Introducción

La mosca del Mediterráneo, Ceratitis capitata (Wiedemann, 1824), es una de las plagas de los frutales y hortalizas más importante del mundo, puede ocasionar daños a especies cultivables y silvestres por lo que se considera una amenaza fitosanitaria latente al causar afectaciones directas en la reducción de rendimientos y pérdida de calidad de gran número de productos agroalimentarios (SENASICA, 2020). De acuerdo con Enkerlin et al., (2015), el primer registro de C. capitata en América se remonta al periodo entre 1901 y1905. En Centroamérica se reportó por primera vez en 1955 en Costa Rica, de donde se extendió por toda la región hasta llegar a Guatemala en 1976, y posteriormente, al año siguiente a Chiapas en la República Mexicana. Para 1979 había invadido una sección de 300 km por la línea de Costa del Pacifico desde la frontera entre Guatemala-México hasta el estado de Oaxaca (Gutiérrez-Samperio, 1979 y Schwarz, Liedo & Hendrichs, 1989).

El ciclo de vida de C. capitata está altamente influenciado por la temperatura (PHYTOMA, 2016), al igual que por otros factores abióticos como la precipitación y la humedad relativa (Harris & Lee, 1987). Sin embargo, el factor térmico aporta un efecto determinante en la dinámica poblacional y en los niveles de infestación, además que un factor esencial para los estados inmaduros y adultos de la plaga (Segura et al., 2006), por ello, la importancia de monitorear el tiempo fisiológico a través de las unidades calor acumuladas (UCAcum) en las porciones territoriales estratégicas para el monitoreo y vigilancia de la mosca del Mediterráneo.

Los territorios estratégicos se denominan: zona de contención potencial, zona de contención y zona de erradicación, los cuales se ubican en Centroamérica y en la porción sur de México (Figura 1). De acuerdo con Enkerlin et al., (2017), se consideran una barrera efectiva para mantener un estatus fitosanitario libre de C. capitata en la región, incluso, esta regionalización ha sido determinante para contener el avance de la mosca del Mediterráneo hacia nuevos territorios, ya que, además de que poseen una ubicación estratégica, fungen como una zona tapón, lo que en buena medida ha permitido disminuir el área de dispersión e invasión de la plaga, por ello, se pueden considerar porciones territoriales determinantes y prioritarios para el monitoreo y vigilancia epidemiológica de la plaga en un contexto regional.

Figura 1.
Zonas de atención estratégica de la Mosca del Mediterráneo en Centro y Norteamérica.
Elaboración propia, tomado de Enkerlin et al., (2017).

De acuerdo con Vargas (1993), las UCAcum se pueden concebir como un instrumento de monitoreo y evaluación del comportamiento de plagas agrícolas. Al respecto, Grageda-Grageda, Ruiz-Corral, Jiménez-Lagunes, y Fu-Castillo (2014) modelaron las condiciones favorables para el gusano barrenador de la nuez, la roya de la hoja y la roya lineal basados en el factor térmico en la porción Noroeste de México. Lograron evidenciar un incremento en el número de generaciones de las plagas, lo que implícitamente conlleva a elevar los costos para su control y una disminución en la producción de agroalimentos, sus resultados plasmados en mapas de generación por factor térmico se consideran un modelo de pronóstico favorable en la fitosanidad.

Tepole-García, Ramírez-Rojas, Bartolo-Reyes, y Castrejón-Gómez (2016), calcularon el número de generaciones que presenta la chinche patas de hoja (Leptoglossus zonatus) en un ciclo agrícola para estimar el daño potencial en las áreas productoras de sorgo en el estado de Morelos en México. Utilizaron datos de temperatura a partir de estaciones climatológicas para calcular el número de generaciones a través de las UCAcum y con ello estimar el daño potencial a través de un modelo pronóstico de riesgo basado en los requerimientos calóricos de la plaga en las áreas productoras de sorgo. Entre sus conclusiones señalan que este tipo de modelos permite detectar la etapa más susceptible al daño de la plaga, lo que sustenta tomar una decisión bajo un enfoque preventivo y con ello establecer acciones de vigilancia, para realizar una detección oportuna o incluso eliminar posibles focos de infestación.

