La observación fenológica en agrometeorología y climatología

 Juan Antonio de Cara GarcíaAntonio Mestre Barcelóact(arroba)inm.esPalabras clave: fenología, animales, observación, plantas, estaciones Introducción: La ciencia fenológicaCon el paso de las estacione...

Colaboración Francisco Martín Colaboración Francisco Martín 14 Nov 2006 - 08:52 UTC
La Observación Fenológica En Agrometeorología Y Climatología
 Juan Antonio de Cara GarcíaAntonio Mestre Barcelóact(arroba)inm.esPalabras clave: fenología, animales, observación, plantas, estacionesIntroducción: La ciencia fenológicaFigura 1. Migraciones, aparición de insectos, periodo de celo, floración, fructificación y cambio de color.Figura 2. Incidencia de los factores atmosféricos en animales y plantas.Figura 4. Cálculo de horas frío como estimación de la medida en que se van cubriendo las necesidades de reposo invernal. Muchos caducifolios de zonas templadas y frías precisan de un frío estimulador para la correcta apertura de yemas y producción de fruto.Figura 5. Relaciones de la fenología con otras disciplinas científicas y con los sectores de actividad económica o de valor ambiental.Figura 6. Estados fenológicos tipo del cerezo (Según M. Baggliolini).Los datos obtenidos reflejan la cronología de la aparición o comienzo de una determinada fase en un espacio geográfico concreto y se suelen reflejar mediante las isofenas o líneas de igual fecha. Estos datos pueden ser utilizados como descriptores tanto del clima local como de los agrobiosistemas y ecosistemas naturales en los que influye (Figuras. 7 y 8).Las distintas fases fenológicas son respuestas ecofisiológicas basadas en procesos bioquímicos que responden a cambios en el ambiente físico relacionados con ritmos estacionales. En el caso de las plantas y de los insectos, el desarrollo se puede definir como una secuencia de eventos fenológicos que constituyen su ciclo de vida, de forma que cada fase se caracteriza por morfologías y procesos fisiológicos distintos. En cuanto a los requerimientos de luz diurna para que se inicien los procesos de floración y fructificación en las plantas, se distinguen plantas de día largo, de día corto e indiferentes. El control fotoperiódico de las distintas fases fenológicas se lleva a cabo por un mecanismo que es independiente de la temperatura: la fotoconversión del fitocromo. En los insectos la diapausia se produce cuando se suprime la secreción de una hormona debido al efecto de las noches largas; en este caso la fotorrecepción se hace por la cabeza. También el fotoperiodo controla los ritmos estacionales en los vertebrados y seguramente, en la mayoría de ellos, se sigue la secuencia descrita en los trabajos que Beniot llevó a cabo durante los años 1950-1960. Así, la luz hace que los fotorreceptores del ojo y del cerebro (órgano pineal) envíen impulsos nerviosos al hipotálamo, el cual producirá hormonas que a través de los vasos sanguíneos del sistema portal llegan a la adenohipófisis, la cual a su vez, al ser estimulada, elabora hormonas que regulan una amplia gama de funciones corporales.Figura 8. Fecha media de la llegada de la golondrina. Elaboración propia para el Atlas Nacional de España, IGN. (2004).Redes de observación fenológicaLas observaciones fenológicas para la investigación agrícola o ecológica son de alta precisión y se realizan en estaciones o lugares experimentales, en este caso el personal debe ser altamente cualificado. Otras observaciones están destinadas a la toma de datos para un uso operativo o acción administrativa en un plazo relativamente inmediato, en un espacio geográfico comarcal o regional y con fines normalmente encaminados a la toma de decisiones relacionadas con las labores agrícolas, para ello son adecuadas las estaciones u observatorios agrometeorológicos. A nivel nacional las observaciones se suelen utilizar para describir y estudiar el clima del país; en este caso las redes de observación suelen ser poco densas, y se ocupan tanto de las especies agrícolas y silvestres como de las labores del campo; además lo más normal es que se lleven a cabo por personal colaborador voluntario y poco especializado.En la observación fenológica de tipo climático, sobre todo si es a nivel nacional, lo más adecuado es no utilizar especies agrícolas o de jardinería, para evitar la influencia de la gran variabilidad genética y de las labores o actividad humana. Se deben utilizar especies silvestres en un ambiente natural que además reúnan las siguientes características: facilidad de identificación, relativa abundancia, amplia distribución y que sean suficientemente estudiadas o conocidas en cuanto a sus requerimientos ambientales. En cualquier caso hay que analizar los datos fenológicos con precaución, ya que el clima no es el único factor ambiental que incide en el desarrollo o comportamiento de las especies; así