipos empleados en la producción y postcosecha. Según el MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2010), el sector agrícola requiere 4,05 Km3 para el suministro de las necesidades de riego de los cultivos encontrados en los departamentos de Tolima, Boyacá, Cauca, Cundinamarca, Huila, La Guajira, Nariño, Norte de Santander, Santander y Valle del Cauca. Para suplir los requerimientos hídricos de las labores agrícolas, se emplean 16.760,33 millones de m3 (46,6% del nacional). Se calcula
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que el 20% del agua extraída, retorna a las fuentes hídricas. El área fluvial de los ríos Magdalena y Cauca, posee el 67% de la demanda nacional. (IDEAM, 2014) 2.4 IMPORTANCIA DEL CULTIVO DE PAPA Según Riascos (2017b), la producción mundial de papa para el año 2017 fue cercana a los 392 millones de ton., con un crecimiento del 1,8% respecto al año anterior. De esta producción China produjo más de 100 millones de ton., posicionándose como el mayor productor del tubérculo en el mundo. Colombia ocupó el puesto 30 en el ranking. 2.4.1 Generalidades Tabla 1. Producción* mundial de papa 2016 - 2017
PAÍS RANKING PARTICIPACIÓN
(%) PRODUCCIÓN (ton.) *
CHINA 1 26 100.421.820 INDIA 2 12 47.481.779 RUSIA 3 8 31.631.110 UCRANIA 4 6 23.310.526 EEUU 5 5 20.642.133 ALEMANIA 6 3 10.013.562 BANGLADESH 7 2 9.010.827 POLONIA 8 2 7.635.909 FRANCIA 9 2 7.240.275 PAÍSES BAJ. 10 2 6.885.124 COLOMBIA 30 0,7 2.751.837
* Estimado Fuente: Estimación United States Department Agriculture (USDA) - Food And Agriculture Organization (FAO), cálculos Sistemas de Información y Estudios económicos FEDEAPAPA – FNFP. FEDEPAPA. (Riascos, 2017b). La papa se comercializa en fresco para consumo o semilla y para procesamiento (papa precocida congelada). Uno de los mayores inconvenientes en el comercio de papa es el aumento en las importaciones. (Riascos, 2017b). En Colombia más de 110.000 familias se dedican a la producción de papa, genera el mayor número de empleos en zonas de clima frío con cerca de 300.000 (FEDEPAPA, 2017a). De los costos de producción por hectárea el 21,16% se emplea en fertilizantes, el 19,18% en mano de obra, el 14,49% en productos de control fitosanitario y en semilla el 11,67% aproximadamente (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2004).
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Las zonas productoras de papa en Colombia se caracterizan por dos períodos de lluvias (febrero a mayo y septiembre a noviembre), una temperatura promedio anual de 12 a 18ºC, una humedad relativa entre 70% y 90% y una precipitación promedio anual entre 700 y 2.000 mm al año. El suministro de agua requerido para el cultivo de papa está limitado por los periodos de lluvia, lo que obstaculiza la producción escalonada del mismo. Según la Guía Ambiental de la Papa (2004), las labores de riego se realizan generalmente cuando el suelo está seco, por lo tanto, no existen unos registros establecidos para llevar a cabo el control técnico de esta actividad. Se encuentra que menos del 7% del área sembrada tiene posibilidades de aplicación de riego y que existen deficiencias respecto a la frecuencia y tiempo de riego. En la etapa de cosecha se realiza el lavado del tubérculo en áreas próximas a las fuentes hídricas, ocasionando una contaminación del recurso. Menos de la tercera parte de los productores posee infraestructura para riego o tienen acceso al recurso hídrico. La disponibilidad de riego superficial para el departamento de Boyacá es de 24%. Según el Instituto Colombiano Agropecuario ICA (2011), la producción de papa en Colombia se lleva a cabo en las zonas altas de las tres cordilleras en cerca de 250 municipios, siendo los departamentos más productores Cundinamarca, Boyacá y Nariño con el 80% del área sembrada. Los reportes indican que, en los últimos 5 años, el área sembrada fue de 160.000 ha y la producción de 2.800.000 ton., para una producción por hectárea de 18 ton. Las labores de cultivo generan alrededor de 80.000 empleos directos y más de 230.000 indirectos incluyendo la comercialización. El Estudio Nacional del Agua 2014, en su reporte semestral de cultivos transitorios, reporta el área sembrada del cultivo de papa así: en el semestre B del año 2011 fue de 76.719,8 ha y para el primer semestre de 2012 fue de 71.076,01 ha. Para el año 2017, la producción de papa a nivel nacional, alcanzó 2.751.837 ton., representando el 0,7% de la producción mundial. Los departamentos de Cundinamarca, Boyacá y Nariño son los mayores productores del tubérculo en el país con una producción del 84% del total nacional (Riascos, 2017b). Tabla 2. Producción por departamentos para el año 2017
DEPARTAMENTO PRODUCCIÓN (ton)
ANTIOQUIA 150.960 BOYACÁ 713.592 CUNDINAMARCA 1.075.360 NARIÑO 530.000 OTROS (Cauca, Tolima, Caldas, Santander y Norte de Santander)
281.925
Fuente: Consejo Nacional de la papa – Sistemas de Información y Estudios Económicos Fedepapa – FNFP. (Riascos, 2017b).
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Para el año 2017 Boyacá tuvo una participación porcentual del 26% en la producción nacional de papa (713.592 ton.), siendo el segundo mayor productor del país de Cundinamarca con el 40% (Riascos, 2017b). 2.4.2 Importancia del cultivo de papa en la seguridad alimentaria. En el año 2015, 193 países de la Organización de las Naciones Unidas ONU, trazaron una hoja de ruta orientada a alcanzar una igualdad económica, social y ambiental entre las naciones del mundo, surgiendo de este acuerdov17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) y que forman parte de la Agenda 2030. Dentro de estos importantes objetivos, se encuentra el garantizar la seguridad alimentaria para contrarrestar el hambre en el mundo, responder a la demanda de alimentos de una población en crecimiento constante y producirlos bajo sistemas de producción amigables con el medio ambiente. Por esta razón, se apuesta a cultivos cuya producción sea alta en un mínimo de área establecida. El cultivo de papa es uno de ellos. La papa es el tercer alimento en importancia a nivel mundial en seguridad alimentaria (FEDEPAPA, 2017a), por esa razón la ONU proclamó el año 2008 como el Año Internacional de la papa. La papa forma parte de los diez alimentos más producidos en los países en vía de desarrollo debido a su importancia en el sistema de alimentación global ya que contribuye a los requerimientos energéticos y de nutrientes de más de dos mil millones de personas siendo producida y consumida, en su mayoría, por los productores de bajos recursos. (Consejo Nacional de la papa, 2010). 2.5 CONTAMINACIÓN DEL AGUA POR NITROGENO La Importancia del agua superficial en Colombia, se ve reflejada en los avances del Estudio Nacional del Agua 2018 (IDEAM, 2018), donde se afirma que el 5% de la riqueza hídrica mundial se concentra en el país. Por otro lado, respecto a las Aguas Subterráneas, UN- WATER (2015), afirma que éstas son las encargadas del 50% del abastecimiento de agua potable en el mundo y del 43% del agua empleada para el riego. 2.500 millones de personas dependen exclusivamente de estos recursos para satisfacer sus necesidades hídricas básicas. Entre las diferentes fuentes de contaminación del agua superficial y la subterránea, se encuentra el uso excesivo de productos de control fitosanitario y fertilizantes en la agricultura. Éstos últimos son una de las fuentes más importantes de entrada del nitrógeno al agua subterránea.
Según la CEPAL (2018), la cantidad de fertilizantes aplicados en la agricultura durante el periodo comprendido entre el 2002 - 2014 en América latina, aumentó sustancialmente (Figura 1). Lo anterior debido a que algunos productores asocian
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la cantidad de nutrientes aplicados con la productividad de los cultivos, sin tener en cuenta otras variables como el estado del suelo.
Figura 1. Uso de fertilizantes (Kg‧Ha-1).
Fuente: Segundo informe anual sobre el progreso y los desafíos regionales de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible en América Latina y el Caribe. Santiago de Chile. (CEPAL,2018).
El nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para las plantas. Los fertilizantes nitrogenados ocasionan una mayor lixiviación de nitratos (NO3
-), su uso excesivo puede producir pérdidas de éstos hacia el subsuelo contaminando el agua subterránea (Medina y Cano, 2001). Esta lixiviación de nitratos se produce debido a que el nitrógeno es uno de los nutrientes más móviles en el suelo causando la eutrofización, la cual es resultado del exceso de nutrientes en aguas subterráneas y superficiales, ocasionando un desequilibrio nocivo para la salud humana y el entorno. Este enriquecimiento promueve el crecimiento excesivo de plantas acuáticas como las algas que, al descomponerse, disminuyen el oxígeno presente en el agua. La normatividad restringe los niveles de nitratos presentes en el agua potable debido a sus repercusiones en la salud humana. El nitrógeno se incorpora al suelo a través de fertilizantes artificiales en forma de nitrato (NO3
-) y amonio (NH4+). El nitrógeno
orgánico y el amoniaco se convierten en nitrato en la mayor parte de los suelos. La fijación de nitrógeno también realiza un aporte importante al convertir el nitrógeno atmosférico (el gas N2) en amonio (NH4
+) a través de bacterias ubicadas en las raíces de cultivos leguminosos. Esta fijación depende del tipo de cultivo y del nivel de fertilización el cual al ser alto reduce la fijación (Franke et al., 2013). En las actividades agrícolas la disminución de nitrógeno se da a través de las semillas, la lixiviación, por nitrificación del suelo, volatilización, entre otros. Según Carmona (2010), el nitrógeno sufre diferentes procesos en el suelo: la
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inmovilización-mineralización de la materia orgánica y la adsorción-desorción en forma de aniones por el intercambio de cationes. 2.6 HUELLA HÍDRICA 2.6.1 Generalidades. Según Hoekstra y Chapain (2011), la Huella hídrica es “un indicador global de apropiación de los recursos de agua dulce, es el volumen de agua utilizada para un producto a lo largo de la cadena de suministro”; el objetivo de esta herramienta es visibilizar la relación entre el uso y consumo de agua dulce con el propósito de formular estrategias que redunden en una gestion del recurso hídrico más eficiente. La evaluación de la Huella Hídrica está compuesta por 4 fases:
• Establecer objetivos y alcance*
• Contabilizar la Huella Hídrica.
• Análisis de sostenibilidad.
• Formular la respuesta. Los tres componentes básicos para el cálculo de la Huella de agua son: 2.6.1.1 Huella Hídrica Azul: Volumen de agua dulce extraído de una fuente superficial o subterránea, consumido para producción de bienes y servicios, cubriendo una demanda de agua no satisfecha a causa de un déficit en la disponibilidad de agua procedente de la lluvia. (Hoekstra y Chapain 2011). 2.6.1.2 Huella Hídrica Verde: Volumen de agua lluvia que no se convierte en escorrentía, por lo que se almacena en los estratos permeables superficiales y así satisface la demanda de la vegetación; en otras palabras, es el agua lluvia consumida durante un periodo de producción. Esta agua subterránea poco profunda es la que permite la existencia de la vegetación natural y vuelve a la atmósfera por procesos de evapotranspiración. (Hoekstra y Chapain 2011). 2.6.1.3 Huella Hídrica Gris. Volumen de agua necesaria para que el cuerpo receptor reciba el vertido contaminante asociado a la cadena de producción y/o suministro sin que la calidad del agua supere los límites permitidos por la legislación vigente (concentraciones normales y concentraciones máximas permisibles) (Arévalo y Campuzano 2013). La Huella gris tiene un carácter teórico o contable. (Hoekstra y Chapain 2011). El Centro Internacional de Agricultura Tropical CIAT (2016), describe conceptos clave relacionados con los diferentes métodos de cálculo de la Huella Hídrica:
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Estimar la huella hídrica: se realiza a partir de la recolección y análisis de información secundaria como bases de datos, para determinar un valor lo más aproximado posible al valor real. Medir la huella hídrica: hace referencia a la implementación de protocolos y herramientas para cuantificar directamente en campo el uso y consumo de agua en las diferentes fases de un proceso. Evaluar la huella hídrica: Abarca el conjunto de actividades para cuantificar y localizar la huella hídrica de un proceso, evaluar la sostenibilidad ambiental, social y económica, formular estrategias de respuesta para su disminución. En sistemas agrícolas la cuantificación de la huella hídrica presenta ventajas como: la cuantificación en el uso y consumo de agua, conocimiento sobre el manejo del recurso hídrico, identificación posibles riesgos de un sistema productivo ante una situación de déficit hídrico, apoyo en el proceso de toma de decisiones, gestión de procesos y participación en la formulación de políticas de sostenibilidad ambiental y productiva orientadas al ahorro del agua (CIAT, 2016). Para realizar el cálculo de la Huella Hídrica de un cultivo, se requiere información de: clima, parámetros del cultivo, suelos, tasas de aplicación de fertilizantes, rendimientos y normas locales de calidad ambiental de agua, entre otras (Hoekstra y Chapain 2011). Las bases de datos empleadas para la evaluación de la Huella Hídrica, se obtienen del Registro Único Ambiental (IDEAM), encuestas, censos, estadísticas oficiales del Sistema Estadístico Nacional del DANE, Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios, entidades del Sistema Nacional Ambiental, Encuesta Nacional Agropecuaria, Encuesta Anual Manufacturera, Encuesta Anual de Servicios y Encuesta Ambiental Industrial. (IDEAM, 2015). Además de las anteriores, se emplean como fuentes de información primaria y secundaria, los entes y funcionarios relacionados con el sector agropecuario. 2.6.2 Variables empleadas en la estimación de huella hídrica 2.6.2.1 Información climática ▪ Temperatura máxima y mínima. Dentro de las variables climáticas que
requiere la fórmula FAO Penman-Monteith, se encuentra los valores de temperatura máxima y mínima promedio mensual en °C. (FAO, 2006). Valores de temperatura máxima y mínima de aire de igual manera son válidos para el cálculo de la Evapotranspiración de referencia (ETo).
▪ Humedad Relativa. El valor de la presión real (promedio) de vapor en
kilopascales (kPa), se requiere como dato de entrada para la aplicación de la ecuación FAO Penman- Monteith. Cuando el valor de la presión de vapor real no se encuentre disponible, éste puede derivarse de la humedad relativa máxima y mínima (%). (FAO, 2006).
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▪ Velocidad del viento. Se emplea para el cálculo de la Evapotranspiración de referencia (ETo) a través de la fórmula de Penman-Monteith. La velocidad del
viento se expresa en m‧s-1 y es medido a 2 metros de altura desde el nivel del suelo. (FAO, 2006).
▪ Insolación directa. Luz solar expresadas en número de horas. (FAO,2006).
El programa CROPWAT 8.0 calcula la radiación empleando la información de insolación, la cual es necesaria para el cálculo de la Evapotranspiración de referencia (ETo). FAO (2010).
▪ Radiación solar. Expresada en megajoules (MJ) por m2 día. Esta información
puede obtenerse de la duración real de la luz solar diaria promedio, la cual es expresada en horas por día. (FAO, 2006). Esta variable es calculada por el programa CROPWAT 8.0 de la FAO.
▪ Evapotranspiración de referencia (ETo). Se define evapotranspiración a la
pérdida de agua a través de dos procesos: la evaporación (del suelo) y transpiración (del cultivo). Se refiere a la tasa de evapotranspiración de una superficie de referencia, que ocurre sin restricciones de agua. Se calcula empleando información de parámetros climáticos como temperatura, humedad relativa, brillo solar y velocidad del viento. El método de FAO Penman-Monteith se recomienda como el único método estándar para la definición y el cálculo de
la evapotranspiración de referencia. (FAO, 2006).
Según FAO (2006), en la siembra la evapotranspiración sucede a través de la evaporación en casi el 100%, en cambio, cuando la cobertura vegetal es plena, la evapotranspiración se da a través de la transpiración en más del 90% (Figura 2). Figura 2. Distribución de la evapotranspiración en evaporación y transpiración en un cultivo anual.
Fuente: Evapotranspiración del cultivo. Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos 56. (FAO 2006).
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La evapotranspiración puede calcularse a partir de un balance de agua en el suelo (Figura 3). A través del riego y la precipitación se suministra agua a las raíces; una parte regresa a la superficie mediante la capilaridad, otra se transporta horizontalmente por flujo sub-superficial al sistema radicular y otro tanto se desplaza por la superficie del terreno a través de la escorrentía. Una parte se pierde por escurrimiento superficial, percolación profunda y por mecanismos como la evaporación del suelo y la transpiración del cultivo. (FAO, 2006).
Figura 3. Balance de agua en el suelo de la zona radicular
Fuente: Evapotranspiración del cultivo. Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos 56. (FAO 2006).
▪ Precipitación efectiva. Hace referencia al volumen de agua proveniente de la precipitación que es aprovechada por el cultivo, es decir no se pierde por escorrentía superficial o percolación profunda (FAO, 2010). La precipitación efectiva y el rendimiento del cultivo, son los valores requeridos para el cálculo de la Huella hídrica verde.
2.6.2.2 Información del cultivo ▪ Coeficiente único del cultivo (Kc). Es un valor dependiente de las
características anatómicas, morfológicas y fisiológicas de la planta que varía según el estado vegetativo de la planta y del clima determinado. Los valores de Kc son calculados para las etapas de crecimiento del cultivo. (FAO, 2006).
▪ Etapas de crecimiento. Con el desarrollo del cultivo, tanto el área del suelo
cubierta por la vegetación como la altura del cultivo y el área foliar variaran paulatinamente. Este periodo de crecimiento puede ser dividido en cuatro etapas:
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inicial, de desarrollo del cultivo, de mediados de temporada y de final de temporada. (FAO, 2006).
→ Etapa inicial. Comprende desde la fecha de siembra hasta el momento en que el cultivo alcanza aproximadamente el 10% de cobertura del suelo. Su longitud depende del tipo de cultivo, la variedad, la fecha de siembra y el clima (FAO, 2006).
→ Etapa de desarrollo. Desde el momento en que el cultivo alcanza el 10 % de cobertura hasta el momento de alcanzar el estado de cobertura efectiva completa, el cual para la mayoría de los cultivos ocurre al inicio de la floración (FAO, 2006).