Por su parte, Pacheco-Covarrubias, Soto-Nolasco y Valenzuela-Valenzuela (2016) realizaron el cálculo del número de generaciones de mosca blanca (Bemisia tabaci) a través de las UCAcum, lograron evidenciar que los factores que inciden en el crecimiento poblacional de B. tabaci son la temperatura al acortar su ciclo de vida y así dar oportunidad para incrementar el número de generaciones y alimento. Esto porque, el cálculo de la acumulación térmica resultó un método que permitió coadyuvar en la toma de decisiones para mantener un estatus fitosanitario ausente de plagas de importancia económica. La determinación de las UCAcum permitió comprender el comportamiento epidémico de una plaga con el potencial de ocasionar grandes daños a cultivos agroalimentarios, asociados a su capacidad polífaga, además que puede trasmitir enfermedades y ocasionar daños irreversibles a los cultivos de importancia económica (Pacheco-Covarrubias et al., 2016).

Recientemente Olvera Vargas, Contreras Medina y Aguilar Rivera (2020) utilizan imágenes satelitales MODIS para calcular los grados días de desarrollo de Hypothenemus hampei en la región cafetalera de México. Lograron espacializar el riesgo fitosanitario del problema entomológico más importante del cultivo del café, destacan, qué esta metodología permite apoyar los procesos de monitoreo y vigilancia de plagas de importancia cuarentenaria o económica. Incluso, señalan que este tipo enfoques permite crear y aplicar metodologías que involucren la variable tiempo, lo que posibilita dar soporte a los procesos de vigilancia epidemiológica de la plaga. Derivado de su investigación concluyeron que el uso de imágenes satelitales se debe considerar un insumo importante para fortalecer las estrategias de monitoreo de plagas de importancia económica.

En escala global la temperatura ambiental resulta un elemento esencial en el ciclo biológico de los insectos, sin embargo, su incremento puede generar condiciones propicias para diferentes problemas fitosanitarios devastadores como C. capitata, asociados de manera particular a su capacidad polífaga y su amplio rango de hospedantes. Según el Laboratorio Nacional de Modelaje y Sensores Remotos (LNMySR-INIFAP, 2022) las UCAcum se pueden definir como una expresión matemática de la acumulación de temperatura crítica de un organismo, que es equivalente al desarrollo de la especie. De acuerdo con Grajeda-Grajeda et al. (2014) el factor térmico es determinante en la aparición de brotes de problemas fitosanitarios. Por ello, la estimación de modelos como las UCAcum a partir de productos derivados de imágenes satelitales, proporciona insumos estratégicos en la mitigación del riesgo, que según, Tepole-García et al., (2016) se puede considerar como una herramienta preventiva/reactiva.

Derivado de lo anterior, el objetivo de la presente investigación fue diseñar el tiempo fisiológico de C. capitata a través del cálculo de las UCAcum mediante la utilización de imágenes satelitales climáticas ERA5 en territorios estratégicos en las denominadas zonas de erradicación, contención y contención potencial, los cuales se ubican próximos a los límites de Centro y Norteamérica. Ya que, el factor térmico está estrechamente ligado al ciclo biológico de muchos organismos, y de manera específica favorece la presencia de brotes C. capitata, según Ramírez-Cabral, Medina-García y Kumar (2020), la temperatura promedio mensual, máxima y mínima, pueden inferir en la estimación de la cantidad de calor para el desarrollo del ciclo de vida, a través de la medición de la acumulación de calor a lo largo de un tiempo (Ramírez-Cabral et al., 2020).