podemos destacar el papel de las características fisicoquímicas del suelo y su estado de humedad, la topografía de la zona e incluso la influencia de factores ambientales bióticos como la competencia, sin olvidar la diversidad de genotipos.Las mejores especies a observar en agricultura son los frutales, especialmente si no se cultivan con riego (figura9). Dentro de las aves, en la península Ibérica se pueden utilizar especies estivales tan características como por ejemplo: autillo, abubilla, cuco, oropéndola, golondrina común, vencejo, collalba rubia, tórtola, avión común, abejaruco, codorniz o ruiseñor; y, en el caso de las invernantes: grulla, torcaz, avefría y ánade real (Figuras 10 y11).En Japón y en China se observaban las floraciones del cerezo y el melocotonero asociadas con viejos festivales y algunos registros se han encontrado del siglo XVIII. En Europa los datos fenológicos más antiguos que se han encontrado aparecen en el diario meteorológico de Egioke (Reino Unido); aunque las primeras observaciones realizadas con un cierto método son las que empezó de forma individual el inglés Robert Marshan en 1736. Las primeras redes fenológicas organizadas son las de Rusia (1838) y Bélgica (1842). En esta época el fenólogo belga Quetelet (figura 12) redacta unas primeras instrucciones para la observación y en 1781 la Sociedad Meteorológica de Mannheim (Alemania) publica sus normas de observación fenológica. En 1853, el director del Observatorio Meteorológico de Viena, Carlos Fritz, diseñó unas instrucciones, fundadas en las de Quetelet, con el objeto de unificar las observaciones de todos los investigadores, y las propuso en el Congreso Internacional de Estadística que se reunió en Viena, en 1857, con el objeto de crear una red mundial de observatorios fenológicos. No obstante, el establecimiento de nuevas estaciones y la normalización a nivel europeo proceden de la Primera Conferencia Internacional de Fenología, celebrada en Danzing en 1935, y organizada por la Comisión de Meteorología Agrícola de la O.M.M.Figura 12. El matemático, astrónomo y sociólogo Adolphe Quetelet, realizó observaciones meteorológicas y elaboró unas instrucciones para los 80 observatorios de la red que se montó en Bélgica en 1842.Los estudios fenológicos suelen ser dispersos y con distintos enfoques; los realizan las sociedades de ornitología, las escuelas técnicas de agronomía y los institutos de investigaciones ecológicas o agrarias. Tradicionalmente la fenología ha sido una actividad que se ha realizado en los departamentos o secciones de agrometeorología de bastantes servicios meteorológicos. Entre todos ellos se puede destacar el caso del Servicio Meteorológico alemán (DWD), por la extensa y completa red que gestiona; de los organismos que estudian fenología pero no son servicios meteorológicos se debe citar al Centre for Ecology & Hydrology of Cambridge que en 1998 pone en funcionamiento un programa piloto para revitalizar la UK Phenology Network, en el año 2000 se juntan para esta tarea los guardas forestales y en 2005 comenzó a colaborar la BBC.En los últimos años se han llevado a cabo diversas iniciativas a nivel europeo para intentar coordinar las distintas redes fenológicas existentes con la creación de la Red Europea de Fenología (EPN), entre cuyos objetivos hay que señalar la estandarización de las observaciones y del esquema de codificación de las mismas. A nivel mundial hay que destacar el papel que desempeña el Grupo de Estudios Fenológicos. Este grupo de trabajo fue creado en el XIII Congreso de la Sociedad Internacional de Biometeorología (Calgary, Canadá, 1993). Entre sus objetivos destaca la pretensión de crear una red mundial de observaciones fenológicas en parques nacionales, reservas de la biosfera y otras zonas protegidas, y de integrar la investigación fenológica en el contexto de los estudios encaminados a la detección y seguimiento del cambio climático mundial.Los principales problemas que aparecen en la observación fenológica son relativos a los sesgos que se aprecian en las series de datos, en cuanto a especies, fechas y geografía; la inexistencia de procedimientos de relleno de lagunas; la falta de mecanismos para la formación de los colaboradores; y la falta de unificación entre las distintas redes de observación tanto nacionales como internacionales. En cualquier caso, los datos fenológicos son de gran importancia para entender los procesos de interacción entre la atmósfera y la biosfera, sobre todo de cara a las aplicaciones agrarias y como complemento en los estudios de cambio climático.En la actualidad en algunos servicios meteorológicos o centros de investigación ecológica europeos se está haciendo un gran esfuerzo por unificar los datos históricos dispersos que existen en los distintos países, y se está tratando de diseñar un método de observación