→ Etapa media. Comprende el tiempo entre la cobertura completa hasta el comienzo de la madurez, el cual generalmente está indicado por el amarillamiento o senescencia de las hojas, su caída o la coloración marrón del fruto hasta el grado de reducir la evapotranspiración del cultivo (ETc) en relación con la evapotranspiración de referencia (ETo) (FAO, 2006).
→ Etapa final. Desde la maduración hasta la cosecha (FAO, 2006). ▪ Factor respuesta al rendimiento (Ky). Describe la reducción relativa de la
productividad en función a la reducción de la Evapotranspiración del cultivo (ETc), generada por la falta de agua. Los valores de Ky son específicos de cada cultivo y pueden variar durante la temporada de crecimiento del mismo. La reducción de la productividad debido al déficit de agua es relativamente pequeña durante los periodos de desarrollo vegetativo y de maduración, siendo mayor durante los periodos de floración y formación del fruto (FAO, 2006).
▪ Fecha de siembra y de cosecha. A través del programa CROPWAT 8.0 e
información de la fecha de siembra, se calcula la fecha de cosecha. (FAO, 2010). ▪ Fracción de agotamiento crítico. Hace referencia al punto crítico del nivel de
humedad en el suelo a partir del cual ocurre estrés por falta de agua, afectando la evapotranspiración del cultivo y su producción. (FAO;2010).
▪ Profundidad radicular. Se refiere a la profundidad en el suelo hasta donde
llegan las raíces de una planta con el objetivo de obtener agua y nutrientes. ▪ Altura del cultivo. La altura del cultivo tiene influencia en el valor de la
resistencia Aerodinámica (ra) de la ecuación de Penman-Monteith, así como en la transferencia turbulenta del vapor del agua desde el cultivo hacia la atmosfera (FAO, 2006).
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▪ Volumen de fertilizantes aplicados. Valor requerido para el cálculo de la huella hídrica gris. En las actividades agropecuarias se aplican fertilizantes compuestos (Nitrógeno, Fósforo y Potasio); del volumen aplicado se determina la fracción que se lixivia y que se convierte en carga contaminante llegando a las aguas superficiales o subterráneas (Hoekstra y Chapain, 2011).
▪ Rendimiento. Valor que permite medir la productividad de un cultivo. Se obtiene
al dividir la producción obtenida dividida en el área de siembra. Según Hoekstra y Chapain, 2011).
2.6.2.3 Información de Suelo ▪ Tipo de suelo. El suelo funciona como un sistema de almacenamiento de agua;
de acuerdo a las propiedades físicas que posee, se determina la cantidad de agua que puede retener para suplir las necesidades hídricas de las plantas, la cantidad que sale del sistema y el posible impacto sobre fuentes hídricas y agua subterránea debido a la infiltración y lixiviación de productos de uso agrícola (CIAT, 2016)
▪ Humedad de suelo disponible total (Capacidad de Campo -Punto de
Marchitez Permanente). Igualmente, llamada: Agua Disponible Total. Representa la cantidad total de agua disponible para el cultivo. Se define como la diferencia en el contenido de humedad del suelo entre la Capacidad de campo (CC) y el Punto de Marchitez Permanente (PMP). Esta variable se encuentra relacionada con la textura, la estructura y contenido de materia orgánica del suelo. (FAO, 2010).
▪ Tasa máxima de infiltración de la precipitación. Representa la lámina de agua
que puede infiltrar en el suelo en un período de 24 horas, se calcula en función del tipo de suelo, la pendiente y la intensidad de la precipitación o del riego (FAO, 2010).
▪ Profundidad radicular máxima. Normalmente depende de las características
genéticas de los cultivos, aunque a veces el suelo y ciertos horizontes alterados pueden restringir la profundidad radicular máxima (FAO, 2010).
▪ Agotamiento inicial de humedad de suelo (% de ADT). Indica el grado de
ausencia de agua del suelo al inicio de la época de cultivo. En algunos casos sólo se puede hacer una estimación de la condición inicial de humedad del suelo en función del cultivo anterior, de los períodos de descanso precedentes o de la estación seca. (FAO, 2010).
▪ Humedad de suelo inicialmente disponible. Contenido de humedad del suelo
al inicio de la temporada de cultivo. Se calcula como el producto del Agua
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Disponible Total (ADT) por el Agotamiento inicial de humedad del suelo (FAO, 2010).
▪ Fracción de lixiviación y escorrentía. Porcentaje de productos químicos
aplicados al suelo que se infiltran y percolan hasta llegar al agua subterránea. Esta fracción se minimiza a través de la reducción en la aplicación de las sustancias químicas y el mejoramiento de las técnicas de aplicación, evitando la escorrentía en el terreno y que percolen o se lixivien al sistema de agua. (Hoekstra y Chapain, 2011).
▪ Concentración máxima. El cálculo de la huella hídrica gris requiere los valores
de concentraciones máximas permisibles que se encuentran en las normas ambientales de calidad del agua. El esquema de calidad de agua varía dependiendo de la sustancia en estudio y de la fuente hídrica. (Hoekstra y Chapain, 2011),
▪ Concentración natural. Representa la concentración que se produce en un
cuerpo de agua si no existieran perturbaciones humanas. La capacidad de asimilación de una fuente hídrica está condicionada a la diferencia entre el máximo permisible y la concentración natural de una sustancia (Hoekstra y Chapain, 2011),
▪ Requerimiento hídrico del cultivo. Volumen de agua necesario para
compensar las pérdidas de agua ocasionadas por la evapotranspiración. Se estima a partir de parámetros climáticos, información de suelo y de cultivo empleando para su cálculo el programa Cropwat 8.0 (FAO, 2010).
2.6.3 Huella Hídrica y Gestión Integral del Recurso Hídrico. La Huella Hídrica como herramienta de Gestión Integral del Recurso Hídrico, permite realizar un análisis de oferta y demanda del agua, el cual se realiza en los Planes de Ordenación y Manejo Ambiental de una Cuenca Hidrográfica (POMCA), ya que se calculan los consumos de agua reales de los diferentes sectores, permite visualizar la presión de la actividad agropecuaria sobre el recurso hídrico y la zonificación ambiental. Aporta información relativa al ordenamiento territorial, involucra nuevos indicadores que permiten el análisis de la sostenibilidad del recurso, complementa los análisis necesarios para los Planes de Ordenamiento del Recurso Hídrico y determina los contaminantes críticos a nivel de cuenca hidrográfica. (Agencia Suiza para el desarrollo y corporación (Arévalo y Campuzano 2013). En relación con el comercio internacional de productos, se obtuvo que un 16% del agua consumida a nivel mundial se utilizó en la fabricación de productos de exportación. Este porcentaje podría incrementarse con la cada vez mayor liberación del comercio mundial. Por tanto, es importante que se considere la dependencia hídrica internacional en la planificación regional y en la formulación de políticas de cooperación que eviten conflictos por el recurso hídrico (Tolón y Lastra, 2013).
35
Estas investigaciones proponen la socialización y difusión del concepto de Huella Hídrica, que permita al individuo convertirlo en parte de su cotidianidad y creando una conciencia que estimule el sentido de pertenencia frente a la sostenibilidad del agua. El concepto de consumo sostenible debe fortalecerse en programas de educación ambiental orientados a los niños y jóvenes quienes tendrán en sus manos la responsabilidad del manejo de los recursos y su sostenibilidad (Arévalo, 2012). Según Arévalo et al. (2014), la huella hídrica se incorporó por primera vez como instrumento de apoyo a la gestión integral del recurso hídrico en el Estudio Nacional del Agua 2014, del IDEAM. En este trabajo se estimó la huella hídrica azul y verde de 316 cuencas hidrográficas para el año 2014, se calcularon índices de escasez de agua azul y verde y análisis de flujos de agua virtual de seis productos de exportación. El estudio incluye además la huella hídrica verde y azul de sectores como el agropecuario, doméstico, industrial, energético y petrolero. Según el IICA (2015), obtener valores de huella hídrica bajos pueden reflejar situaciones de escasez hídrica, es decir, de disponibilidad del recurso; de igual manera las zonas tropicales en donde la evapotranspiración es alta, no reflejan una mala gestión del recurso hídrico. 2.7 PROGRAMA CROPWAT 8.0 DE LA FAO. Según Fernández (2013), la agricultura actual está haciendo uso de modelos de simulación en áreas de investigación agrícola con el objetivo de idear estrategias de respuesta en situaciones que afectan significativamente el sector, como lo es, por ejemplo, los cambios climáticos extremos. CropWat 8.0 es una herramienta desarrollada por la División de Tierras y Aguas de la FAO para optimizar el uso de agua de los cultivos, calculando sus requerimientos de agua y de riego a través de información de índole climático, de suelo y del cultivo ingresada por los usuarios. El programa determina las necesidades de la planta y la cantidad de agua que pueden aportarle las precipitaciones, entre otros aspectos (Fernández, 2013). Cropwat calcula la Evapotranspiración de referencia (ETo) a través del método de Penman-Monteith:
𝐸𝑇° =0,408 ∆ (𝑅𝑛−𝐺)+𝛾
900
𝑇+273 𝑢2(𝑒3−𝑒𝑎)
∆+𝛾(1+0,34 𝑢2) Ecuación 1
donde:
ETo evapotranspiración de referencia (mm‧ día-1) Rn radiación neta en la superficie del cultivo (MJ m-2 día-1)
Ra radiación extraterrestre (mm‧ día-1) G flujo del calor del suelo (MJ m-2 día-1)
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T temperatura media del aire a 2 m de altura (°C) u2 velocidad del viento a 2 m de altura (m s-1) es presión de vapor de saturación (kPa) ea presión real de vapor (kPa) es–ea déficit de presión de vapor de saturación (kPa)
pendiente de la curva de presión de vapor (kPa °C-1)
constante psicométrica (kPa °C-1) Jensen, Burman y Allen (1990) (citados por Terán et al, 2006), compararon 20 métodos para el cálculo de la evapotranspiración y encontraron superioridad en la precisión de la fórmula de Penman-Monteith. El modelo CROPWAT 8.0 se encuentra organizado en 8 módulos de entrada de datos, (FAO, 2010) de los cuales se trabajaron 6 para la estimación de Huella Hídrica del presente estudio: ▪ Clima/ETo. Con información climática como datos de entrada, se obtiene el
cálculo de la Evapotranspiración de Referencia (ETo) a partir de la fórmula de Penman- Monteith y de Radiación.
▪ Precipitación: A partir de los valores de precipitación se obtiene la precipitación
efectiva.
▪ Cultivo. Se ingresan variables como fecha de siembra, coeficiente del cultivo (Kc), duración etapas de crecimiento, entre otras.
▪ Suelo. Información de entrada como: Humedad de suelo disponible, Tasa máxima de infiltración, profundidad radicular, entre otras
▪ Requerimiento de Agua del cultivo. A partir del ingreso de la información a los módulos anteriores, se obtiene el Requerimiento de Riego del cultivo.
▪ Programación de riego del cultivo. Con la información obtenida en este módulo se lleva a cabo el cálculo de la Huella Hídrica Verde y Azul.
2.8 ESTADO DEL ARTE
2.8.1 Estudios de Huella Hídrica de Cultivos En el año de 1995 se suscribió el convenio de Producción más limpia entre el Ministerio del Medio Ambiente y los gremios empresariales, con el objetivo de fortalecer los procesos técnicos de control de la contaminación a partir de la adopción de tecnologías de producción sostenibles y optimizando la gestión pública.
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El convenio anterior fue el inicio para la concertación de la Política Nacional de Producción más Limpia, aprobada en 1997; ésta introdujo como estrategia la introducción de una dimensión ambiental en los procesos propios del sector productivo. El Acuerdo de Competitividad estableció estrategias a corto, mediano y largo plazo. El Proyecto de Conservación de Agua y Suelo en la zona Andina de Colombia (PROCAS)–Proyecto Checua, llevo a cabo diferentes paquetes tecnológicos del programa de labranza mínima y siembra directa, que se fundamenta en tres principios: movimiento mínimo del terreno suelo, rotación con abonos verdes y cobertura permanente para la protección del suelo y mantenimiento de la humedad. Aplicado al cultivo de papa, el proyecto reduce los movimientos del suelo de 7 a 3 en la surcada, desyerbe-aporque y cosecha (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2004). Chapagain y Hoekstra publicaron en 2004 el informe “Water footprints of nations”, donde se realizó la primera estimación de la Huella Hídrica de 146 países para el periodo 1997-2001. Los cinco países que menor Huella Hídrica tuvieron en el periodo analizado fueron Yemen, Bostwana, Afganistán, Somalia y Etiopía, países con altos niveles de pobreza y problemas sociales, económicos, políticos y ambientales, lo que indica problemas de disponibilidad del recurso. (Tolón y Lastra, 2013) Chapagain et al. (2006), realizaron el cálculo de la huella hídrica del cultivo de algodón. Los autores refieren que el algodón representa el 24% del mercado de los insecticidas en el mundo y exponen que la producción de este cultivo afecta el agua en dos etapas: crecimiento y procesamiento. En la fase de crecimiento inciden los volúmenes de nutrientes como Nitrógeno, Fósforo, Potasio pesticidas. Se expone que el 60% del Nitrógeno Total se elimina del campo en forma de semilla de algodón cosechado. Chapagain y Hoekstra (2010), en su artículo para la determinación de la Huella Hídrica para el cultivo de arroz, emplearon los datos de precipitación media mensual de las estaciones climáticas de Climwat (FAO, 1993). Para el cálculo de evapotranspiración se empleó la ecuación de Penman- Monteith empleando el modelo Cropwat (FAO, 1992). Romaguera et al. (2010), determinaron que, a nivel global, existen cuatro factores que explican los altos valores de la Huella Hídrica: 1. El volumen total de consumo que generalmente está relacionado con el PIB, entendiéndose que un mayor PIB per cápita produce un incremento en el consumo general de la población. 2. Los patrones de consumo y tipo de alimentación. En los países con un alto consumo de carne se observó un incremento significativo de la Huella Hídrica, en especial en países como Estados Unidos, Canadá, Francia, España, Portugal, Italia o Grecia. En los países más industrializados también se observó un efecto directo del
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consumo de productos industriales sobre la Huella Hídrica. 3. El clima. En zonas donde la evaporación es elevada, los requerimientos hídricos por unidad de producto son mayores. Este factor explica que las huellas hídricas de países pobres como Malí, Chad y Sudán, por ejemplo, sean altas. 4. La baja eficiencia en el uso del agua en la agricultura. Los sistemas de cultivo tradicionales generalmente requieren de una gran cantidad de agua, pero sólo se aprovecha una pequeña parte. Se ha empleado la Huella Hídrica ligada a técnicas de teledetección cuyo objetivo es el cálculo global de la huella de agua de los cultivos. Los resultados de este estudio proporcionan nuevas herramientas para la evaluación global de la huella hídrica y representa un enfoque innovador para el mapeo de riego mundial, lo que permite la estimación del consumo de agua verde y azul. Mekonnen y Hoekstra (2010), Se llevó a cabo el cálculo de la huella hídrica para el cultivo de trigo donde se observa que países como Italia y Japón, con altas huellas hídricas externas relacionadas con el consumo del producto, ejercen presión sobre el recurso hídrico de sus socios comerciales. Se observaron falencias en la obtención de información de parámetros precisos como datos del suelo y el calendario de cultivos. Se plasmó en el estudio la importancia en la precisión de los datos ya que el más leve cambio, por ejemplo, en la fecha de siembra y la duración de cultivo, afecta significativamente la determinación de la huella hídrica de un cultivo. Con la ejecución de diversos estudios realizados por WWF en Colombia, orientados al uso de la Huella Hídrica como indicador de sostenibilidad del recurso hídrico en el sector agrícola, se ha avanzado en la orientación de las acciones hacia tres estrategias: ordenamiento y reglamentación de usos del recurso, reducción de la contaminación del recurso hídrico, monitoreo, seguimiento y evaluación de la calidad del agua. (WWF COLOMBIA, 2012) Los investigadores (Zarate y Kuiper, 2013), proponen mejorar la productividad agrícola a través de la adopción de técnicas avanzadas que faciliten la recolección de las precipitaciones y de lo referente a los sistemas de riego. Cambiar los patrones de consumo a la obtención de productos con menores requerimientos hídricos y trasladar la producción a las zonas con alta productividad hídrica. Sánchez et al. (2014), evaluaron el impacto de la huella hídrica de la pitahaya amarilla (Selenicereus megalanthus) en su fase productiva. El estudio se realizó a partir de información secundaria suministrada por productores locales. Se empleó el software CropWat 8.0 para calcular la necesidad hídrica del cultivo y se encontró que la huella hídrica azul, es cero, ya que la precipitación del lugar es suficiente para suplir las necesidades de agua del cultivo, por lo tanto, no se requirió riego. Concluyeron que la productividad y la precipitación son inversamente proporcionales: a mayor precipitación menor producción. Otras de las finalidades de la investigación fueron: sensibilizar a la comunidad del área de estudio sobre la importancia de la gestión adecuada y eficiente del recurso hídrico y diseñar un
39