Metodología

De acuerdo con Duyck y Quilici (2002), C. capitata requiere una temperatura base (Tb) de 10,45°C, que se entiende como la temperatura mínima por debajo de la cual su desarrollo no ocurre, en complemento sus requerimientos calóricos específicos para completar un ciclo de vida, se puede alcanzar mediante un acumulado de 251,7 grados para lograr una generación, equivalente a un ciclo de vida. Según METEORED (2020), esta acumulación térmica en el año se denomina tiempo fisiológico de la especie y puede estimarse mediante el cálculo de las UCAcum que se ajusta a las funciones seno de la temperatura máxima y mínima (Ramírez-Cabral et al. 2020), conforme a la ecuación (1):

UCAcum=Σ((Tmax+Tmin)/2)-Tb (1)

Donde UCAcum son las unidades calor acumuladas (°C), Tmax es la temperatura máxima (°C), Tmin es la temperatura mínima (°C) y Tb es la temperatura base (°C)

La estimación de las UCAcum mensual involucró el uso de imágenes satelitales climáticas ERA5, ya que de acuerdo con ASGROW (2018), el uso de tecnología geoespacial puede fortalecer los sistemas de monitoreo de plagas y enfermedades agrícolas. En este sentido, la aplicación de sensores remotos permite fortalecer la toma de decisiones en materia de la sanidad de las plantas, ya que permiten la adquisición de información de variables climáticas atmosféricas, terrestres u oceánicas, que en determinado momento benefician o pueden mermar la reproducción de un organismo polífago y altamente peligroso para la producción de agroalimentos como C. capitata.

Los insumos satelitales se obtuvieron del Servicio de Cambio Climático Copernicus (Copernicus Climate Change Service, C3S) del European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), que proporciona datos climatológicos de toda la superficie terrestre. Las coberturas específicas de temperatura mensual (máximas y mínimas) corresponden al subproducto satelital de reanalisis ERA5, que proporcionan información actual sobre clima, con una resolución espacial de 24 km (0,25 grados x 0,25 grados), que estima los parámetros climáticos de la combinación de datos satelitales meteorológicos con datos de estaciones terrestres (CCCS-C3S, 2017). El cálculo de las UCAcum se realizó a partir del análisis mensual de 26 imágenes satelitales (formato .tiff), de un periodo de cuatro estaciones de invierno a invierno entre los años 2020 y 2021, descargadas del sitio https://app.climateengine.com/climateEngine.

En complemento para el cálculo de las UCAcum se creó una cobertura espacial en formato .tiff de la Tb, el cual abarcó la región de estudio definiendo una resolución espacial conforme la imagen ERA5, involucró un proceso de transformación y reclasificación de formato (raster-vector-raster), para lo cual, se asignó un valor de pixel de 10,45°C, al considerarse la temperatura a la cual C. capitata detiene su desarrollo, y a partir de la cual según se acumule puede acelerar o disminuir su desarrollo en función del comportamiento térmico conforme lo señalado por Duyck y Quilici (2002).

El procedimiento para obtener la estimación del tiempo fisiológico de C. capitata se realizó a través de la herramienta “Raster calculator” mediante algebra de mapas, siendo un proceso reiterativo para cada mes (13 en total). El cálculo se realizó bajo el comando: ((UC="Tmax_fecha1.tif" + "Tmin_fecha1") / 2 - "Tb.tif"). En complemento, para la definición espacial de las UCAcum se realizó a través de un proceso de enmascaramiento con las tres zonas estratégicas para el monitoreo de C. capitata identificadas por Enkerlin et al., (2017): contención potencial, contención y erradicación, ubicadas en la porción norte de Centroamérica y el sur de México.