fenológica y una red europea lo más homogénea posible. Entre este tipo de iniciativas cabe destacar las que se realizan en el contexto de la Acción COST 725 sobre fenología financiada por la Unión Europea y en la que desempeñan un papel especialmente activo instituciones con gran tradición en observaciones fenológicas como los ya citados anteriormente: el Servicio Meteorológico de Alemania (DWD) y el Centro para la Ecología e Hidrología de Cambridge (Reino Unido).Las observaciones fenológicas en el INMLos primeros intentos de realizar observaciones fenológicas en España, datan de 1883 y se deben al director del observatorio astronómico de Madrid, D. Miguel Merino. En 1932, el meteorólogo y catedrático de la Universidad de Barcelona D. Eduardo Fontseré repartió por Cataluña unas instrucciones de observación fenológica; posteriormente, el meteorólogo D. José María Lorente publicó un artículo en 1934 en el que hacía un llamamiento a los aficionados a la observación de la naturaleza para llegar a confeccionar un mapa fenológico de España. Pero hubo que esperar hasta 1942 para que la Sección de Climatología del Servicio Meteorológico Nacional iniciase la observación fenológica mediante una red de colaboradores y un método normalizado, actividad que ha perdurado hasta la actualidad y que hoy se lleva a cabo por el Servicio de Aplicaciones Meteorológicas. En el citado año de 1942 el SMN publicó un manual titulado “Las observaciones fenológicas, indicaciones para su implantación en España”, escrito por el meteorólogo D. José Batista Díaz y en 1943 este mismo autor publica el "Atlas de plantas para observaciones fenológicas” (figura 13). A la solicitud de colaboradores para montar la red, realizada a finales de 1942, respondieron unas 230 personas relacionadas con el campo y el mundo rural, número que fue aumentando hasta llegar a más de 400 en 1960, para posteriormente ir descendiendo hasta los aproximadamente 120 que envían datos en la actualidad. Para facilitar la observación por parte de los colaboradores, el Instituto publicó los siguientes documentos: las Normas e instrucciones para las observaciones fenológicas (INM, 1989), el Atlas de plantas y aves para las observaciones fenológicas (INM, 1991) (figura 14), y el Atlas de aves y plantas de las Islas Canarias (INM, 1996).Figura 15. Llegada de la golondrina en la primavera de 2002. Elaboración propia para el Calendario Meteorológico del INM del año 2003.En la red fenológica del INM se observan en la actualidad 87 especies diferentes, aunque se dispone de datos históricos de hasta 119 especies. Se consideran 15 especies de frutales, 14 de otros tipos de plantas cultivadas, 34 de árboles y arbustos (se incluyen algunos ornamentales), 10 especies de aves estivales, 8 de invernantes y 2 especies de insectos. Algunas de las fenofases descritas son: llegada o primer canto y emigración de aves; primera vez que se observan los insectos; y, en plantas, brotación, floración, foliación, cambio de color, caída de hojas, etc.; además, en el caso concreto de los cereales, primer nudo de ahijamiento, primer nudo de tallo, zurrón, espigado, maduración, etc. Si entendemos por dato, una fecha de observación de una fase de una especie y en un lugar, la Base Fenológica del INM dispone de unos 400.000 datos, de los que unos 117.000 están archivados en soporte informático y el resto en papel.La calidad de los datos fenológicos del INM es muy dependiente de las especies y zonas geográficas de que se trate, así como de la época en que se tomaron. En este sentido hay que destacar que los principales problemas que surgen en la observación fenológica son relativos a los sesgos que se aprecian en las series de datos en cuanto a especies, fechas y geografía, así como a la falta de normalización y criterios para el relleno de lagunas, la escasez de mecanismos adecuados de comunicación con los colaboradores, la inexistencia de medios para su formación, y a la escasa coordinación entre las distintas redes de observación tanto nacionales como internacionales.Para ser colaborador de esta red de observación basta con ponerse en contacto con los Centros Meteorológicos Territoriales del INM repartidos por las distintas Comunidades Autónomas. La procedencia de los colaboradores voluntarios es muy diversa, pero siempre se trata de personas con alguna vinculación con el campo: agricultores, profesores, farmacéuticos, médicos, sacerdotes, guardas forestales, naturalistas, observadores meteorológicos etc. Respecto a los usuarios, los datos han sido solicitados en diversas ocasiones por profesores universitarios, estudiantes, investigadores y empresas agrícolas; pero hay que destacar que en los últimos años algunos investigadores del CSIC y universidades los están utilizando para estudios relacionados con los impactos del cambio climático en los ecosistemas.Aplicaciones