sistema de captación de agua para suplir las necesidades del vital líquido en época de déficit de agua. Mekonnen y Hoekstra (2014), realizaron una evaluación global de los puntos de referencia para la Huella de Agua para la producción agrícola, donde se expone la necesidad de producir más cultivos con menos agua. Se muestra que la reducción no es fácil y que para lograrlo se requerirán grande inversiones en el desarrollo de nuevas tecnologías, brindar a los productores incentivos, implementación de normas sobre el uso de fertilizantes,y a nivel industrial el uso de prácticas que se enfoquen en el uso eficiente y sostenible del agua en cada una de las fases de la cadena de suministro. Torres y Peña (2015), analizaron la huella hídrica del cultivo de palma de aceite en etapa de producción, para determinar la demanda hídrica del cultivo en la finca Villa Beatriz. La metodología fue de tipo cuantitativo y cualitativo y se organizó en tres fases: 1. Diagnóstico de las etapas más importantes de consumo de agua del cultivo, 2. Determinación de la huella hídrica azul, verde y gris y 3. Cálculo del índice del uso del agua (IUA). De ésta última fase se concluyó que la presión de la demanda hídrica es muy baja con respecto a la oferta disponible. Prias (2015), empleó la metodología de Huella Hídrica para cuantificar el consumo de agua del cultivo de tomate bajo dos sistemas productivos representativos en el país: a campo abierto y bajo invernadero. La metodología empleada analizó la Huella verde, la Huella azul y la Huella gris. Concluyeron que la Huella Hídrica gris del cultivo, representa aproximadamente el 97% de la Huella total. Para la huella hídrica gris, recomiendan utilizar la metodología Franke (2013), que considera, el consumo de agua gris por agroquímicos. 2.8.2 Huella hídrica cultivo de papa. La Federación de Productores de Papa FEDEPAPA y el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial 2004), formularon la Guía Ambiental de la Papa enmarcada dentro de los objetivos de la Política ambiental Nacional y el Programa Nacional para el Manejo sostenible y Restauración de Ecosistemas de la Alta Montaña Colombiana: Páramos. Este documento presenta propuestas y estrategias resultado de un proceso de discusión, ajuste y concertación entre productores del tubérculo vinculados al sistema de producción del cultivo. Las estrategias plasmadas en el documento están orientadas a lograr un uso eficiente y racional de los recursos y la adopción de prácticas agrícolas ambiental, social y económicamente factibles para todos los involucrados. Terán et al. (2006), llevaron a cabo la determinación de los requerimientos hídricos de dos variedades industriales de papa: Diacol Capiro e ICA Única. La investigación se realizó a partir de la determinación de las curvas de evapotranspiración real y de los niveles de lámina de agua con la finalidad de mejorar la producción a partir del
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aumento en el rendimiento, optimizar la gestión y manejo del recurso hídrico, y mejorar la eficiencia del sistema del sistema productivo y su entorno. La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura FAO y el Ministerio de Ambiente y Desarrollo sostenible (2013), realizaron el “Uso del modelo AquaCrop para estimar rendimientos para el cultivo de papa en los departamentos de Cundinamarca y Boyacá”. En este estudio se evidencia la influencia del recurso hídrico en los valores de rendimiento del cultivo. Argumentan que el modelo simuló que en los años en que se ha presentado el fenómeno de la Niña los rendimientos aumentaron, caso contrario con el fenómeno del Niño, en el que según el modelo la producción disminuye. Sepúlveda et al, (2015), estudiaron el comportamiento de las condiciones climatológicas y su incidencia en la evaporación y transpiración del cultivo de papa y del pasto en la zona Central de Boyacá. Los datos fueron tomados de la estación climatológica de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC). En esta investigación se realizaron inferencias respecto a las fechas que presentaron condiciones de clima más favorables para la producción de papa teniendo en cuenta los balances hídricos obtenidos. Utilizaron el exponente de Lyapunov para analizar el comportamiento del clima y su impacto sobre cada una de las etapas del ciclo vegetativo del cultivo. Amézquita y Motta (2015), realizaron el cálculo de la huella hídrica en un cultivo de papa Diacol Capiro o R12, ubicado en el municipio de El Rosal Cundinamarca. Desarrollaron la metodología de Huella Hídrica de Hoekstra y Chapain (2011), compuesta por 4 fases: diagnóstico del uso del agua en el cultivo, cuantificación de la huella hídrica, análisis de resultados y formulación de alternativas. Emplearon información climatológica de la estación El Rosal y fue procesada en el programa Cropwat 8.0 de la FAO. Dentro de las conclusiones de la investigación, se encontró que el suministro de agua es mayor al requerimiento del cultivo. En riego se aplicó 8164.8 m3, y el requerimiento de riego fue de 3280 m3 (diferencia de 4884.8 m3). Se sugiere realizar revisiones periódicas a los equipos de riego. González (2016), estudió en la microcuenca Alto Río Ubaté, la relación entre la agricultura y el agua a partir de dos cultivos: papa (Solanum tuberosum) y pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum Hochst. ex Chiov.). Se encontró que las diferencias en los valores estimados de huella hídrica estaban relacionadas con el volumen de insumos empleados, los rendimientos, la interrelación del agricultor con el recurso hídrico y por supuesto su entorno. Concluye que la Huella Hídrica no solo aporta un valor numérico, sino que es un indicador a considerar para la planeación y ejecución de una actividad productiva en una cuenca. Es decir, para la toma de decisiones. CIAT (2016), realizó en el 2013, la Cuantificación de la Huella Hídrica en el cultivo de papa bajo dos esquemas de manejo agronómico: tradicional vs. Conservación
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que facilite una gestión más eficiente del agua en el sistema productivo. La investigación fue desarrollada en colaboración con FUNDESOT y se calculó la ETc, la precipitación y percolación a través del programa CROPWAT de la FAO. Dentro de las conclusiones del estudio se encontró que la producción del tubérculo bajo el sistema de conservación obtuvo una huella hídrica menor, al igual que se presentó una menor pérdida de nutrientes, lo que disminuye los costos de producción. El uso de abonos verdes produjo una disminución en el volumen de fertilizantes químicos aplicados (disminuyendo la huella hídrica gris) sin afectar el rendimiento del cultivo. La disminución de la Huella hídrica comparando el sistema de conservación con respecto al sistema tradicional, tuvo una disminución entre el 14 y el 20 %. La agricultura de conservación mejora las propiedades de los suelos, disminuye los costos de producción aumentando la rentabilidad del cultivo de papa. 2.8.3 Gestión del recurso hídrico. El Plan de Gestión Ambiental Regional de la Corporación Autónoma Regional de Boyacá CORPOBOYACÁ 2009-2019, desarrolla el proyecto de Gestión de la Oferta Hídrica con componentes como: Uso Eficiente y Ahorro del Agua, Conocimiento de acuíferos y Planes de Ordenamiento y Manejo de Cuencas. Esta entidad busca garantizar la sostenibilidad del agua relacionando el ciclo hídrico “con una cadena de interrelaciones entre diferentes componentes de la naturaleza, abordando su administración y manejo desde una perspectiva ambiental integral”. (CORPOBOYACÁ, 2009). En la Política Nacional para la Gestión Integral del Recurso Hídrico (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010), es la carta de navegación que permite hacer un uso eficiente del recurso hídrico ya que se establece que el agua es un bien natural de uso público administrado por el Estado a través de los diferentes entes ambientales. Establece objetivos, estrategias, metas, indicadores y líneas de acción eco-estratégica para el manejo del recurso hídrico acorde a las características del entorno. Esta política está proyectada a un horizonte de 12 años. Arévalo et al., (2010), en el Estudio nacional de Huella Hídrica del Sector Agrícola en Colombia, se realizó un análisis de cada una de las huellas (azul, verde y gris), identificando impactos en las áreas económica, social y ambiental de los sistemas productivos objetivo de la investigación. El trabajo realiza una serie de recomendaciones: en el Sector público, referentes al fortalecimiento de las políticas gubernamentales orientadas a la gestión del recurso hídrico y el entorno; en el Sector privado, se sugiere difundir el concepto de Huella hídrica a nivel empresarial y respecto a la Sociedad civil, se recomienda la difusión del indicador y sensibilización de la comunidad frente a la situación actual de disponibilidad de agua. Arévalo y Campuzano (2013), realizaron la Evaluación de la Huella hídrica en la cuenca del rio Porce para los sectores agropecuario, industrial, doméstico, energía hidroeléctrica y minería. Se evaluó la reducción en la disponibilidad de agua para consumo de la comunidad como consecuencia de las actividades antrópicas que
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produjeron la contaminación de este importante cuerpo de agua y sus afluentes; esta situación se convirtió en el principal problema ambiental identificado en la cuenca. Este estudio sirvió de apoyo para la toma de decisiones y fue un avance respecto al enfoque participativo que se empleó tanto en la parte operativa, como en el diseño y formulación de alternativas de reducción del indicador. 2.8.4 Contaminación por Nitrógeno. Arias (2009) en su estudio, afirma que el nitrógeno (N) es el nutriente más limitante en la producción cafetera en nuestro país. Se presentan pérdidas a través de volatilización, desnitrificación y lixiviación. Las pérdidas por lixiviación se evaluaron en cuatro unidades de suelos con características de textura y mineralogía diferentes: San Simón (Eutropept, franco-arenosa), Montenegro (Fulvudands, franco-arenosa), Chinchiná (Melanudands, franca) y Doscientos (Dystropept, franco-arcillosa). Las pérdidas totales de N (N- NH4
+ N- NO3-) fueron del 33% en la unidad San Simón, 42% en Montenegro, 36%
en Chinchiná y 23% en Doscientos. Estos resultados se atribuyeron a características del suelo como contenido de materia orgánica, pH, actividad microbiológica y mineralogía. La investigación se realizó para desarrollar alternativas de reducción de costos de producción y mitigar el impacto ambiental generado por la lixiviación de nitrógeno. Carmona (2010), calculó la Huella gris de la agricultura teniendo en cuenta el efecto de fertilizantes y pesticidas. El volumen total de agua requerida para diluir el nitrógeno se calcula con el volumen de nitrógeno lixiviado y el límite admisible en el
agua según la norma de la EPA 2005 (10 mg‧l-1medidos como nitrógeno). Se estimó un factor de lixiviación del 10% del volumen de nitrógeno. La pérdida de este nutriente durante el crecimiento de los cultivos es variable y depende de diferentes factores como el tipo de cultivo y las técnicas de producción empleadas. La información requerida para el cálculo se obtuvo de las bases de datos suministradas por la FAO como FERTISTAT. Cheng et al., (2011), investigaron la huella hídrica gris como indicador de la contaminación acuática. Se calcularon las tendencias pasadas y futuras relacionadas con el Nitrógeno producto de las actividades humanas (antropogénico) en los principales ríos del mundo empleando el modelo Global NEWS. En el periodo de tiempo objeto de estudio, se observó un aumento en los niveles de contaminación del agua entre 1970 y 2000. Los mayores niveles de contaminación se encontraron en corrientes hídricas de zonas tropicales y subtropicales. En este último año, cerca de 2/3 de las cuencas presentaron valores superiores a 1, lo que refleja la capacidad de asimilación de la contaminación. Sin embargo, se aclara en el artículo, que niveles inferiores a 1, no garantizan que en determinados periodos del año no se presente eutrofización a nivel de subcuenca. Se interpretan los resultados, como una grave contaminación del agua producida por fertilizantes y estiércol.
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Verge et al. (2016), menciona que en la agricultura se presentan interrelaciones complicadas entre cultivos, suelos, suministro y demanda de nutrientes, variabilidad climática, entre otros. El concepto de Huella hídrica gris que representa el volumen de agua dulce requerido para asimilar contaminantes en niveles permisibles, presenta inconvenientes al ser aplicado en la agricultura. Se estudió el efecto del paso del tiempo en el cálculo de las huellas grises anuales, analizando 30 años de concentraciones diarias promedio de nitrato-nitrógeno (NO3
- N) en el agua de lixiviado y de escorrentía, derivada de un modelo basado en sistemas de producción de maíz y soja.
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3. MATERIALES Y MÉTODOS
Para la estimación de la Huella Hídrica del cultivo de papa en tres municipios de Boyacá, se empleó la metodología de Huella Hídrica de Hoekstra y Chapain (2011) establecida en el Manual de la Red Internacional de Huella Hídrica Water Footprint Network (WFN), la cual abarca componentes de tipo cualitativo y cuantitativo. Esta metodología se compone de 4 fases:
Figura 4. Fases de la metodología de la WFN para estimación de la Huella Hídrica
Fuente: Manual de Huella Hídrica. Hoekstra y Chapain (2011).
Según el Centro Internacional de Agricultura Tropical CIAT (2016) y el Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura IICA, cuando se habla de “Estimación” de la Huella Hídrica, ésta se realiza a partir de información secundaria.
3.1 FASE 1. ESTABLECIMIENTO DE OBJETIVOS Y ALCANCE
Se estimaron las Huellas azul, verde y gris de la fase agrícola del cultivo de papa (Solanum tuberosum), en tres municipios productores del departamento de Boyacá: Ventaquemada, Toca y Samacá, en el periodo 2011-2015 y el ciclo productivo estudiado corresponde al semestre A de la siembra.
Se recolectó información primaria a través de la aplicación de encuestas a productores del tubérculo, entrevistas a profesionales y funcionarios vinculados a la producción del cultivo. La información secundaria fue el resultado de la revisión documental de bases de datos de fuentes oficiales y trabajos de investigación, que permitieron la recopilación de las variables necesarias para la estimación de la huella hídrica en el cultivo de papa.
3.1.1 Encuesta. Se realizó un cuestionario de 34 preguntas (Anexo A), orientadas a la recopilación de información de tipo técnico, manejo del recurso hídrico en el ciclo productivo del cultivo y percepción de la comunidad frente al uso del agua.
Establecimiento
de objetivos y
alcance
Contabilización
de la Huella
Hídrica
Análisis de
resultados y
sostenibilidad
Formulación de
alternativas
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Para el cálculo del tamaño muestral, se tomó como universo el número de productores de papa en cada municipio de acuerdo a información suministrada por la Secretaría de Fomento Agropecuario de Boyacá y el Departamento Administrativo Nacional de Estadística DANE. El tamaño muestral fue calculado a través del método estratificado empleando la ecuación (1):
𝑛𝑜=
𝑍2 𝑃 𝑄
𝑒2
(Ecuación 1)
Se corrigió el tamaño muestral con la ecuación (2):
𝑛 =𝑛𝑜
1+𝑛𝑜𝑁
(Ecuación 2)
Donde:
no= Tamaño muestral Z2 = nivel de confiabilidad = 1.96 P = 0.5 Q = 0.5 e2= 0.05 N = Universo muestral
Tabla 3. Tamaño muestral
Municipio No. de productores de papa
Tamaño muestral
Toca 1.600 123
Samacá 1.225 62
Ventaquemada 620 161
TOTAL 3.445 346
Fuente: Autora.
Una vez determinado el tamaño muestral (tabla 3), se procedió al levantamiento de la información a través de la encuesta dirigida a productores del tubérculo pertenecientes a los municipios que comprenden la zona de estudio: Toca, Samacá y Ventaquemada (figura 5).
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Figura 5. Recopilación de información primaria a través de encuestas en la zona de estudio.
Fuente: Autora
3.2 CONTABILIZACIÓN DE LA HUELLA HÍDRICA DEL CULTIVO DE PAPA (S. tuberosum), EN LOS MUNICIPIOS DE VENTAQUEMADA, TOCA Y SAMACÁ.
Se estimaron las Huellas Hídricas Verde, azul y gris del cultivo de papa (S. tuberosum) en la fase agrícola del periodo 2011-2015, empleando el modelo Cropwat 8.0 de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y Alimentación (FAO,2009), información primaria obtenida a través de las encuestas y datos de clima, cultivo y suelo. 3.2.1 Bases de datos. Para la Estimación de la Huella Hídrica del cultivo de papa, se requiere información de tipo climático (Anexo B), de cultivo y de suelo; en la tabla 4 se exponen las variables requeridas para el procesamiento en el modelo CROPWAT 8.0 y las fuentes a partir de las cuales, se obtuvo la información:
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Tabla 4. Variables requeridas para el modelo Cropwat 8.0 de la FAO.
TIPO VARIABLE FUENTE
CLIMA*
Temperatura media máxima (T°) 12 estaciones climáticas.
Instituto de Hidrología,
Meteorología y Estudios
Ambientales IDEAM. Seccional
Duitama.
Temperatura media mínima (T°)
Precipitación mensual (mm)
Humedad Relativa (%)
Brillo solar (Horas)
Velocidad del viento (m‧s-1)** Cropwat 8.0 FAO
CULTIVO
Coeficiente del cultivo (Kc) CORPOICA, 2006
Factor de respuesta a productividad
(Ky) Riego y drenaje 33. FAO
Duración etapas de crecimiento Riego y drenaje 33. FAO
Fracción de agotamiento crítico Riego y drenaje 33. FAO
Profundidad Radicular Gutiérrez citado por Camargo y Veloza, 2002.
Altura del cultivo Evapotranspiración del cultivo.
Guía 56. FAO
Fecha de siembra Encuestas y Departamento Administrativo Nacional de
Estadística DANE
SUELO
Tipo de suelo Camargo y Veloza, 2002.
Capacidad de campo (CC) Camargo y Veloza, 2002.
Punto de marchitez permanente
(PMP)
Camargo y Veloza, 2002.
Humedad de Suelo Disponible Cálculo autora
Tasa máxima de infiltración Amézquita, 2015
Agotamiento inicial de humedad del
suelo (% ADT)
Riego y drenaje 33. FAO
Fuente: Autora * Los datos climáticos del periodo 2011-2015 obtenidos en el IDEAM, se confrontaron con datos históricos para analizar el comportamiento de estas variables de acuerdo a lo recomendado por la Organización Meteorológica Mundial. Los periodos históricos fueron: Toca periodo 1992-2015 y para Samacá y Ventaquemada 1986-2015.
* *Dado que la información de la variable climática Velocidad del Viento es mínima en las Estaciones climáticas de la Red de Monitoreo del IDEAM ubicadas en la zona de estudio, ésta debió ser estimada por el modelo Cropwat 8.0 de la FAO.
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Otras variables requeridas para el cálculo de las Huella Hídricas azul, verde y gris se relacionan en la tabla 5: Tabla 5. Otras variables empleadas en la estimación de la Huella Hídrica
PARÁMETRO FUENTE
Rendimientos del cultivo Secretaría de Fomento Agropecuario de Boyacá
Tasa de aplicación fertilizantes Encuestas
Fracción de lixiviación y escorrentía Franke, 2013
Concentración máxima permisible Resolución 2115 de 2007
Concentración natural Hoekstra y Chapain (2011)
Fuente: Autora.
La información climática del periodo 2011-2015, se obtuvo de 12 estaciones ubicadas en la zona de estudio y que forman parte de la Red de Monitoreo del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM (tabla 6). Dichos datos fueron confrontados con información histórica así: Toca 23 años (1992-2015) y Samacá y Ventaquemada 30 años (1986-2015).
Tabla 6. Estaciones empleadas pertenecientes a la Red de Monitoreo del IDEAM.
Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM. Seccional Duitama.
CÓDIGO NOMBRE
ESTACIÓN
MPIO. TIPO LATITUD LONGITUD ELEVACIÓN
m.s.n.m.