En consecuencia, se realizó un proceso de estandarización para la representación espacial del comportamiento térmico que favorece a C. capitata. Ese proceso, involucró los valores extremos ocurridos dentro de las tres zonas analizadas, lo que permitió determinar una temperatura mínima de 12,3°C ocurrida en la zona de contención durante diciembre de 2021 y una temperatura máxima de 37,4°C registrada en la zona de erradicación durante abril del mismo año. El comportamiento térmico se representó cartográficamente en trece rangos para el periodo de estudio, espacialmente representado en tonalidades frías a cálidas (de azul a rojo)

Espacialmente la estimación del tiempo fisiológico a partir de imágenes satelitales se realizó a través del operador booleano de intersección AND mediante la herramienta “Raster Calculator”, bajo la expresión (UCAcum="1.tif" + "2.tif" + "3.tif" + "4.tif" + "5.tif" + "6.tif" + "7.tif" + "8.tif" + "9.tif" + "10.tif" + "11.tif" + "12.tif" + "13.tif"). Cada cobertura fue equivalente a un mes en el periodo de estudio, lo que permitió obtener las UCAcum de C. capitata, es decir, este procedimiento permitió evidenciar la acumulación de calor que posibilita cuantificar el ¿Cuánto?, ¿Cuándo? y el ¿Dónde? se pueden lograr “.” número de generaciones en escala: regional y en las zonas estratégicas de contención potencial, contención y erradicación.

Resultados y Discusión

El tiempo fisiológico de C. capitata se representó cartográficamente en cinco rangos por medio de los cuales se evidenció territorialmente donde existieron las condiciones para lograr alcanzar una generación o ciclo de vida de la plaga (tonalidades azules). Así mismo, se evidenció porciones territoriales en donde existieron las condiciones térmicas que posibilitan lograr una generación más (dos generaciones), representado en tonalidades de naranja a rojo, conforme las UCAcum mensuales. Estos resultados se obtuvieron al considerar los requerimientos calóricos para la mosca del Mediterráneo conforme los señalado por Duyck & Quilici (2002).

De manera regional existió un comportamiento térmico mensual promedio que osciló entre los 13,1°C y los 37,4°C entre el periodo de diciembre a diciembre de 2020/2021. Es decir, reflejó un comportamiento mensual de valores térmicos superiores a su Tb (10,45°C), lo que representó que es una región en la que ambientalmente existen (por acumulación térmica) las condiciones que pueden favorecer el ciclo de vida de la mosca del Mediterráneo.

Es pertinente señalar, que en el periodo de estudio existió un aumento térmico de febrero a octubre, sin embargo, en los meses de abril y mayo fue cuando se registró una superficie de mayor extensión con las temperaturas más elevadas (32,9 y 38,8°C respectivamente), representadas en tonalidades de naranja a rojo. Las porciones con mayor extensión territorial y con más elevada temperatura se ubicaron en la Península de Yucatán e Istmo de Tehuantepec en México, así como el norte de Guatemala, seguida de una porción en la costa del Pacifico en Centroamérica, específicamente en El Salvador y Nicaragua, en complemento, se evidenció pequeñas porciones con tendencia de condiciones térmicas elevadas al norte/noreste de Nicaragua. El comportamiento espacio-temporal del factor térmico mensual permitió evidenciar de manera cartográfica variaciones territoriales en las que converge distribución espacial, distribución temporal y condiciones de confort para C. capitata como se aprecia en la Figura 2.

Figura 2.
Evolución espaciotemporal del factor térmico óptimo para C capitata en escala regional.
Elaboración propia, a partir de imágenes satelitales ERA5 del Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Medio Plazo (ECMWF).

Por el contrario, espacialmente existió un patrón de distribución espacial donde se presentaron las temperaturas promedio mensuales más bajas (en tonalidad azul). Cabe señalar, que espacialmente el comportamiento térmico de temperaturas bajas fue oscilante en todos los meses entre otoño/invierno, ya sea al disminuir o aumentar en extensión territorial durante los meses comprendidos en este periodo. El rango térmico mínimo osciló entre los 13,2 y 18,9°C, destacando que la mayor extensión territorial con las condiciones térmicas más bajas se identificó en una franja entre la parte central de Guatemala y Chiapas en México extendiéndose hacia el noroeste, así como una porción más estrecha al sur de Honduras y colindante a la señalada anteriormente (Figura 2).