a los estudios de Cambio ClimáticoEl cambio climático afecta a cambios en la dinámica de las poblaciones, modificaciones de la distribución geográfica de las especies y variaciones en el comportamiento fenológico. En la actualidad se están realizando distintos trabajos que tratan de relacionar las variaciones en el comportamiento fenológico de las especies con el cambio climático, aunque muchas veces pueden ser debidas estas alteraciones respecto a la fenología normal a otras causas como una mayor disponibilidad de alimento por la acción humana. En cualquier caso, es bien conocida la tendencia a sedentarizarse en la península Ibérica que manifiesta la cigüeña blanca y en menor medida la abubilla, las codornices en el suroeste y algo las golondrinas en zonas del sureste o muy al sur.El principal problema, que puede causar una pérdida de biodiversidad, radica en los posibles desajustes entre las fases fenológicas a través de las cuales se relacionan distintas especies en los ecosistemas; así por ejemplo, entre floraciones y aparición de insectos polinizadores, o entre éstos invertebrados y la llegada de aves estivales insectívoras, o entre los pasos de estas aves y los periodos de cría de ciertas rapaces que los aprovechan para cazar abundantemente y alimentar a los pollos, como es el caso del escaso halcón de Eleonor, en los islotes y costas rocosas mediterráneas. En general, las floraciones y la aparición de insectos están bien acopladas, pero a su vez estas fases sí pueden estar desacopladas con la llegada de las aves migratorias. Parece que existe una tendencia al adelanto de la actividad en los vegetales, al suavizarse los inviernos, y en los últimos años se da a la vez un retraso en la llegada de las aves migratorias estivales, debido a que los periodos de sequía en África, hacen que las aves tarden más en conseguir sus reservas energéticas para realizar el viaje; por otra parte, si se da una sequía en la península Ibérica parece que influye en las aves adelantando su partida, al no tener suficiente alimento y haber criado ya a los pollos. De Sanz et al. (2003) indica, para el papamoscas cerrojillo en el Sistema Central, una serie de cambios temporales en relación con la cría para una serie de más de diez años, en los que se aprecia una disminución de: éxito reproductor, peso de los pollos y gasto energético diario de los adultos.En el contexto de la acción de cooperación científica y técnica COST 725 “Towards a European Phenological Data Platform for Climatological Applications”, en el que el INM participa, y utilizando los datos de un conjunto de estaciones, que han sido seleccionadas del Banco de Datos Fenológicos a través de un conjunto de criterios tales como la longitud de la serie de observaciones y su continuidad, se han llevado a cabo un conjunto de análisis estadísticos de tendencia de las series temporales de determinados observables, así como de correlación de estos datos con los de determinadas variables climáticas, en particular la temperatura media, con objeto de analizar el uso potencial de estos datos como indicadores de Cambio Climático.Se presentan a continuación algunos de los resultados preliminares de este estudio, en concreto los que se obtienen a partir del análisis de las tendencias temporales de dos indicadores fenológicos: la floración del majuelo (Crataegus monogyna) y la caída de las hojas del olmo (Ulmus minor). Siguiendo las pautas descritas en anteriores epígrafes de este trabajo, se han seleccionado estas especies por su amplia distribución en la península y por tratarse de especies silvestres no sometidas por ello a actuaciones de intervención humana; respecto a los observables fenológicos se han seleccionado aquellos en los que cabe encontrar una correlación significativa con la temperatura media del período inmediatamente anterior a la ocurrencia del evento fenológico.Análisis de tendencias de la floración del Majuelo:El majuelo o espino albar (Crataegus monogyna) es un matorral espinoso que se cría en todo tipo de terrenos, tanto fríos como cálidos, desde el nivel del mar hasta unos 1800 m. de altitud (figura16).Se han utilizado para este trabajo los datos de las fecha de floración del majuelo para un total de 8 estaciones fenológicas, cuyos metadatos se incluyen en la Tabla 1.Tabla 2. Valores de las pendientes de las rectas de regresión resultantes del análisis de tendencia.Como se puede apreciar en la tabla 2, así como en las figuras 17 y 18, a lo largo del período 1950-85 la regresión lineal da resultados muy variados, de modo que no se aprecian en conjunto tendencias significativas en las series, por el contrario en el período 1985-2000, caracterizado por un rápido ascenso de las temperaturas medias, se aprecia una clara tendencia en todas las series excepto en una, en el sentido de anticiparse la floración, con