24035130 U.P.T.C. Tunja CP 05°33” N 73°21” W 2.690
24035040 LA COPA Toca CO 05°34” N 73°12” W 2.700
24035300 SAN CRISTOBAL Toca ME 05°35” N 73°11” W 2.700
24035170 TUNGUAVITA Paipa AM 05°44” N 73°06” W 2.470
24015220 VILLA DEL
CARMEN
Samacá CP 05°30” N 73°29” W 2.600
24015300 VILLA DE LEYVA Villa de L. CP 05°39” N 73°32” W 2.215
24035120 SURBATABONZA Duitama AM 05°48” N 73°04” W 2.485
35095030 EL TÚNEL Cuítiva CO 05°34” N 72°56” W 3.000
35085020 RONDÓN Rondón CO 05°21 N 73°12” W 2.120
35070020 VENTAQUEMADA Ventaq PM 05°22” N 73°31” W 2.630
35075010 NUEVO COLÓN Nuevo
Colón
AM 05°21” N 73°27” W 2.438
35075030 VILLA LUISA Ramiriquí CO 05°25” N 73°20” W 2.200
49
3.2.2. Modelamiento en Cropwat 8.0. La Dirección de Fomento de Tierras y Aguas de la FAO, desarrolló este modelo que permite el cálculo del requerimiento hídrico de diferentes cultivos, su respuesta al aporte de agua y el comportamiento en condiciones ambientales y de manejo diversas (Terán et al, 2006).
El programa Cropwat 8.0, es un modelo empleado para el cálculo de la Evapotranspiración de los cultivos a partir de la fórmula de Penman-Monteith, los Requerimientos hídricos de un cultivo, la precipitación efectiva entre otras variables, necesarias para el cálculo de la Huella Hídrica del cultivo de papa. Los módulos del programa empleados para los cálculos del presente estudio, se describen a continuación:
Tabla 7. Módulos de Cropwat 8.0
MÓDULO DATOS DE ENTRADA DATOS DE SALIDA
CLIMA/ETo
Temperatura media mínima Temperatura media máxima Humedad relativa Viento Insolación
Radiación solar Evapotranspiración de referencia ETo.
PRECIPITACIÓN
Precipitación Precipitación efectiva
CULTIVO
Coeficiente del cultivo (Kc) Duración etapas de crecimiento. Profundidad radicular. Fracción de agotamiento crítico. Factor de respuesta a la productividad (Ky). Altura del cultivo.
SUELO
Nombre del suelo Humedad de suelo disponible total (CC-PMP) Tasa máxima de infiltración de la precipitación Profundidad radicular máxima, Agotamiento inicial de humedad de suelo (%ADT).
Humedad de suelo inicialmente disponible.
REQUERIMIENTO DE AGUA DEL CULTIVO
Clima/ETo Precipitación Cultivo
PROGRAMACIÓN DE RIEGO DEL CULTIVO
Clima/ETo Precipitación Cultivo Suelo
Evapotranspiración agua verde y azul. Requerimiento hídrico del cultivo. Precipitación efectiva. Requerimiento de riego. Irrigación efectiva.
Fuente: Autora.
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Con la información obtenida en los módulos anteriores del programa CROPWAT 8.0 de la FAO, se procede a calcular las Huellas Hídricas del cultivo de papa en la zona de estudio.
3.2.3 Cálculo de la Huella Hídrica Verde. La Huella hídrica verde, corresponde al agua proveniente de la precipitación que es aprovechada por la planta, que no se pierde por Escorrentía superficial (ES) ni por Percolación profunda. Se emplea la Ecuación 3:
𝐻𝐻𝑣𝑒𝑟𝑑𝑒 =𝐶𝑊𝑈𝑣𝑒𝑟𝑑𝑒
𝑌 (Vol/masa) (Ecuación 3)
Donde
CWU verde = requerimiento hídrico del cultivo (componente verde)
Y = rendimiento del cultivo (ton‧ha-1).
El componente verde (CWU verde) es igual a la Precipitación efectiva (Ppef), entonces:
𝐻𝐻𝑣𝑒𝑟𝑑𝑒 =𝑃𝑃𝑒𝑓
𝑌 (Vol/masa) (Ecuación 4)
Ppef = Precipitación efectiva (m)
Y = rendimiento del cultivo (ton‧ha-1).
Los valores de rendimiento se obtuvieron a través de la Secretaría de Fomento Agropecuario de la Gobernación de Boyacá.
3.2.4 Cálculo de la Huella Hídrica Azul. La Huella hídrica azul corresponde al volumen de agua de riego aprovechado por la planta. Es el cociente entre el
requerimiento de agua proveniente de riego y el rendimiento del cultivo en ton‧ha-1.
La fórmula empleada para el cálculo se describe a continuación:
𝐻𝐻𝑎𝑧𝑢𝑙 =𝐶𝑊𝑈𝑎𝑧𝑢𝑙
𝑌 (Vol/masa) (Ecuación 5)
Donde:
CWUazul riego = Componente azul o requerimiento hídrico de riego del cultivo.
Y = rendimiento del cultivo (ton‧ha-1).
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Para el cálculo del requerimiento de agua de riego del cultivo, se sustrae del valor de requerimiento hídrico, la precipitación efectiva y valores obtenidos en el módulo Programación de riego del modelo Cropwat 8.0:
CWU azul riego = CWU - Ppef (Ecuación 6)
El cálculo de los requerimientos hídricos verde y azul CWU, se realizó a partir de la
acumulación de la Evapotranspiración diaria ET (en mm‧día-1) durante el ciclo vegetativo del cultivo a través del modelo Cropwat 8.0:
Requerimiento hídrico verde:
𝐶𝑊𝑈𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛 = 10 × ∑ 𝐸𝑇𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛
𝑙𝑔𝑝
𝑑=1
Requerimiento hídrico de riego azul:
𝐶𝑊𝑈𝑏𝑙𝑢𝑒 = 10 × ∑ 𝐸𝑇𝑏𝑙𝑢𝑒
𝑙𝑔𝑝
𝑑=1
Donde:
ET = Evapotranspiración 10 = Factor de conversión de profundidad del agua en mm a volúmenes de agua de
superficie en m3‧ha-1. Lgp = Duración del periodo de crecimiento en días que abarca desde el día de
siembra al día de cosecha.
3.2.5 Cálculo de la Huella Hídrica Gris. La Huella Hídrica gris hace referencia al volumen de agua necesario para asimilar una carga contaminante. Para el presente estudio se seleccionó el nitrógeno como contaminante crítico dado que posee alta movilidad en el suelo y al lixiviarse genera contaminación en las aguas subterráneas.
Para el cálculo del componente gris se emplea la ecuación:
𝐻𝐻𝑔𝑟𝑖𝑠 =(𝛼 𝑥 𝐴𝑅)/(𝐶𝑚𝑎𝑥−𝐶𝑛𝑎𝑡)
𝑌 Vol/masa (Ecuación 7)
Donde: α = fracción de lixiviación y escorrentía
AR = Cantidad de Nitrógeno aplicado en la fase agrícola (Kg‧año-1).
Cmax = Concentración máxima aceptable (Kg‧ m3-1)
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Cnat = Concentración natural (Kg‧ m3-1)
Y = Rendimiento del cultivo de papa (T‧ha-1). Para la concentración máxima se tuvo en cuenta la Resolución 2115 de 2007, la
cual expresa la concentración máxima para los nitratos en 10 mg‧ l-1. 3.2.6 Sistematización y tratamiento de la información 3.2.6.1 Corrección y llenado de datos. Dado que la información climática presentaba algunos datos faltantes, se llevó a cabo un proceso de llenado de los mismos a través del Método de los promedios para series estocásticas y que ofrece resultados confiables. Se realizó un análisis de consistencia de datos a través de curvas de doble masa, método que indicó la correlación de los mismos.
3.2.6.2 Interpolación. Dado que no se encontró una estación meteorológica en el municipio de Ventaquemada que recopilara la información climática requerida, se tomó como punto de partida los datos obtenidos en las 12 estaciones dispersas (tabla 6), para realizar una interpolación que facilitara la proyección de esta información requerida para el modelamiento en CROPWAT 8.0.
Para validar el comportamiento y tendencia de las variables climáticas en el periodo 2011-2015, se cargó la información mensual de las variables correspondientes a la zona de estudio y al periodo de tiempo requerido. Se escogió el método de interpolación espacial de Distancia inversa ponderada IDW (Inverse Distance Weighted) y se empleó el programa ArcGIS 10.3 de ESRI.
3.3 Análisis de sostenibilidad Se analizó el comportamiento de los parámetros climáticos en el periodo de estudio con respecto a información histórica de la zona. Se calculó el Índice de Uso de Agua (IUA) para determinar la presión de la demanda hídrica del cultivo de papa sobre la oferta hídrica de fuentes superficiales pertenecientes a la zona de estudio y seleccionadas de acuerdo a lo encontrado en la zona. 3.4 Formulación de estrategias. La formulación de estrategias se enfocó en el análisis de los resultados obtenidos en las tres primeras fases de la metodología: Establecimiento de Objetivos y alcance, Contabilización de la Huella Hídrica y Análisis de sostenibilidad. Las propuestas están orientadas a una reducción de la Huella Hídrica del cultivo de papa que garanticen la seguridad alimentaria.
Se socializaron los resultados de la investigación con productores del tubérculo de la zona.
53
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. FASE 1: OBJETIVOS Y ALCANCE 4.1.1 Delimitación de la zona de estudio. El departamento de Boyacá es el segundo mayor productor de papa después de Cundinamarca; para el año 2017, Boyacá alcanzó una producción de 713.592 ton. (Riascos, 2017b). Según el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2004), el área de producción se encuentra distribuida en 81 municipios del departamento de Boyacá. Para el desarrollo del presente estudio, se seleccionaron los municipios de Toca, Samacá y Ventaquemada (figura 6), dada su relevancia en la producción del tubérculo a nivel departamental y nacional. Estas poblaciones se encuentran ubicadas en la zona centro del departamento de Boyacá.
Figura 6. Zona de estudio
Fuente: Autora. 2019.
La economía de estos municipios se basa en las actividades agropecuarias, siendo la producción de papa, la más importante desarrollada en la zona. Entre las principales problemáticas que deben afrontar los productores del tubérculo se encuentran: condiciones climáticas adversas, precios desfavorables del producto en el mercado, aumento en los costos de producción, mínimo acceso a riego, importaciones del producto, entre otras.
54
4.1.2 Generalidades del cultivo.
4.1.2.1 Establecimiento del cultivo. Según FEDEPAPA (2017c), la producción de papa comercial en nuestro país, se lleva a cabo entre los 2500 a los 3.000 m.s.n.m., con temperaturas medias entre los 12 y 18 °C y el establecimiento se realiza generalmente en temporada de lluvias. Para que el cultivo se desarrolle en condiciones óptimas requiere suelos de textura franca a franco-arenosa, con altos contenidos de materia orgánica y de pH entre 5 y 6.2 (Corchuelo, 2005).
La siembra se lleva a cabo en dos semestres conocidos como siembra de año grande y mitaca. La cantidad promedio de semilla empleada es de 15 cargas por hectárea dependiendo del tamaño del tubérculo. La semilla se coloca a 5 cm de profundidad, la distancia entre plantas es de 40 cm, entre surcos 1 m lo que arroja una densidad aproximada de 25.000 plantas/ha. De acuerdo a la información obtenida en la zona, la mayoría de los productores no emplean semilla certificada (más del 85%), debido, entre otros factores, a su costo el cual excede en cerca de un 30% el valor de la semilla tradicional. La semilla certificada posee ventajas como: calidad sanitaria, rendimiento y uniformidad de los tubérculos. Según Riascos (2017a), el uso de semilla certificada permite una producción de calidad para lo que se requieren estrategias que incentiven el uso de estas semillas ya que en sólo el 4% del área sembrada se empleó esta semilla como material de siembra. Los productores cuyo mercado objetivo son las Empresas de industrialización de la papa, emplean este tipo de semilla. Entre las variedades más comerciales se encuentran: Pastusa Suprema, Diacol Capiro (R12), Betina, Ica Única, Ica Huila, Tuquerreña y Rubí, entre otras. En la selección de la variedad a sembrar, se tienen en cuenta aspectos como el rendimiento, el mercado objetivo y condiciones de la zona. En la tabla 8 se observan las variedades más sembradas en la zona de estudio, de acuerdo a los resultados de la encuesta realizada en terreno. Tabla 8. Variedades de papa predominantes en la zona de estudio.
MUNICIPIO VARIEDADES
PREDOMINANTES
Toca Diacol capiro (R12)
Tuquerreña
Samacá
Pastusa Superior
Betina
Ica Huila
Ventaquemada
Pastusa Superior
Betina
Ica Huila
Fuente: Encuesta realizada en la zona de estudio.
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4.1.2.2 Desarrollo del cultivo. Fertilización. El requerimiento nutricional del cultivo de papa es alto. La dosis promedio empleada es de 1500 kilos por hectárea (15 cargas); esta cantidad se fracciona para su suministro en dos etapas: siembra y deshierba. Los fertilizantes y la semilla se emplean en una relación 1:1, es decir si se siembran 15 cargas de semilla, se suministran 15 cargas de fertilizante durante el ciclo del cultivo. En la zona de estudio se emplea el fertilizante 13-26-6 a la siembra y 15-15-15 en el reabone (compuestos Nitrógeno, Fósforo y Potasio).
De acuerdo a la información obtenida en la zona, se estiman 209 kilos de Nitrógeno suministrados al suelo por ciclo de cultivo de acuerdo a las cantidades y programación de fertilización que se manejan. Según la FAO (2012a), para lograr rendimientos importantes en el cultivo de papa, se requieren suministros de
Nitrógeno de 100 a 250 kg‧ha-1. Monómeros Colombo Venezolanos (1998), expone que la extracción de Nitrógeno en la producción de papa, se acerca a los 160 kilos sin incluir las pérdidas por lixiviación o volatilización. La fertilización se realiza sin un análisis de suelos previo y su aplicación se basa en la experiencia. Los productores no incluyen dentro de las prácticas de cultivo, la realización de análisis de suelos: Toca (91,3%), Samacá (86%) y Ventaquemada (89,2%). Figura 7. Rejadeada y deshierba del cultivo de papa en Samacá
Fuente: Autora.
Rejadeada y Deshierba. Se realiza un pase al suelo con caballo y posteriormente se concluye con azadón el levantamiento del surco (figura 7). Estas labores tienen
56
como propósito controlar las malezas, estimular el proceso de formación de los tubérculos y apoyar el control de plagas de importancia económica que puedan afectar la producción. Esta labor minimiza tiempo y costos de producción por el ahorro en mano de obra. 4.1.2.3 Control fitosanitario. La producción de papa es una de las actividades agrícolas que demandan la mayor cantidad de fungicidas, plaguicidas y fertilizantes (Consejo Nacional de la papa, 2010). Los insectos plaga de mayor importancia económica son: la Polilla Guatemalteca (Tecia solanivora) y Gusano Blanco (Premnotrypes vorax). La enfermedad de mayor importancia económica es la Gota de la papa (Phytophthora infestans); otras enfermedades que afectan al cultivo son: Tizón temprano (Alternaria solani), Rhizoctoniasis (Rhizoctonia solani) y Mortaja blanca (Rosellinia sp).
De acuerdo a la información obtenida en la zona, el promedio de aplicaciones para el control de plagas y enfermedades por ciclo de cultivo es de 13 y se distribuyen así: 10 a la rama y 3 para polilla y/o gusano blanco. El número de aplicaciones puede aumentar dependiendo de las condiciones climáticas que se presenten y el nivel de incidencia de las plagas y enfermedades. Según González (2012), en el país se realizan aproximadamente 9 aplicaciones para el control de Gota y 3 para el control de Gusano blanco y Polilla guatemalteca, cifras que se encuentran por debajo del promedio de 15 a 25 que se presentan en otros países. Según lo expresado por los productores, las aplicaciones a la rama se realizan en un lapso de 7 a 10 días aproximadamente. Las aplicaciones para polilla y gusano blanco se realizan en la deshierba, aporque y floración; dependiendo de las condiciones climáticas puede aumentar su número. En la última inyectada para control de polilla se aplica más agua y más producto por encontrase cerca a la madurez. Para las aplicaciones se utilizan fumigadoras de espalda y fumigadoras estacionarias; éstas últimas poseen ventajas como la disminución en costos de mano de obra y optimización del tiempo de labor. Control de malezas. Las malezas compiten con el cultivo por agua, alimento, luz y espacio. Al indagar con los agricultores el tipo de control que realizan, se encontró que el control químico con herbicidas selectivos, sigue siendo el sistema más usado: Toca: 85,7%, Samacá 79,6% y Ventaquemada 86,1%. Algunos productores realizan dos tipos de control: químico y manual. 4.1.2.4 Cosecha. Los valores de rendimiento que se obtengan dependen de las condiciones climáticas, el acceso a riego, la semilla y variedad empleadas, entre otros. Según FEDEPAPA (2017b), el rendimiento promedio del cultivo en el
departamento de Boyacá es de 19.7 ton‧ha-1. El Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de Colombia y la FAO, 2013, reporta en variedades como
Diacol Capiro y Pastusa suprema, rendimientos superiores a las 30 y 45 ton‧ha-1.
57
En la tabla 9, se relacionan los valores de área sembrada, área cosechada, producción y rendimiento del cultivo para el Semestre A periodo 2011- 2015. Tabla 9. Producción en la zona de estudio Semestre A periodo 2011-2015
Municipio Área sembrada
(has)
Área cosechada
(has)
Producción (ton.)
Rendimiento
(ton‧ha)
TOCA
2011 1.200 1.100 7.700 7
2012 1.200 1.100 11.000 10
2013 1.300 1.200 14.000 12
2014 1.150 950 8.550 9
2015 1.225 1.000 8.500 8,5
SAMACÁ
2011 3.481 3.481 64.458 18,5
2012 800,6 789,5 23.685 30
2013 2.300 2.000 50.000 25
2014 630 620 17360 28
2015 620 610 17.080 28
VENTAQUEMADA
2011 1.900 1.800 22.000 12,2
2012 2.000 1.900 47.500 25
2013 100 100 1.500 15
2014 1.500 1.200 36.000 30
2015 1.600 1.400 42.000 30
Fuente: Secretaría de Fomento Agropecuario de Boyacá (2.016)
4.1.2.5 Empleo de agua en el cultivo. Las necesidades hídricas del cultivo se suplen a través de las precipitaciones y/o el suministro de riego (figura 8). La planta de papa es muy sensible al estrés hídrico y para llegar a los niveles de productividad esperados, deben verse suplidos sus requerimientos de agua, situación que se ve afectada por el difícil acceso de los productores de la zona de estudio a riego y los efectos de la variabilidad climática que han llevado al régimen normal de lluvias a cambios sustanciales. Según FAO (2012a), el déficit hídrico influye en la cantidad y calidad de los tubérculos y en la formación de estolones. A partir de información obtenida en la zona, se encontró que el 100% de los productores encuestados desconocen el volumen de agua empleado en el riego y la cantidad requerida para suplir las necesidades del cultivo. Para determinar el tiempo de riego se guían por la observación, detallando el grado de saturación de agua en el suelo. El sistema de riego más empleado es por Aspersión. La decisión de la aplicación del riego y su frecuencia, depende de los patrones climáticos que han presentado cambios en el comportamiento de los mismos atribuido a los efectos del cambio climático. El riego es importante para el control de plagas como la polilla guatemalteca de la papa.
58
Figura 8. Preparación mezclas de producto para aplicaciones
Fuente: Autora. La mayor parte de los productores encuestados que aplican riego, afirman tomar el agua de un reservorio (Toca 75%, Samacá 82% y Ventaquemada 87,2%), el segundo lugar en la encuesta, lo obtuvo la captación de un río: en el caso de Toca el río Chorrera (figura 9), para el caso de Ventaquemada y Samacá el río Teatinos. La frecuencia de suministro más presentada es de cada dos semanas. Figura 9. Río Chorrera municipio de Toca
Fuente: Autora.
59
Uso de agua en aplicaciones. Como se mencionó anteriormente, en la zona de estudio se lleva a cabo un promedio de 13 aplicaciones: 10 a la rama y 3 para polilla y/o gusano blanco, éstas últimas dirigidas a fumigar el suelo y el primer tercio de la planta (llamadas inyectadas). Se emplean fumigadoras de espalda y estacionarias. Las mezclas se realizan generalmente en canecas de 200 litros y algunos productores aumentan la cantidad de agua de las aplicaciones para economizar producto rebajando la eficiencia de los productos y poniendo en riesgo sanitario el cultivo (figura 10). De acuerdo a la información obtenida en campo se calcula un
promedio mínimo de 3.900 m3‧ha-1de agua empleados en las aplicaciones de
producto. Este volumen varía de acuerdo a las condiciones climáticas que pueden repercutir en la incidencia de plagas y enfermedades y en el número de fumigaciones para su control. Figura 10. Uso de Reservorio Vereda Guantoque, Samacá
Fuente: Autora.
Cuidado del agua. Los productores del tubérculo reconocen la conservación del agua como Muy Importante: Toca 97,7%, Samacá 93,5% y Ventaquemada 88,8%. Cuando se les inquirió respecto a si las prácticas del cultivo ocasionan contaminación de las fuentes hídricas, en Toca 48%, Samacá 55,7% y Ventaquemada 49,1% consideran que SI e indican que lo producen prácticas como la aplicación de agroquímicos y la disposición final inadecuada de envases y empaques. En la zona de estudio, los agricultores encuestados aseveran que han realizado actividades de cuidado del agua: Toca 58,9%, Samacá 43,5% y Ventaquemada 45,2%; las prácticas que predominaron en los resultados de la encuesta fueron: la
60
recolección de empaques y la siembra de árboles. Además, afirman que han notado una disminución del caudal de las fuentes hídricas de su sector.
Respecto a si consideran que llevan a cabo un ahorro de agua en la producción del cultivo, respondieron afirmativamente el 41,1% en Toca, el 29% en Samacá y el 36,7% en Ventaquemada y dicen realizarlo a través de prácticas como la disminución de tiempo de riego y el mantenimiento de los equipos de riego empleados para tal fin. 4.1.2.6 Costos de producción. Según FEDEPAPA (2017b), el costo de producción promedio en Boyacá es de $15.903.167 por Hectárea, distribuidos de la siguiente manera: Figura 11. Distribución costos de producción cultivo de papa en Boyacá.
Fuente: Federación Colombiana de productores de papa FEDEPAPA. 2017b.
Insumos como semilla, abonos y enmiendas, representan el valor más alto de los costos de producción: 36%; la mano de obra el 29% empleada en labores propias del sistema productivo como aplicación fertilizantes y productos de control fitosanitario, siembra, deshierba, aporque, cosecha, empaque, pesaje y cargue. La compra de productos para el control de plagas y enfermedades ocupa el tercer puesto de los costos con un 14%. Otros ítems incluidos en los costos del cultivo son: transporte (9%), arrendamiento (6%), maquinaria (3%) y empaques (3%).
0%
10%
20%
30%
40%
36%
29%
14%
9%6% 3% 3%
INSUMOS MANO DE OBRA
PRODUCTOS CONTROL FITOSANITARIO TRANSPORTE
ARRENDAMIENTO TIERRA MAQUINARIA Y EQUIPOS
EMPAQUES
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4.2 FASE 2: CÁLCULO DE LA HUELLA HÍDRICA DEL CULTIVO DE PAPA 4.2.1 Manejo información climática. La información climática fue obtenida de 12 Estaciones ubicadas en el área de estudio y cuyos criterios para su selección fueron: ubicación, categoría, estado, fecha de instalación y que incluyera la información de los parámetros dentro de los tiempos requeridos (Anexo B). Se observa, en la figura 12, la distribución de las estaciones seleccionadas dentro del área de estudio. Figura 12. Estaciones empleadas en el área de estudio.
Fuente: Autora con información suministrada por el IDEAM.
El proceso de llenado de datos se realizó a partir del Método de los promedios para series estocásticas y el análisis de consistencia a través de curvas de doble masa.
Interpolación. Para obtener la información climática mensual del municipio de Ventaquemada, fue necesario realizar 300 interpolaciones a partir de los datos de las 12 estaciones meteorológicas dispersas ubicadas en el área de estudio, lo cual permitió conocer el comportamiento y tendencia de las variables climáticas en el periodo 2011-2015 (figura 12). Se escogió el método de interpolación espacial de Distancia inversa ponderada IDW (Inverse Distance Weighted) dado que los datos presentaron a través de este método una variación más uniforme de los mismos. Se empleó el programa ArcGIS 10.3 de ESRI.
62
Según Villatoro et al (2008), el uso del interpolador Kriging es recomendado cuando la intensidad de muestreo es alta.
4.2.2 Modelamiento en Cropwat 8.0. Para realizar la estimación de los valores de Huella Hídrica verde y azul, se realizó el ingreso de la información referente a clima, cultivo y suelos en el modelo Cropwat 8.0 de la FAO. A continuación, se exponen los módulos diligenciados: Módulo clima ETo Penman Monteith. A partir del ingreso de la información climática obtenida de las Estaciones Meteorológicas del IDEAM seleccionadas, el modelo calculó los valores de Evapotranspiración de Referencia (ETo).
Figura 13. Datos de entrada Módulo ETo Penman Monteith Cropwat 8.0
Fuente: Autora
Módulo Precipitación mensual. Con el ingreso de información de precipitación se obtiene en este módulo los valores de precipitación efectiva a partir de los cuales se calcula la Huella Hídrica Verde del cultivo.
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Figura 14. Módulo Precipitación mensual
Fuente: Autora.
La precipitación efectiva hace referencia al volumen de agua lluvia que es aprovechada por el cultivo, Para su cálculo se seleccionó la fórmula del Servicio de Aguas de la FAO que combina la precipitación confiable y las pérdidas estimadas a través de Escorrentía Superficial (ES) y Percolación Profunda (PP).
Módulo Cultivo
En este apartado del modelo Cropwat 8.0, se ingresa información referente al cultivo de papa y obtenida a partir de diferentes fuentes. Figura 15. Módulo Cultivo
Fuente: Autora.
64
• Fechas de siembra. De acuerdo al calendario de siembras del periodo 2011-2015 del cultivo de papa recopilado por el DANE. El módulo calculó la fecha de cosecha.
• Coeficiente del cultivo (Kc). Varía según el clima y el estado vegetativo de la
planta, es decir, están correlacionados con las etapas de crecimiento. La
información de esta variable fue suministrada por CORPOICA, (2006).
• Duración etapas de crecimiento. Se clasifican en: inicial, desarrollo del cultivo, mediados de temporada y final de temporada (FAO, 2006). Para efectos del modelamiento se obtuvo la información de la serie Riego y Drenaje 33 de la FAO.
• Profundidad radicular. Camargo y Veloza (2002)
• Agotamiento crítico. Nivel de humedad del suelo a partir de la cual se presenta
estrés hídrico (FAO,2010). Dato de Riego y Drenaje 33 FAO.
• Respuesta rendimiento (Ky). Reducción de la productividad en relación a la
reducción de la Evapotranspiración del cultivo (ETc). Información obtenida de
Riego y Drenaje 33 FAO.
• Altura del cultivo. Guía 56 FAO
Módulo Suelo. Para efectos de visibilizar de una manera más clara el comportamiento de los resultados de las Huellas Hídricas en cada uno de los municipios de la zona de estudio en el periodo 2011-2015, se llevaron a cabo los cálculos teniendo como referencia un suelo Franco arenoso.
Figura 16. Módulo Suelo
Fuente: Autora.
• Humedad de suelo disponible total (CC-PMP). Es la cantidad total de agua disponible para el cultivo. Se calculó a partir de información de Capacidad de Campo, Punto de Marchitez permanente, Densidad aparente y Profundidad radicular (Camargo y Veloza, 2002) a partir de la ecuación:
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𝐿𝑎 (𝑚𝑚
𝑚) =
𝐶𝐶 − 𝑃𝑀𝑃
100∗ 𝐷𝑎 ∗ 𝑃𝑟
• Tasa máxima de infiltración. Lámina que puede infiltrar el suelo en 24 horas. Dato tomado de Amézquita,2015.
• Profundidad radicular máxima. Camargo y Veloza (2002)
• Agotamiento inicial de humedad de suelo (% de ADT). Grado de ausencia hídrica en el suelo en el inicio del cultivo. Tomado de Riego y Drenaje 33 FAO.
• Humedad de suelo inicialmente disponible. Humedad al inicio del cultivo. Se calcula como el producto del Agua Disponible Total (ADT) por el Agotamiento inicial de humedad del suelo (FAO, 2010). Cropwat 8.0 calcula esta variable.
Módulo Requerimiento Riego del cultivo. En este módulo se obtiene los requerimientos hídricos del cultivo para suplir las pérdidas por Evapotranspiración. Este requerimiento se clasifica en precipitación efectiva y riego.
Figura 17. Módulo Requerimiento de Riego del cultivo
Fuente: Autora
Módulo Programación de Riego. A partir de los datos de salida obtenidos
en este módulo, se calculan las Evapotranspiraciones Verde y Azul.
66
Figura 18. Módulo Programación de Riego
Fuente: Autora
Para efectos de cálculos del presente trabajo de estimación, se asume que cada vez que se realiza esta labor se alcanza la capacidad de campo. ▪ Evapotranspiración verde: La metodología dice que se debe seleccionar el valor mínimo entre: el Requerimiento Hídrico del cultivo y la precipitación efectiva:
ET Verde = mín (Requerimiento Hídrico de cultivo, Precipitación efectiva). El Requerimiento hídrico del cultivo corresponde a la variable Uso potencial de agua del cultivo que se encuentra como dato de salida en el módulo. La Precipitación efectiva se encuentra bajo el mismo nombre. Una vez determinado el valor mínimo, se le adiciona el valor correspondiente a Déficit de Humedad en cosecha, dato arrojado por el programa. Este déficit de humedad relacionado con el estrés hídrico, debe ser adicionado a la evapotranspiración verde total. ▪ Evapotranspiración azul: Se selecciona el valor mínimo entre el Requerimiento de Riego y la Irrigación efectiva:
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ET Azul = mín (Requerimiento de Riego, Irrigación efectiva total). El Requerimiento de riego es equivalente al Requerimiento Real de Riego del módulo. La Irrigación efectiva se calcula restando de la Evapotranspiración total del cultivo (Uso real de agua del cultivo en el módulo) la Evapotranspiración verde. El valor mínimo entre el Requerimiento de Riego y la Irrigación efectiva corresponde al valor de Evapotranspiración de Agua Azul. A estos valores de Evapotranspiración Verde y Azul se les multiplica por 10 para
realizar la conversión a m3‧ha-1, posteriormente se dividieron entre el rendimiento del cultivo obteniéndose las Huellas Hídricas Verde y Azul de los municipios de la zona de estudio correspondientes al periodo 2011-2015. El cálculo detallado se encuentra en el Anexo D. Una vez procesados los datos de entrada en el modelo Cropwat 8.0 de la FAO módulos: clima, precipitación, cultivo, suelo, requerimiento de agua del cultivo y programación de riego, se estimaron los valores de las Huellas hídricas verde y azul de la zona de estudio durante el periodo 2011-2015. Módulo Programación de Riego opción No Regar.
Figura 19. Huella Hídrica verde opción No Regar Cropwat 8.0.
Fuente: Autora
68
Durante el desarrollo del estudio se encontró que la mayoría de los productores encuestados no tienen acceso a riego, por lo tanto, el suministro de agua depende exclusivamente de las precipitaciones. Por esta razón se decidió calcular la Huella Hídrica verde con la opción No Regar del módulo de Programación de riego, para analizar el comportamiento basado solo en la precipitación. La tabulación de la información completa y los resultados de ésta correspondientes a cada uno de los municipios de interés (Toca, Samacá y Ventaquemada) en el periodo de estudio 2011-2015, se encuentra en el Anexo C.
4.2.3 Huella hídrica verde. Hace referencia a la cantidad de agua lluvia aprovechada por la planta, es decir a la precipitación efectiva. Para su cálculo se empleó la información de precipitación efectiva obtenida a través del modelo Cropwat 8.0 y los valores de rendimiento correspondientes al periodo de estudio (2011-2015), suministrados por la Secretaría de Fomento Agropecuario de Boyacá. Se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla 10. Valores Huella Hídrica Verde zona de estudio
HUELLA HÍDRICA VERDE (m3‧t) Año TOCA SAMACÁ VENTAQUEMADA 2.011 168,7 67,8 91,5
2.012 103,4 21 41
2.013 84,9 46 83,8
2.014 126,4 44,1 37,6
2.015 116,6 36,5 35,1
Fuente: Autora.
4.2.4 Huella hídrica azul. Volumen de agua extraído de fuentes superficiales que es evaporada y no retorna a la cuenca de origen.
Tabla 11. Valores Huella Hídrica Azul zona de estudio
HUELLA HÍDRICA AZUL (m3‧t) Año TOCA SAMACÁ VENTAQUEMADA
2.011 401,9 157,7 241,4
2.012 302,6 120,1 128,2
2.013 262,4 130,3 181,5
2.014 372,8 126,4 109,4
2.015 398,8 132,7 106
Fuente: Autora.
69
4.2.5 Huella hídrica gris. Se refiere al volumen de agua empleado para asimilar una carga contaminante. El contaminante crítico para este estudio es el nitrógeno. Los resultados obtenidos se encuentran en la tabla 12.
Tabla 12. Valores Huella Hídrica Gris obtenidos
HUELLA HÍDRICA GRIS (m3‧t) Año TOCA SAMACÁ VENTAQUEMADA
2.011 147.4 55.7 84.6
2.012 103.2 34.4 41.3
2.013 86 41.3 68.8
2.014 114.6 36.9 34.4
2.015 121.4 36.9 34.4
Fuente: Autora.
Para su cálculo se emplearon las siguientes variables:
• Tasa de aplicación de fertilizantes. Información obtenida a través de las encuestas realizadas en la zona. Se halló a partir de la Concentración de
nitrógeno en el fertilizante (%) y la cantidad de fertilizante aplicado Kg‧ha-1. ▪ Fracción de lixiviación y escorrentía. 10%. Dato obtenido de Franke (2013).
▪ Concentración máxima. Límite permisible para nitratos: 10 mg‧ l, tomado de la Resolución 2115 de 2007. -
▪ Concentración natural. Se asumió como 0. Hoekstra y Chapain 2011). ▪ Rendimiento del cultivo. Valores de la zona de estudio para el periodo 2011-2015
suministrados por la Secretaría de Fomento Agropecuario de Boyacá. El procedimiento de cálculo de la Huella Hídrica gris se encuentra en el Anexo E. 4.2.6 Huella Hídrica general. En la tabla 13 se presenta el resumen de las Huellas Hídricas correspondientes a la zona de estudio en el periodo 2011-2015. Tabla 13. Huella Hídrica 2011-2015 Zona de estudio
HUELLA HÍDRICA ESTIMADA DEL CULTIVO DE PAPA (m3‧ton-1)
Año HH VERDE HH AZUL HH GRIS
TOCA SAM VENT TOCA SAM VENT TOCA SAM VENT
2.011 168,7 67,8 91,5 401,9 157,7 241,4 147.4 55.7 84.6
2.012 103,4 21 41 302,6 120,1 128,2 103.2 34.4 41.3
2.013 84,9 46 83,8 262,4 130,3 181,5 86 41.3 68.8
2.014 126,4 44,1 37,6 372,8 126,4 109,4 114.6 36.9 34.4
2.015 116,6 36,5 35,1 398,8 132,7 106 121.4 36.9 34.4
Fuente: Autora.
70
4.2.7 Cálculo de la Huella Hídrica Verde módulo programación de riego opción No Regar. Se encontró en campo que la mayoría de los productores de papa no tienen acceso a riego. Debido a esto se decidió modelar el comportamiento del cultivo en la zona y periodo de estudio, bajo condiciones de suministro hídrico basado solo en la precipitación. Este proceso se realizó en Cropwat 8.0 con la Opción No Regar; los resultados se presentan en la tabla 14: Tabla 14. Huella Hídrica Verde Cropwat opción No regar zona de estudio periodo 2011-2015
HUELLA HÍDRICA VERDE opción No Regar Cropwat 8.0 (m3‧ton-1)
AÑO TOCA VENTAQUEMADA SAMACÁ
2011 512,9 200,5 331,1
2012 289,3 114 125,8
2013 266,8 151,8 181
2014 264 99,3 84,8
2015 255,2 94,6 90,9
Fuente: Autora.