unos valores comprendidos en general entre 1 y 2 días por año, lo que corresponde a una anticipación del evento fenológico del orden de 20 días a lo largo del período indicado. En la tabla se han indicado así mismo los valores de la desviación típica de la pendiente, pudiendo observarse el alto nivel de significación estadística de los resultados del período mas reciente.Figura 19. Correlación entre floración del Majuelo y temperatura media en el trimestre enero-marzo en Cardedeu (datos de 1953-2000).Análisis de tendencia de la caída de la hoja del Olmo:Para este estudio se han utilizado los datos de 3 estaciones, Cardedeu (Barcelona), Talamanca del Jarama (Madrid) y Revenga de Campos (Palencia), en la Tabla 3 se recogen los valores de las pendientes de las ecuaciones de regresión lineal con el tiempo de las series fenológicas correspondientes a la caída de las hojas, al igual que en el anterior caso se ha realizado el estudio por separado para los períodos 1950-85 y 1985-2000. Según se puede apreciar las tendencias en este caso son menos significativas que en el caso de la floración de majuelo y, en general positivas, de forma que se produce un retraso en la caída de la hoja, que es más acusada en el período posterior a 1985 según los datos de Cardedeu , aunque no es así en el de Talamanca del Jarama donde sucede lo contrario (figura20). La tendencia a retrasarse es especialmente significativa en Revenga de Campos, estación que sólo tiene datos a partir de los años 80.Finalmente y, al igual que en el anterior caso, se ha realizado con datos de la estación de Cardedeu un estudio de la correlación existente entre la fecha de caída de la hoja y la temperatura media del trimestre otoñal septiembre-noviembre en dicha localidad. Los resultados que se pueden observar en la figura 21 indican una correlación entre ambas variables (R = 0,45), si bien en este caso es menos significativa que en el de la floración del majuelo.Figura 21. Correlación entre caída de la hoja del olmo floración y temperatura media en el trimestre septiembre-octubre-noviembre en Cardedeu (datos de 1953-2000).Replanteamiento de la fenología en el INMFigura 26. Regiones fitoclimáticas de la España peninsular y Balear. (Según J.L. Allué, 1966).El territorio español posee una gran biodiversidad, riqueza de flora y fauna, abundancia de endemismos y una buena red de espacios naturales de gran valor ecológico. Por otra parte, muchas especies presentan en la península Ibérica sus límites de distribución: meridional, occidental o, en menos casos, septentrional. Por todo ello, en nuestro país, los datos fenológicos adquieren una especial relevancia para los estudios del clima y el cambio climático.Se ha señalado por una parte, el valor de los datos fenológicos como integradores de distintas variables climáticas y la importancia biogeográfica de España; por otra, los problemas actuales de observación y las tendencias europeas en este campo. De todo ello se deriva la conveniencia de replantear y rediseñar la observación fenológica en el INM, y de participar activamente en la Red Fenológica Europea así como en los proyectos de colaboración para homogeneizar criterios de observación. A nivel nacional sería importante realizar proyectos conjuntos con la SEO (Sociedad Española de Ornitología). Ello requerirá el acometer en un futuro próximo un conjunto de actuaciones, en particular:1. Diseñar un método de observación fenológica y una red de observatorios que haga posible aprovechar al máximo la información de las series más largas de datos históricos, ajustándose a las directrices de la Red Europea de Fenología (EPN), lo que incluye seleccionar las Especies Diana de observación preferente. Estas deben de ser de fácil identificación, abundantes, de amplia distribución geográfica, y de un marcado carácter fenológico que las permitan ser unos buenos indicadores climáticos.2. Actualizar o elaborar el material para la identificación de especies y fases fenológicas y para la homogeneidad del método de observación.3. Diseñar un mecanismo de formación y comunicación con los observadores fenológicos a través de teléfono o correo electrónico en tiempo real y mediante una Web de fenología del INM en la Intranet o en Internet.4. Establecer los protocolos necesarios para poder disponer de la colaboración tanto de personal del INM fundamentalmente vinculado a observatorios y CMTs, como de los colaboradores de la red actual que se considera que envían actualmente los datos de mayor calidad.5. Potenciar la colaboración con la AME en el campo de la fenología, con el objetivo de organizar una red de observación meteorológica escolar.Bibliografía• De Sanz et al. (2003): Global Change Biol. 9: 461-472.

Esta entrada se publicó en Reportajes en 14 Nov 2006 por Francisco Martín León
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