4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS Y SOSTENIBILIDAD
4.3.1 Comportamiento variables climáticas. Partiendo de los parámetros climáticos obtenidos de las Estaciones Meteorológicas ubicadas en la zona de estudio y pertenecientes a la Red de Monitoreo del IDEAM, se analizó su comportamiento respecto al periodo 2011-2015 y a valores históricos promedio. 4.3.1.1 Precipitación. En la región andina se presentan dos periodos de lluvias que condicionan la siembra del cultivo de papa dado que la mayor parte de los productores no tiene acceso a riego. El Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2.004), afirma que el primer periodo de lluvias se presenta generalmente entre los meses de marzo y mayo y el segundo periodo de precipitaciones va de septiembre a noviembre. El mayor establecimiento de la producción de papa se presenta en el primer semestre del año (siembra de año grande). Según MADS y la FAO (2013), este régimen bimodal de lluvias se presenta debido al tránsito de la zona de convergencia intertropical. Estación La Copa municipio de Toca. En la figura 20, se observa que en el mes de mayo de 2011 (177 mm) y el mes de abril de 2012 (240 mm), se presentaron los valores más altos de precipitación de los últimos 23 años. Estos valores máximos presentados se relacionan con la ocurrencia del Fenómeno de la Niña, el que, según
71
el IDEAM, se presentó en el país durante la mayor parte del 2011 hasta marzo del 2012. Figura 20. Precipitación mensual periodo de estudio 2011-2015 Vs promedio histórico 1992-2015 Estación La Copa municipio de Toca.
Fuente: Autora con datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM.
Analizando los valores anuales de precipitación (periodo 1992-2015) de esta zona, se observa que el valor más alto se presentó en el año 2011 con 1.152,8 mm y el valor anual más bajo se presentó en el año 2015 con 408,4 mm (tabla 15). Es decir que los valores máximos y mínimos de precipitación anual del histórico de 23 años, se presentaron dentro del periodo de estudio. El comportamiento de las lluvias en el año 2011 y el 2015, se relacionan con la manifestación de los Fenómenos de la Niña y el Niño respectivamente, eventos que se relacionan con la variabilidad climática. Estación Villa del Carmen municipio de Samacá. En la figura 21, se destaca que los meses de abril y diciembre de 2011, alcanzaron sus valores máximos de precipitaciones del periodo 1986 y 2015 con 335 mm y 115 mm respectivamente. En el año 2015 se observa a partir del mes de octubre, los valores más bajos de precipitaciones del periodo de estudio, éstos relacionados con la sequía del Fenómeno del Niño que según la Unidad Nacional para la Gestión del riesgo de desastres UNGRD (2016), el IDEAM declara en octubre de 2015, como un evento climático fuerte ocasionado por calentamiento del Océano pacífico.
89,2
155,4135,9
240
177
113,3
174,8
112,5137,1
191,8 198,7
95
0 3,623,4 18,1 30,6 16,6 15,1 10,4 10,5 8,4
27,40
0
50
100
150
200
250
300
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
MM
PRECIPITACIÓN (mm) Estación LA COPA
2011 2012 2013 2014 2015 MEDIO MAXIM MINIM
72
Figura 21. Precipitación mensual periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1986-2015 Estación Villa del Carmen municipio de Samacá
Fuente: Autora con datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM.
Respecto a los valores anuales de precipitación, se observa que, en el año 2011 con 1.372,8 mm, se registró el máximo valor anual de este parámetro climático en el periodo comprendido entre 1986 y 2015. El año 2015 con 432,5 mm fue el segundo más bajo de los datos históricos promedio de 30 años, presentándose el valor mínimo histórico en el año 2001 con 410,7 mm para esa zona.
Estación Nuevo Colón municipio de Ventaquemada. Dado que para la fecha del presente estudio dentro del área del municipio de Ventaquemada no se hallaron Estaciones climáticas activas con los parámetros que se requerían, se proyectó la información del municipio a partir de la interpolación con datos climáticos de las estaciones más cercanas (figura 13) y se comparó con los promedios del periodo 1986-2015 de la estación más cercana, en este caso, la Estación Nuevo Colón del municipio del mismo nombre.
109,7 112,9
173,2
335,4
172,2
89,2115,1
77,2106,8
171,3194,9
115,4
0,2 11,3 17,1 6 9,9 15,4 16,6 9,8 7,7 4,7 23,21,8
0
100
200
300
400
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
MM
PRECIPITACIÓN (mm) Estación VILLA DEL CARMEN
2011 2012 2013 2014 2015 MEDIO MAXIM MINIM
73
Figura 22. Precipitación mensual periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1986-2015 Estación Nuevo Colón área municipio de Ventaquemada
Fuente: Autora con datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM.
Se observa en la figura 22, que en los meses de abril de 2012 con 216,5 mm y noviembre de 2011 con 222,2 mm, se alcanzó los valores máximos de precipitación del periodo 1986-2015. Respecto a los valores anuales de precipitación se presentaron los valores máximos y mínimos del periodo 1986-2015 así: en el año 2011 con 1.350,2 mm y el valor mínimo 760,7 mm en el año 2015; resultados relacionados con la presencia de los eventos de la Niña y el Niño en la región. Precipitación anual. En la tabla 15 se registra que los valores máximos de precipitación anual en los municipios que conforman la zona de estudio, se presentaron en el año 2011 relacionados con el Fenómeno de la Niña, y los valores anuales mínimos del periodo corresponden al año 2015 en el que se presentó el Fenómeno del Niño. Según el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2.004), la precipitación promedio anual de las zonas productoras de papa en el país, se encuentra entre los 700 - 2.000 mm.; es decir que los valores de precipitación anual encontrados en la zona de estudio se encuentran dentro de los valores recomendados, a excepción de las cifras obtenidas en los años 2014 y 2015, donde debido a eventos de variabilidad climática estos valores estuvieron por debajo de los 700 mm.
55,30
97,00
165,80
216,50198,90 210,60
186,30163,40
125,30158,00
222,20
90,20
0,00 4,50 10,8033,20
48,50 56,5071,40
29,50 37,3020,50 30,60
6,10
0
50
100
150
200
250
300
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
MM
PRECIPITACIÓN (mm) Estación NUEVO COLÓN
2011 2012 2013 2014 2015 MAXIMO MEDIO MINIMO
74
Tabla 15. Precipitación anual 2011-2015 Zona de estudio.
PRECIPITACIÓN ANUAL PERIODO 2011-2015 (mm)
AÑO LA COPA VILLA DEL CARMEN VENTAQUEMADA
2011 1.152,8 1.373 1.373,7
2012 708,5 725 964,9
2013 659,5 690 981,3
2014 573,7 563 785,7
2015 408,4 432,5 695,6
Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, 2016.
Las precipitaciones anuales más altas se presentaron en el municipio de Ventaquemada en el año 2011 y los valores mínimos corresponden al municipio de Toca en el año 2015. En general, durante el periodo de estudio 2011-2015, se presentaron las precipitaciones más altas del periodo en Ventaquemada y las mínimas en el municipio de Toca. El comportamiento de las precipitaciones en la zona de estudio durante el periodo 2011-2015, influyó en la producción de papa dado que este cultivo es sensible tanto al exceso como al déficit de agua durante su periodo vegetativo. Corchuelo (2005), expone que la distribución y cantidad de lluvias influye en los rendimientos del cultivo de papa; el estrés hídrico influye en la fisiología de la planta de papa dado que ocasiona la reducción del área de las hojas y su número y produce un bajo intercambio de CO2 debido al cierre parcial de los estomas. La variabilidad climática reflejada en el incremento o disminución de las precipitaciones, afecta la planta a nivel fisiológico e influye directamente en el manejo fitosanitario del cultivo dado que se dispara la presencia de enfermedades y plagas de importancia económica que afectan la producción. Según Román y Hurtado (2002) (citado por la Cámara de Comercio de Bogotá 2015), el exceso de agua facilita la reproducción de bacterias y hongos, mientras que el déficit repercute en la calidad del cultivo al ocasionar deformaciones en los tubérculos y favoreciendo el ataque de larvas de polillas. 4.3.1.2 Temperatura. FEDEPAPA (2017c) reporta que la producción de papa comercial requiere temperaturas medias entre los 12 y 18°. Estación La Copa municipio de Toca Se confrontó la información climática del periodo de estudio 2011- 2015 con los datos medios máximos y mínimos históricos 1992-2015, correspondientes a la misma estación para analizar el comportamiento de esta variable en el periodo de estudio (figuras 23 y 24).
75
Figuras 23 y 24. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1992-2015. Estación La Copa municipio de Toca.
Fuente: Autora con datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM.
En la estación climática de La Copa perteneciente al municipio de Toca, la temperatura media máxima no sobrepasó el promedio histórico presentado en esta zona en el periodo comprendido entre 1992-2015. Se presentaron las temperaturas más altas en los años 2014 y 2015 aproximándose a los valores máximos del promedio de 23 años relacionados con el Fenómeno del Niño los meses finales del 2014 y el año 2015. Las temperaturas mínimas del periodo de estudio se aproximaron a los valores promedios de los 23 años.
21,9 22,8 22,421,3
20,1 20,1 19,621 21,1 21,3 20,5 20,9
18,9 19,318,2 18,2 17,9 17,7 17,4 17,2 17,7 18,1 18,7 18,9
0
5
10
15
20
25
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
TEMPERATURA MEDIA MÁXIMA ( °C) Estación LA COPA
2011 2012 2013 2014 2015 MEDIO MAXIM MINIM
7,4
9 8,8
10,1 10,3
8,8 9,1 8,68
8,69,5
8,4
2,31,3
6,1 5,8 5,9 6 5,75 4,7
5,9 6,4
3,7
0
2
4
6
8
10
12
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
TEMPERATURA MEDIA MÍNIMA ( °C) Estación LA COPA
2011 2012 2013 2014 2015 MEDIO MAXIM MINIM
76
Estación Villa del Carmen municipio de Samacá. La temperatura media máxima en noviembre de 2012 alcanzó un valor de 20,6°C, siendo el valor máximo para ese mes en el periodo 1986-2015. Las temperaturas promedio máximas para el periodo de estudio 2011-2015 oscilaron entre los 17,4 y los 20,6°C (figura 25 y 26). Las temperaturas promedio mínimas oscilaron entre los 6,8 y los 10,5°C. En el último trimestre del año 2015, se presentaron valores que alcanzaron los valores máximos históricos evento relacionado con la ocurrencia del Fenómeno del Niño. Figuras 25 y 26. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 Vs histórico 1986-2015. Estación Villa del Carmen municipio de Samacá.
Fuente: Autora con datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM.
22,6 22,5 22,4 22,0 22,119,6 18,8 18,8 19,6 20,5 20,6 20,7
18,8 18,6 18,5 18,3 18,317,1 16,3 16,7
17,9 17,8 18,0 18,5
0
5
10
15
20
25
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
TEMPERATURA MEDIA MÁXIMA ( °C) Estación VILLA DEL CARMEN
2011 2012 2013 2014 2015 MEDIO MAXIM MINIM
9,2 9,710,5
11,2 11,4 11,4
10,1 9,79,1
10,2 10,39,6
5,05,6
7,48,3 8,3 8,2 7,7 7,9
7,2 7,3 7,76,7
0
2
4
6
8
10
12
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
TEMPERATURA MEDIA MÍNIMA ( °C) Estación VILLA DEL CARMEN
2011 2012 2013 2014 2015 MEDIO MAXIM MINIM
77
Estación Nuevo Colón municipio de Ventaquemada. Se observa que los valores proyectados de temperatura media máxima del municipio de Ventaquemada presentan un comportamiento cercano a los valores medios de la estación más próxima correspondiente a Nuevo Colón. En noviembre de 2015 se presenta el valor medio mínimo más alto de temperatura con respecto al promedio histórico con 12.3°C. Los valores medios mínimos del periodo 2011-2015 fueron superiores al promedio del periodo 1986-2015 (figura 27 y 28). Figura 27 y 28. Temperaturas media máxima y media mínima del periodo de estudio 2011-2015 vs histórico 1986-2015. Estación Nuevo Colón próxima al municipio de Ventaquemada.
Fuente: Autora con datos del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM.
24 23,9 23,7 23,121,5 20,4 19,3 19,4 20,5 20,8
22,1 22
19,5 20,4 19,5 18,6 17,7 16,514,2
15,717,6 18,6 19,2 18,9
0
5
10
15
20
25
30
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
TEMPERATURA MEDIA MÁXIMA ( °C) Estación NUEVO COLÓN
2011 2012 2013 2014 2015 MAXIMO MEDIO MINIMO
10,5 11,111,9 12,1 12,2
11,2 11,3 11,110,4
11,2 11,3 11,1
7,4 7,18,4 8,6
9,7 9,2
76,2 6,4
7,68,3 8,3
0
2
4
6
8
10
12
14
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
TEMPERATURA MEDIA MÍNIMA ( °C) Estación NUEVO COLÓN
2011 2012 2013 2014 2015 MAXIMO MEDIO MINIMO
78
4.3.1.3 Humedad relativa. Los valores encontrados en el periodo de estudio se acercan a los valores máximos encontrados en el periodo 1992-2015 de la Estación La Copa del municipio de Toca y al periodo 1986-2015 de las Estaciones Villa del Carmen y Nuevo Colón. Según el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo territorial (2004), la humedad relativa requerida para la producción de papa, debe encontrarse en el rango entre el 70 y el 90%. Según el IDEAM (2005), en el altiplano cundiboyacense se presentan los valores mínimos de humedad relativa en los meses de enero y febrero.
4.3.2 Huella Hídrica
4.3.2.1 Huella hídrica verde
Figura 29. Resultados Huella Hídrica Verde zona de estudio 2011-2015.
Fuente: Autora
En la figura 29, se observa que los valores máximos de Huella Hídrica verde para cada municipio del área de estudio, se presentaron en el año 2011: Toca con 168,7
m3‧ton-1, Ventaquemada con 91,5 m3‧ton-1 y Samacá con 67,8 m3‧ton-1. De los tres municipios productores de papa objeto de este estudio, el municipio de Toca fue el que obtuvo los máximos valores de huella hídrica verde en el periodo 2011-2015,
con 168.7 m3‧ton-1 en el año 2011. En el año 2015 se presentaron los valores mínimos de Huella verde para la zona de estudio. El comportamiento de estos resultados coincide con el cambio en los patrones climáticos ocasionado por eventos como el Fenómeno de la Niña y del Niño, sumado a los bajos rendimientos obtenidos en la zona de estudio durante ese periodo. Terán et al (2006), afirman que la frecuencia e intensidad de la precipitación
2.011 2.012 2.013 2.014 2.015
TOCA 168,7 103,4 84,9 126,4 116,6
SAM 67,8 21 46 44,1 36,5
VENT 91,5 41 83,8 37,6 35,1
168,7
103,484,9
126,4 116,6
67,821 46 44,1 36,5
91,5
41
83,8
37,635,1
020406080
100120140160180
M3‧
TON
-1
Huella Hídrica Verde
TOCA SAM VENT
79
no garantiza la productividad; ésta puede verse afectada por escasez y/o exceso de agua. En la Universidad de la Salle, Amézquita (2015), calculó la Huella Hídrica de la papa variedad Diacol Capiro en el municipio de El Rosal, donde obtuvo una huella hídrica
verde de 176,63 m3‧ton-1, valor aproximado al obtenido por el municipio de Toca en el 2011. El CIAT (2016), llevó a cabo el cálculo de la Huella hídrica verde del cultivo de papa bajo dos sistemas de producción: tradicional y de conservación, cuyos
valores fueron de 228 l‧kg-1 y 178 l‧kg-1 respectivamente y concluyen que el uso de cobertura favorece la humedad en el suelo, disminuye la pérdida de nutrientes, reduce costos de producción, entre otros beneficios. Cuando la precipitación efectiva no es suficiente para suplir las necesidades de agua de la planta entonces se debe recurrir al riego, en caso contrario, el suministro dependería completamente del régimen de lluvias y el cultivo podría pasar por periodos de déficit hídrico. Con los efectos de la variabilidad climática es importante facilitar el acceso de los productores al riego y a su uso óptimo. CTA; GSI-LAC; COSUDE; IDEAM (2015), calcularon la Huella Hídrica verde del cultivo de papa a nivel nacional y ésta fue de 515,3 millones de m3 (Huella hídrica territorial); visibilizaron la vulnerabilidad del agua verde debido al cambio climático y recalcan la importancia de mantener la ampliación de las áreas protegidas
4.3.2.2 Huella Hídrica Azul
Figura 30. Resultados Huella Hídrica Azul zona de estudio 2011-2015.
Fuente: Autora
2.011 2.012 2.013 2.014 2.015
TOCA 401,9 302,6 262,4 372,8 398,8
SAM 157,7 120,1 130,3 126,4 132,7
VENT 241,4 128,2 181,5 109,4 106
401,9
302,6262,4
372,8398,8
157,7120,1 130,3 126,4 132,7
241,4
128,2181,5
109,4 106
050
100150200250300350400450
M3‧
TON
-1
Huella Hídrica Azul
TOCA SAM VENT
80
Según la figura 30, los mayores valores de Huella hídrica azul, se presentaron en el municipio de Toca durante el periodo de estudio 2011-2015. Con relación a los años de estudio, en el año 2011 se obtuvo el valor máximo de huella hídrica azul en los municipios que componen la zona de estudio. Amézquita (2015), obtuvo una
Huella Hídrica azul de 32.8 m3‧ton-1, valor que permitió concluir que el volumen de
riego suministrado era superior al requerimiento de riego del cultivo el cual fue de 3.280 m3. En Cuba, González (2.012), calculó la Huella hídrica de la papa, donde
afirma que prevaleció la huella azul sobre la verde con un valor de 176.75 m3‧ton-1. Según Ríos y Quiroz (2002) (citado por Cámara de Comercio de Bogotá, 2.015), la escasez o el exceso de agua afecta la producción ya que el cultivo de papa requiere
entre 500 a 650 mm de agua por ciclo productivo (5.000 a 6.500 m3‧ha-1). Cuando
este requerimiento hídrico no puede ser suplido, se presentan problemas de productividad que se miden a través de los rendimientos. Según la Encuesta Nacional Agropecuaria del año 2011, tan sólo el 4% de las 64.260 hectáreas con cultivo de papa censadas, posee riego, es decir 2.622 (aproximadamente) de las cuales 2.212 ha poseen sistema de riego por aspersión. Castro (1990) (citado por González, 2016), comprobó que el riego y el agua disponible en el suelo, influyen en el rendimiento del cultivo de papa y que la planta alcanza la mayor transpiración en la floración para posteriormente empezar a disminuir. Terán et al (2006), afirma que se debe emplear riego partiendo del conocimiento del requerimiento hídrico del cultivo y de la interacción entre clima, suelo, agua y planta para realizar un uso adecuado del mismo. El déficit hídrico influye en los rendimientos de un cultivo porque afecta su parte fisiológica. Corchuelo (2005), expone que el estrés hídrico influye en el desarrollo vegetativo de la planta de papa al afectar la intercepción de la radiación solar lo que redunda en el proceso fotosintético y en la reducción del área foliar; estos factores afectan el rendimiento del cultivo. Según FAO (2012a), la papa es sensible al déficit hídrico durante la formación de estolones y la brotación de tubérculos, por esta razón el agua disponible total del suelo no debe agotarse en más del 30 al 50 %. Según Alvarado (2005), en la tuberización influyen factores como la temperatura, el fotoperiodo, el agua y los nutrientes. En la Evaluación Multisectorial de la Huella Hídrica en Colombia, se halló la Huella Hídrica Azul agrícola para cultivos transitorios donde estimaron la Huella Hídrica azul anual para el cultivo de papa en 111,7 millones de m3 (Huella Hídrica territorial). El cultivo de papa se encuentra entre los tres cultivos con mayor huella azul, ocupando el segundo lugar después del arroz. El sector agropecuario tuvo un porcentaje de participación en la Huella Hídrica azul nacional de 70,1% (CTA; GSI-LAC; COSUDE; IDEAM, 2015).
81
4.3.2.3 Huella hídrica Gris
El Nitrógeno está presente en la clorofila y es fundamental para un crecimiento
vegetativo vigoroso; el exceso produce hojas grandes, susceptibilidad a
enfermedades y retardo en la maduración; la deficiencia produce un desarrollo
vegetativo limitado, hojas poco desarrolladas y crecimiento lento. Por ser un
elemento móvil está sujeto a pérdidas por lixiviación y volatilización y es
rápidamente absorbido por la planta en forma de nitratos estimulando su crecimiento
(Monómeros Colombo Venezolanos, 1998).
El nitrógeno es el nutriente más móvil y no puede ser retenido en el suelo por lo tanto es el más propenso a la lixiviación. Los nitratos son perjudiciales para la salud humana por ello su cantidad en el agua es restringida (Carmona, 2010). Respecto a los valores de Huella Hídrica Gris, se obtuvieron los siguientes resultados: Figura 31. Resultados Huella Hídrica Gris zona de estudio 2011-2015.
Fuente: Autora. La figura 31 indica que los valores más altos de Huella hídrica gris, se obtuvieron
en el año 2011; el mayor valor fue del municipio de Toca con 147,4 m3‧ton-1, le
sigue Ventaquemada con 84,6 m3‧ton-1 finalmente Samacá con 55,7 m3‧ton-1. Se
atribuye estos valores de Toca a los rendimientos obtenidos en el municipio en el periodo de estudio, y la cantidad de fertilizante suministrado al cultivo. Amézquita
(2015), obtuvo una huella hídrica gris de 190,99 m3‧ton-1y para González (2012)
fue de 186,6 m3‧ton-1. CIAT (2016), obtuvo los siguientes valores de Huella gris:
2.011 2.012 2.013 2.014 2.015
TOCA 147,4 103,2 86 114,6 121,4
SAM 55,7 34,4 41,3 36,9 36,9
VENT 84,6 41,3 68,8 34,4 34,4
147,4
103,286
114,6 121,4
55,7
34,4 41,3 36,9 36,9
84,6
41,3
68,8
34,4 34,4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
M3‧
TON
-1
Huella Hídrica Gris
TOCA SAM VENT
82
Agricultura tradicional 80 l‧kg-1 y Agricultura de conservación 33 l‧kg-1, esta última
a partir de cobertura permanente, mínima preparación del suelo y uso de abonos verdes. Encontraron que a través de la Agricultura de conservación la Huella Hídrica gris disminuye en un 45%. El rendimiento es una variable influyente en los valores de Huella hídrica gris obtenidos.
El valor de la Huella Gris está relacionado con el alto requerimiento nutricional del cultivo, los productores de papa consideran que a mayor suministro de fertilizantes mayor rendimiento, lo que incrementa la cantidad de nutrientes aplicados, aumentando la lixiviación y el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. Amézquita (2015), encontró que el valor del componente gris de la huella de la papa está relacionado con el alto requerimiento de fertilizantes del cultivo, demandando un importante volumen de agua para asimilar la carga contaminante generada.
Según Villamil (2005), altos rendimientos necesitan mayores requerimientos nutricionales. La planta de papa absorbe el 50% de los nutrientes entre la emergencia y el inicio de la floración; en la variedad Diacol capiro la mayor asimilación de nitrógeno se presenta hacia los 35 días después de la siembra, empieza a disminuir a 6.6% cerca a los 40 días y a 3.3% a los 120 días. La disminución se acentúa al dar inicio a la tuberización. La cantidad de fertilizante predominante que aplican los productores de papa es de
1.500 kg‧ha-1: 750 kilos de 13-26-6 en la siembra y 750 de Triple 15 en el reabone. Una vez realizados los cálculos se encontró que se aplican 210 Kg de nitrógeno de los cuales 103.2 kg son de nitratos. Los nitratos son uno de los principales compuestos que producen la contaminación hídrica. FAO (2012a), estima que la cantidad de nitrógeno extraídos por el cultivo es de 4 a 6 kg por ton. de tubérculos
y recomienda dosis de 100 a 250 kg‧ha-1 para obtener altos rendimientos; el valor
obtenido en este cálculo estaría dentro de los valores recomendados por la FAO. Sin embargo, la cantidad de nitrógeno que extrae el suelo es menor, Monómeros Colombo Venezolanos (1998) expone que la extracción de nitrógeno del suelo es
de 64 kg‧ha-1 y que gran parte se pierde por lixiviación y volatilización, por lo tanto,
se extrae una menor cantidad a la suministrada. Según Murcia (2005), a través de la incorporación de abonos verdes se recupera
las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos, es decir su capacidad
productiva, la disminución en el uso de agua a través del riego y de la evaporación,
menor escorrentía y menor erosión; se incrementó el rendimiento y se ahorraron
costos en mano de obra.
El nitrógeno responde favorablemente a condiciones de humedad; Franke et al (2013), exponen que la lixiviación del nitrógeno se presenta por factores ambientales, propiedades del suelo, precipitación y prácticas agrícolas. En suelos arenosos se lixivian los nitratos debido a la baja capacidad de retención hídrica del
83
suelo; las fuertes lluvias causan un pico en la lixiviación y la escorrentía, a mayor tasa de aplicación mayor será la fracción de pérdida y la irrigación excesiva aumenta el riesgo de lixiviación de nitratos. Según Niño (2018), el Fondo Nacional de Fomento de la Papa y FEDEPAPA, desarrollan el proyecto: Implementación de Tecnologías mediante extensión rural en el Sector de la Papa ITPA, orientado a sistemas de producción limpios que disminuyan los costos de producción, mejore los rendimientos y el ahorro de agua. Este proyecto incluye la implementación de sistemas de fertirrigación que optimizan el recurso agua.
4.3.2.4 Huella Hídrica general. De acuerdo a los valores de Huella Hídrica obtenidos, se encontró que variables como la precipitación, la temperatura, los rendimientos de los cultivos y la ocurrencia de eventos de variabilidad climática como el fenómeno de la Niña y el Niño que se presentan con periodos de lluvias abundantes y sequías intensas (respectivamente) sumado a un sistema de producción tradicional de la papa, han influido en los resultados de la estimación de la huella hídrica del presente estudio. Desarrollar una agricultura de conservación conlleva a mejorar las condiciones de producción del cultivo a partir de prácticas de explotación amigables con el entorno y que direccionan por defecto a un mejor uso y racionalización del recurso hídrico. La FAO (2012b), atribuye como ventajas de este tipo de agricultura la reducción de la escorrentía, la evaporación y la erosión; aumenta el contenido de materia orgánica del suelo, mejora su estructura, restaura su fertilidad, disminuye los costos de producción, mejora la Seguridad alimentaria al mejorar la calidad de los alimentos, estimula la biodiversidad del suelo garantizando su sostenibilidad y capacidad de recuperación.
Rendimientos. Los valores en el rendimiento del cultivo de papa dependen de las condiciones climáticas, la variedad empleada, los aportes nutricionales, el suministro de agua entre otros factores.
Se observa en la figura 32, que la Huella Hídrica del cultivo disminuye a medida que aumenta el rendimiento del cultivo y viceversa. De esto se concluye que el empleo de variedades con altos rendimientos permitiría mejorar la productividad, garantizar la seguridad alimentaria y mejorar el uso y gestión del recurso hídrico en el cultivo de papa. Below et al (2012), identificaron y clasificaron siete factores que influyen en el rendimiento: el clima y el aporte de nitrógeno se encuentran en los dos primeros lugares. En el rendimiento del cultivo también influye el tipo de suelo, la fertilización, tipo de semilla empleada y uso de agua. Según Terán et al (2006), la lámina de agua influye en el rendimiento del cultivo: cuando ésta alcanza los 461
mm, la producción máxima promedio alcanzada fue de 42.9 ton‧ha-1 en la variedad
Diacol Capiro, en cambio con una lámina de 329 mm sólo se alcanzó una
producción de 19.03 ton‧ha-1.
84
Figura 32. Huella Hídrica y Rendimientos zona de estudio periodo 2011-2015.
Fuente: Autora
4.3.2.5 Cálculo de la Huella Hídrica Verde módulo programación de riego
opción No Regar.
Analizando los resultados obtenidos en el módulo Programación de Riego del cultivo opción No Regar, se observó que los valores de Uso potencial del agua del cultivo eran mayores al Uso real de agua del cultivo (Anexo C), lo que indica que el cultivo se ha encontrado bajo estrés hídrico en el periodo estudiado. Se determinó que, bajo estas condiciones de suministro exclusivo de agua a través de la precipitación, el cultivo ha sufrido de estrés hídrico, lo que se ve reflejado en el porcentaje de reducción del rendimiento (tabla 16 y figura 33), obtenido como dato de salida de Cropwat 8.0.
T S V T S V T S V T S V T S V
2011 2012 2013 2014 2015
RENDIMIENTO 7 18,5 12,2 10 30 25 12 25 15 9 28 30 8,5 28 30
HHGRIS 147,4 55,7 84,6 103,2 34,4 41,3 86 41,3 68,8 114,6 36,9 34,4 121,4 36,9 34,4
HHAZUL 401,9 157,7 214,4 302,6 120,1 128,2 262,4 130,3 181,5 372,8 126,4 109,4 398,8 132,7 106
HHVERDE 168,7 67,8 91,5 103,4 21 41 84,9 46 83,8 126,4 44,1 37,6 116,6 36,5 35,1
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Huella Hídrica Zona de estudio Vs. Rendimiento periodo 2011 -2015
HHVERDE HHAZUL HHGRIS RENDIMIENTO
85
Tabla 16. Reducción de rendimiento del cultivo sin suministro de riego zona de estudio periodo 2011-2015.
REDUCCIÓN DE RENDIMIENTO (%)
AÑO TOCA SAMACÁ VENTAQUEMADA
2011 11,1 3,5 9,5
2012 31,6 28,3 21,1
2013 25,5 42,3 5,1
2014 51,8 51,4 40,6
2015 55,5 46,6 41,1
Fuente: Autora.
En el año 2011 se presentaron las reducciones de rendimiento más bajas en la zona de estudio dado que en ese año se presentaron lluvias abundantes; por otro lado, las pérdidas de rendimiento más altas prevalecieron en el año 2015 durante el cual prevaleció una escasez de lluvias y aumento de las temperaturas. Figura 33. Reducción de rendimiento del cultivo sin suministro de riego zona de estudio 2011-2015.
Fuente: Autora
Estos datos de reducción de rendimiento indican que el cultivo presentó estrés hídrico y que los volúmenes de agua obtenidos a partir de la precipitación no fueron
0
20
40
60
2011 2012 2013 2014 2015
TOCA 11,1 31,6 25,5 51,8 55,5
SAMACA 3,5 28,3 42,3 51,4 46,6
VENTAQUEMADA 9,5 21,1 5,1 40,6 41,1
%
Reducción de Rendimiento sin r iego zona de estudio periodo 2011-2015
TOCA SAMACA VENTAQUEMADA
86
suficientes para suplir sus necesidades hídricas. Se concluye entonces que, si bien se tiene una disponibilidad del recurso a través de la precipitación, existe la desventaja en que ésta no siempre suple las necesidades de agua en el momento necesario. El cultivo de papa en este periodo requirió un suministro de agua a través de riego para suplir sus necesidades hídricas y alcanzar mejores rendimientos.
Se realizó un comparativo entre las dos Huellas Hídricas verdes obtenidas a través del aplicativo Cropwat 8.0 de la FAO para la producción de papa en la zona de estudio durante el periodo 2011-2015: una Huella hídrica verde donde el aporte de agua a la planta se distribuye entre precipitación y riego y la otra calculada bajo condiciones de aporte hídrico basado solo en la precipitación (figura 34). Figura 34. Comparativo Huellas Hídricas Verdes con riego Vs. sin riego zona de estudio 2011-2015.
Fuente: Autora
Se observa que las dos Huellas hídricas verdes se diferencian considerablemente en sus valores: en el caso del suministro hídrico basado solo en la precipitación, ha ocasionado el aumento en la Huella verde y la reducción en los rendimientos (figura 33), lo que indica que el cultivo bajo estas condiciones de producción ha sido sometido a estrés hídrico. Es decir que, para la situación en estudio, el aporte de agua a través de riego fue importante para completar el requerimiento hídrico de la planta que permita, inicialmente, una respuesta fisiológica favorable.
La Huella verde bajo condiciones de producción basadas solo en la precipitación, ha alcanzado su valor máximo en el municipio de Toca en el año 2011, periodo
168,7
67,891,5 103,4
21 4184,9
4683,8
126,4
44,1 37,6
116,6
36,5 35,1
512,9
331,1
200,5
289,3
125,8 114
266,8
181151,8
264
84,8 99,3
255,2
90,9 94,6
0
100
200
300
400
500
600
TOC
A
SAM
AC
Á
VEN
TAQ
TOC
A
SAM
AC
Á
VEN
TAQ
TOC
A
SAM
AC
Á
VEN
TAQ
TOC
A
SAM
AC
Á
VEN
TAQ
TOC
A
SAM
AC
Á
VEN
TAQ
2011 2012 2013 2014 2015
M3‧
TON
-1
Huellas Hídricas Verdes zona de estudioCon riego Vs. Sin riego 2011 -2015
CON RIEGO SIN RIEGO
87
relacionado con las lluvias abundantes presentadas en la zona para esa fecha por la ocurrencia del Fenómeno de la Niña y ocasionado también por los rendimientos obtenidos. 4.3.2.6 Evapotranspiración del Cultivo. La evapotranspiración es la pérdida de humedad del suelo y de las plantas. Según Ferreyra (2018), una vez que el agua alcanza el perfil de suelo tiene cuatro opciones: Evaporarse directamente (EV), Percolar en profundidad más allá del límite inferior de la zona radicular (PP), Escurrir superficialmente (ES) y ser absorbida a través de las raíces y ser transpirada (TR). El requerimiento hídrico de las plantas depende de su pérdida de agua a través de la evapotranspiración. Esta evapotranspiración puede ser verde si proviene de la precipitación efectiva o azul si proviene del agua de riego. A partir de estos valores de Evapotranspiración verde y azul, se calcularon las Huellas Hídricas verde y azul. A partir de Cropwat 8.0 se calcularon los valores de Evapotranspiración, Precipitación efectiva y Requerimiento del cultivo para el periodo 2011-2015 en la zona de estudio (figura 35).
Figura 35. Resultados Evapotranspiración del Cultivo, Precipitación efectiva y Requerimiento de Riego, zona de estudio periodo 2011-2015 a partir de Cropwat 8.0
Fuente: Autora.
Se observa en la figura 35 que a medida que aumenta la precipitación efectiva (Ppef) disminuye el requerimiento de riego. Los valores de evapotranspiración
T S V T S V T S V T S V T S V
2011 2012 2013 2014 2015
Req. Riego 283 293 296 306 352 322 318 344 275 342 365 329 340 378 319
Ppef 117 124 110 101 61,6 101 99,1 96,8 123 108 112 112 97,8 96,1 104
ETc 399 417 406 406 423 423 417 441 398 449 477 441 438 474 428
0
200
400
600
800
1000
1200
MM
Resultados Evapotranspiración del Cult ivo, Precipitación efect iva y Requer imiento de Riego zona de estudio per iodo 2011 -2015
ETc Ppef Req. Riego
88
máximos se encontraron en los años 2014 y 2015, periodo en el que se presentaron altas temperaturas. López (2018), expone que la radiación influye en la transpiración por su incidencia en la apertura y cierre parcial de estomas; la transpiración regula la temperatura de las plantas y tiene un efecto sobre su crecimiento y desarrollo; en la siembra casi el 100% de la Evapotranspiración ocurre en forma de evaporación y un 90% como transpiración cuando la cobertura vegetal es completa. Terán et al (2006), afirman que la transpiración del cultivo de papa depende de la fisiología y morfología de la planta y sus valores aumentan con el desarrollo de la misma, la evaporación en cambio disminuye a medida que la planta cubre el suelo. Los valores de evapotranspiración dependen de variables climáticas como temperatura, humedad relativa y radiación. Según Rodrigo Barrera (citado por Camargo y Veloza, 2002), el cultivo de papa
absorbe en promedio 550 mm (5.500 m3‧ha-1); por debajo de 250 mm o por encima
de 630 mm se pueden presentar bajos rendimientos. Según González (2016), para
alcanzar un rendimiento máximo de 32,1 ton‧ha-1 en la producción se debe
mantener un suministro de 373,3 mm. Camargo y Veloza (2002), determinaron que los periodos críticos al déficit de humedad en el cultivo de papa se presentan en las etapas de floración, llenado de tubérculo y emergencia, de tal manera que es importante garantizar el suministro de agua al cultivo a través del riego en caso de requerirse.
4.3.3 Análisis de sostenibilidad
Según el IDEAM (2014), en el Estudio Nacional de Agua 2014, el Índice de Uso del
Agua (IUA) hace referencia a la cantidad de agua empleada en un periodo
determinado y unidad espacial de análisis, en relación con la oferta hídrica
superficial disponible. Determina el grado de presión de la demanda hídrica sobre
la oferta hídrica.
Para calcular el IUA se emplea la siguiente ecuación:
Donde:
Dh = Demanda hídrica (mm)
Oh = Oferta hídrica superficial disponible (mm)
En la tabla 17 se encuentran los rangos y categorías con los que debe confrontarse
los resultados para conocer el grado de presión sobre la oferta hídrica.
Tabla 17: Rangos y categorías del Índice del uso del agua (IUA)
IUA= (𝐷ℎ
𝑂ℎ ) * 100
89
RANGO (Dh/Oh) * 100 IUA
CATEGORIA IUA
SIGNIFICADO
>50 Muy alto
La presión de la demanda es muy alta con respecto a la oferta disponible
20.01-50 Alto
La presión de la demanda es alta con respecto a la oferta disponible
10.01 - 20 Moderado
La presión de la demanda es moderada con respecto a la oferta disponible
1.0 - 10 Bajo
La presión de la demanda es baja con respecto a la oferta disponible
≤1 Muy Bajo
La presión de la demanda no es significativa con respecto a la oferta disponible
Fuente: Estudio Nacional del Agua 2014 (IDEAM, 2014).
De acuerdo a los valores obtenidos de Huella Hídrica del cultivo de papa en el
presente estudio (tabla 12), y al determinar que la Huella Hídrica azul presentaba el
valor más alto, se procedió a hallar el Índice de Grado de Presión por el consumo
de esta Huella a partir de sus valores promedios en la zona de estudio durante el
periodo 2011-2015. Las fuentes hídricas empleadas para el cálculo de presión
ejercida, fueron el río Chorrera en el municipio de Toca, y el río Teatinos para los
municipios de Samacá y Ventaquemada. Los caudales fueron obtenidos a través
de la Corporación Autónoma Regional de Boyacá CORPOBOYACÁ y documentos
oficiales municipales.
Para el cálculo se emplearon los valores promedio de Huella hídrica azul y
rendimientos de la producción de papa:
TOCA SAMACÁ VENTAQUEMADA
90
HUELLA AZUL PROMEDIO
347,7 133,4 153,3
RENDIMIENTO PROMEDIO 9,3 25,9 22,44
Para determinar el grado de presión se emplea la ecuación:
Donde:
% GPHH: grado de presión ejercida por el consumo de la huella hídrica azul del
cultivo de papa
DhHHA: demanda hídrica del cultivo de papa en la zona de estudio
Oh: oferta hídrica superficial disponible
Índice de Grado de Presión ejercida por consumo de la Huella Hídrica Azul Río
Chorrera municipio de Toca.
Caudal Río Chorrera: 1,2213 m3‧s-1
Índice de Grado de Presión ejercida por consumo de la Huella Hídrica Azul Río
Teatinos municipios de Samacá y Ventaquemada.
Caudal Río Teatinos caudal: 2,29 m3‧s-1
Municipio de Samacá
Municipio de Ventaquemada
%IGP HHA
=( DhHH𝐴
Oh ) * 100
𝐻H AZUL= 347,7 m3
ton*
0.001t
1kg * 0,93
kg
m2 = 0,32m *
1000mm
1m= 323,36 mm
%IGP H𝐻Azul
=( 323,36mm
15.828 mm ) * 100 = 2.04
𝐻H AZUL= 133,4 m3
ton*
0.001t
1kg * 2,59
kg
m2 = 0,35m *
1000mm
1m= 350 mm
%IGP H𝐻Azul
=( 350 mm
29678,4 mm ) * 100 = 1.18
91
Se obtuvieron los siguientes resultados:
TOCA SAMACÁ VENTAQUEMADA
IUA 2.04 1.18 1.16
La categoría BAJO obtenida a partir de la aplicación del Índice de Uso de Agua
(IUA) en la zona de estudio, indica que la presión del cultivo es baja con respecto a
la oferta disponible de los ríos Chorrera y Teatinos en el periodo de estudio.
El Índice de Uso de Agua (IUA) de las corrientes Chorrera y Teatinos, también fue
calculado a partir de la información de Caudales medios mensuales
correspondientes al periodo 2011-2015 (Tabla 18), suministrados por el Instituto de
Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM.
Tabla 18: Caudales Medios Mensuales ríos Chorrera y Teatinos Periodo 2011-2015, zona
de estudio.
Caudales medios mensuales 2011-2015 (m3‧s-1)
CHORRERA TEATINOS
2011 5.169 4.845
2012 2.424 1.688
2013 0.492 1.510
2014 0.659 0.773
2015 0.475 1.838
Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM (2019).
Como se mencionó anteriormente, el Índice de Uso de Agua (IUA), se calculó a
partir de los valores de Huella Hídrica Azul obtenidos en el presente estudio y los
datos referentes a Rendimientos y Caudales medios mensuales. Los resultados
son los siguientes: Tabla 19: Índice de Uso de Agua Periodo 2011-2015, zona de estudio.
𝐻H AZUL= 153,3 m3
ton*
0.001t
1kg * 2,24
kg
m2 = 0,34m *
1000mm
1m= 343,4 mm
%IGP H𝐻Azul
=( 343,4mm
29678.4 mm ) * 100 = 1.16
92
ÍNDICE DE USO DE AGUA PERIODO 2011-2015 (%)
RÍO CHORRERA RÍO TEATINOS
Toca Samacá Ventaquemada
2011 0.42 0.46 0.47
2012 0.96 1.65 1.47
2013 4.93 1.66 1.39
2014 3.92 3.53 3.27
2015 5.50 1.56 1.33
Fuente: Autora.
De acuerdo a la tabla 19, se observa que la presión sobre el río Chorrera en los
años 2011 y 2012 fue Muy baja teniendo en cuenta que los valores de IUA
estuvieron por debajo de 1 (de acuerdo a los rangos establecidos por la metodología
en la tabla 17). Para los años restantes del periodo de estudio (2013, 2014 y 2015),
los valores obtenidos se mantuvieron entre 1 y 10, lo que clasifica la presión del
cultivo en Bajo, con respecto a la oferta hídrica que se encontraba disponible.
Respecto a la presión sobre el río Teatinos, se encontró que los valores de IUA se
clasificaron en Muy bajo para el año 2011 y Bajo para los años restantes del
periodo de estudio donde los valores fueron superiores a 1 e inferiores a 10.
Se observa que en el periodo de estudio 2011-2015, la oferta hídrica tuvo una
disminución gradual en la zona de estudio, aumentando la presión sobre los cuerpos
de agua, situación relacionada con diferentes factores como la variabilidad climática
reflejada en periodos de exceso de lluvias y sequías prolongadas, una población en
constante crecimiento a la que se debe suplir sus necesidades, entre ellas las
alimentarias, repercutiendo directamente sobre el recurso hídrico. Según Otálora y
Hernández (2018), la relación entre demanda y oferta hídrica es afectada por el
aumento en los periodos secos, situación en la cual la disponibilidad del recurso
disminuye, mientras la demanda se incrementa debido al crecimiento poblacional.
Para evitar que estas situaciones afecten a la agricultura, debe facilitarse a los
productores el acceso a sistemas de riego y capacitárseles respecto a su uso
óptimo. El IICA (2014), afirma que el aumento en la producción de alimentos y los
efectos del cambio climático, llevarán a que el empleo de riego sea visto como una
herramienta fundamental que permita el abastecimiento de productos sin aumentar
el agua empleada para tal fin; es decir la Gestión del Recurso Hídrico sería más
eficiente.
93
Socialización resultados Huella Hídrica
Figura 36. Socialización de resultados con productores de la zona de estudio.
Fuente: Autora.
Se llevó a cabo una socialización de los resultados obtenidos a través de charlas a los productores de la zona de interés para lo cual se empleó un plegable informativo con los resultados del estudio (Anexo F).
4.4 FORMULACIÓN DE ALTERNATIVAS Las siguientes alternativas se formulan a partir de los resultados de las tres primeras fases de este trabajo, y están orientadas a mejorar la gestión del recurso hídrico en las actividades que componen la producción de papa en la zona de estudio: Formulación de un proyecto enfocado a promover y fortalecer las bases de
la gestión del recurso hídrico y el papel del recurso suelo en las áreas
productoras de papa partiendo de la participación de las mujeres campesinas
como gestoras de cambio en sus comunidades. Para el desarrollo de esta
estrategia se debe contar con aliados como la Federación Colombiana de
Productores de papa FEDEPAPA, la Gobernación de Boyacá, la Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia a través de las Escuelas de
94
Ingeniería Ambiental e Ingeniería Agronómica, entre otros. Esta propuesta
estará fundamentada en los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el
documento Libro 2030 de Colciencias que hace referencia a la Política
Nacional de Ciencia e Innovación para el Desarrollo Sostenible. Según
Global Water Partnership (GWP) - Food and Agriculture Organization FAO
(2013), los procesos de sensibilización y concientización de las comunidades
son fundamentales para que la adopción de tecnologías de uso eficiente del
agua sea efectiva e induzcan a una cultura de gestión hídrica sostenible e
integrada.
La ejecución de programas y/o proyectos que partan de los entes territoriales, que tengan como objetivo facilitar el acceso a tecnologías y sistemas de riego eficientes en las zonas productoras de papa, y busque a la vez capacitar a los productores sobre el uso óptimo de éstos para garantizar un suministro de agua efectivo al cultivo cuando éste lo requiera. Con el acceso a riego, se minimizan los efectos de la variabilidad climática que modifican los patrones normales del clima, afectando la producción del cultivo y se logra una mayor competitividad en el mercado a través del escalonamiento de las siembras y la obtención de los rendimientos esperados.
Dada la considerable cantidad de agua verde suministrada a través de las
precipitaciones, se debe desarrollar con los agricultores estrategias de aprovechamiento del agua como Cosecha de agua lluvia, que permite llevar a cabo su captación con fines de aprovechamiento a través de diferentes sistemas de almacenamiento. La FAO ha manifestado la importancia de trabajar con las comunidades en actividades de cuidado y preservación del recurso hídrico.
Sensibilizar a los productores de papa respecto a una agricultura resiliente al
cambio climático, que incluya la integración de prácticas de agricultura de conservación que aporten ventajas a la producción como incremento de la materia orgánica, mejoramiento de las propiedades físico-químicas del suelo, aumento de la aireación y retención de agua, reducción de la escorrentía, incremento de microorganismos y disminución de la lixiviación de nitratos y por ende de la contaminación de las aguas subterráneas.
Teniendo en cuenta que los valores de rendimiento de la zona de estudio en
el periodo 2011-2015 influyeron en los valores de Huella Hídrica obtenidos, se debe motivar a los productores de papa respecto a la adopción de prácticas que aumenten la producción del cultivo a partir del uso de semilla certificada, mejoramiento de las propiedades del suelo a través de la incorporación de abono orgánico y uso de coberturas, realizar análisis de suelos para determinar el requerimiento nutricional de la planta y garantizar el suministro de riego, mejorando así la respuesta fisiológica de la planta.
95
5. CONCLUSIONES
▪ En los valores de Huella Hídrica obtenidos, influyeron variables como el
rendimiento del cultivo y los factores climáticos. Respecto al rendimiento se encontró que a mayores rendimientos menor Huella Hídrica y viceversa; de esta manera se puede deducir que el establecimiento de cultivo con variedades de altos rendimientos permitiría mejorar la productividad, garantizar la seguridad alimentaria, mejorar la gestión del recurso hídrico en el cultivo de papa en la zona de estudio y disminuir la Huella Hídrica.
▪ El municipio de Toca obtuvo los valores máximos de Huella hídrica verde y azul
del periodo de estudio, los cuales se presentaron en el año 2011 con 168.7 m3‧
ton-1para la verde y 401,9 m3‧ton-1 para la azul. Los valores máximos y mínimos
encontrados en la zona se presentaron en los años 2011 y 2015 respectivamente situación relacionada con la ocurrencia de los Fenómenos de la Niña y el Niño.
▪ En la Huella hídrica verde calculada en Cropwat 8.0 y basada solo en la precipitación, se encontró que los valores de Uso potencial del agua del cultivo eran mayores a los de Uso real de agua del cultivo, lo que indica que en el periodo de estudio 2011-2015 el cultivo se encontró bajo estrés hídrico.
▪ El modelo indicó las altas reducciones de rendimientos que se presentaron como consecuencia de la falta de acceso a sistemas de riego para suplir las necesidades del ciclo vegetativo de la papa.
▪ Se encontró que los valores más altos de Huella hídrica gris, se alcanzaron en el
año 2011, correspondientes al municipio de Toca con 147,4 m3‧ton-1, le sigue
Ventaquemada con 84,6 m3‧ton-1 y finalmente Samacá con 55,7 m3‧ton-1. El
valor alcanzado en Toca se atribuye a las cifras de rendimientos obtenidos en el periodo de estudio y al volumen de nutrientes incorporados.
▪ Algunos productores de papa tienen la creencia que a mayor suministro de fertilizantes mayor rendimiento ocasionando un aumento en la lixiviación y por ende la contaminación de las aguas subterráneas. Diversos estudios han demostrado que la agricultura de conservación puede disminuir considerablemente el valor de la Huella Hídrica gris.
▪ En la estimación del agua gris en este estudio, se encontró que se aplican 210 Kg de nitrógeno de los cuales 103.2 kg son nitratos. El nitrógeno es uno de los nutrientes más móviles en el suelo, por ende, se lixivia fácilmente y produce contaminación de las aguas subterráneas Para minimizar la lixiviación de nitratos es necesario recuperar las propiedades físicas, químicas y bilógicas del suelo a partir de prácticas como la agricultura de conservación.
96
▪ En el año 2011 se presentaron las más bajas cifras de rendimiento en la zona de
estudio, situación que se atribuye a los altos volúmenes de precipitación presentados en ese año. Se deduce que, si bien se tiene una disponibilidad del recurso a través de la precipitación, el exceso de agua afecta la respuesta fisiológica de la planta y por ende su productividad.
▪ Se encontró en la zona de estudio que la producción de papa posee una
dependencia por el suministro de agua a través de las precipitaciones debido al difícil acceso a riego, recrudeciéndose con los efectos de la variabilidad climática que han llevado a cambios sustanciales en los patrones normales del clima. El suplir las necesidades hídricas de la planta en etapas cruciales permite lograr una respuesta fisiológica favorable, evitar periodos de déficit hídrico y lograr unos valores de rendimiento ideales.
▪ Los productores de papa de la zona de estudio que utilizan riego, no poseen registros de los volúmenes de agua suministrados, ni tienen conocimiento de la cantidad de agua que deberían aplicar; el tiempo de riego lo calculan a partir de la observación del grado de saturación de agua en el suelo. El momento de riego y la frecuencia se encuentran condicionados a los patrones climáticos que se presenten.
▪ Los agricultores de la zona reconocen la importancia del cuidado y manejo adecuado del recurso hídrico, pero se les debe orientar hacia alternativas de ahorro que permitan optimizar su uso. Indican, además, que la aplicación de agroquímicos y la inadecuada disposición final de los envases y empaques son prácticas que ocasionan un impacto negativo en el recurso agua.
▪ Las condiciones climáticas adversas afectan el cultivo de papa. Se observa que la variabilidad climática influye en la producción, más cuando los productores carecen de riego. En el periodo de estudio 2011.-2015, se alcanzaron valores históricos (periodo 1986-2015) de variables como precipitación mensual y anual, relacionados con la influencia de fenómenos como la Niña (2011 y parte del 2012) y el Niño (2015). Este comportamiento recrudece el estrés hídrico del cultivo afectando la respuesta fisiológica de la planta y facilita la incidencia de plagas y enfermedades de importancia económica que afectan la producción.
▪ Los valores de evapotranspiración se encontraron relacionados a las condiciones climáticas, la planta y el suelo. En la zona de estudio, durante el periodo 2011-2015, osciló entre los 398 y 477 mm.
▪ Se requiere mantener y garantizar una producción sostenible del cultivo de papa dada la importancia que éste tiene para la seguridad alimentaria
97
▪ Se puede concluir que en el periodo 2011-2015, cuando se reportaron los
mayores caudales medios de los ríos Chorrera y Teatinos, menor fue la
presión del cultivo sobre el recurso hídrico (Índice de Uso de Agua Muy bajo
y Bajo), situación relacionada a la vez con la ocurrencia de fenómenos de
variabilidad climática. Pese a que estos rangos no son significativos, la oferta
hídrica tuvo una disminución gradual en la zona de estudio, por lo que se
debe no solo facilitar a los productores el acceso a riego, sino capacitárseles
respecto al uso óptimo del agua permitiendo garantizar una seguridad
alimentaria sin afectar la sostenibilidad del recurso hídrico.
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6. RECOMENDACIONES
▪ Se recomienda llevar a cabo la formulación y ejecución de proyectos de manejo y uso del recurso hídrico enfocado a las comunidades rurales productoras del cultivo que incluya la implementación de prácticas de aprovechamiento hídrico como la cosecha de agua lluvia. Se sugiere que estas iniciativas se realicen a través de alianzas interinstitucionales y estén fundamentadas en los Objetivos de Desarrollo Sostenible y el documento Libro 2030 de Colciencias orientado a la Política Nacional de Ciencia e Innovación para el Desarrollo Sostenible.
▪ Siendo el cultivo de papa fundamental para la seguridad alimentaria y un renglón
económico tan importante en el mundo, se recomienda la ejecución, por parte de los entes territoriales, de programas que faciliten el acceso a sistemas de riego eficientes y capacite a los productores respecto a un uso óptimo del recurso hídrico en el desarrollo del sistema productivo.
▪ Ampliar el trabajo con las comunidades respecto a la implementación de una agricultura de conservación, al manejo del recurso suelo como pilar fundamental en la gestión del recurso hídrico en la producción de papa en el país y a conocer y entender el comportamiento fisiológico de la planta ante una situación de estrés hídrico.
▪ Se recomienda llevar a cabo estudios de medición de Huella hídrica del cultivo de papa a partir de diferentes variedades y diferentes tipos de suelo para entender el comportamiento de estas variables y sus repercusiones en el valor de este importante indicador de gestión ambiental.
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ANEXOS
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ANEXO A. Formato Encuesta
ANEXO B
Información climática. Medio digital
ANEXO C. Modelamiento en CROPWAT 8.0. Medio digital.
ANEXO D. Cálculos Huellas Hídricas verde y azul zona de estudio.
Archivo Excel Medio digital.
ANEXO E.
Cálculo Huella Hídrica Gris
ANEXO F. Plegable socialización