Espacialmente, el tiempo fisiológico presentó un comportamiento uniforme en los territorios estratégicos. En la zona de erradicación existieron condiciones térmicas para lograr una generación, en complemento, en toda la Costa del Pacifico existieron condiciones térmicas para favorecer hasta dos generaciones de la plaga, solo con un déficit de 84,6 UCAcum, esta condición presentó la mayor concentración térmica en la porción ubicada al límite entre México y Guatemala. Cabe señalar que, durante el periodo de estudio la temperatura mensual promedio mínima y máxima fue de 13,1°C en noviembre y 37,4° en abril. Temporalmente, la zona de erradicación logró una acumulación de 418,8 UCAcum, además, es pertinente señalar que para los meses junio/julio ya existían condiciones térmicas para lograr una generación o ciclo de vida de C. capitata, lo cual se logró evidenciar al cuantificar una acumulación que osciló entre las 225,6 y 258,6 UCAcum para este periodo, de acuerdo con los requerimientos calóricos para la especie señalados por Duyck y Quilici (2002) (Figura 3a).

En la zona de contención se presentó un patrón térmico homogéneo en la porción central de Guatemala donde se presentaron las condiciones para alcanzar una generación, además en la porción norte de esta misma zona existió una acumulación de temperatura para generar una posible segunda generación durante el periodo de estudio. Cabe señalar que la temperatura mínima mensual se registró en noviembre con 19,3°C y la máxima mensual fue de 36,3°C durante mayo. En esta zona a nivel regional se evidencio la menor acumulación térmica con 401,3 UCAcum, y temporalmente fue la que presento mayor retraso en la acumulación, ocurrida para julio/agosto, debido a que ya existían las condiciones para lograr una generación con un rango térmico que osciló entre las 249, 6 a 281,9 UCAcum (Figura 3b).

n la zona de contención potencial se presentó la mayor acumulación térmica en la porción territorial limítrofe entre el Salvador y norte de Honduras, donde se logró delimitar algunas porciones territoriales donde se acumuló entre 308,0 y 424,0 UCAcum, representado en tonalidades naranja y rojo respectivamente. La zona de contención potencial presentó una variación térmica determinada con una temperatura mínima de 12,3°C durante diciembre de 2020 y una temperatura máxima mensual promedio de 37,1°C en mayo. En la zona de contención potencial se logró alcanzar la mayor acumulación térmica regional, estimada en las 463,4 UCAcum. Cabe señalar que para el periodo entre junio/julio ya existía las condiciones para que C. capitata pudiera lograr una generación con un comportamiento térmico estimado entre las 249,8 y 287,2 UCAcum, siendo las condiciones óptimas para que la plaga pudiera lograr una generación o un ciclo de vida (Figura 3c), conforme los parámetros térmicos determinados por Duyck y Quilici (2002).

Figura 3.
Comportamiento espaciotemporal de las Unidades Calor Acumuladas en los territorios estratégicos para la Mosca del Mediterráneo a) Zona de erradicación, b) Zona de contención y c) Zona de contención potencial.

El modelado geoespacial de las UCAcum de C. capitata a partir del sensor remoto (ERA5), logró evidenciar que para los meses de junio/julio del año 2021 ya existían las condiciones térmicas para lograr una generación en las zonas de erradicación y de contención potencial con 258,6 y 287,2 UCAcum respectivamente, lo cual ocurrió a la mitad del periodo de estudio. Sin embargo, en la zona de contención existió un patrón espacio-temporal diferente, al presentar condiciones de confort térmico óptimos para el periodo entre julio/agosto con una acumulación térmica de 281,9 UCAcum, es decir, de manera temporal se presentaron las condiciones de confort térmico en esta zona (contención) con un mes de desfase respecto a los otros dos territorios estratégicos para atención de la mosca del Mediterráneo. En la zona de contención se logró definir una porción prioritaria territorialmente de norte a sur, la cual se extendió por una franja de Costa en la planicie de la costa del Pacifico desde Chiapas, México y hasta Guatemala, lo que permitió definir la primera región con condiciones para lograr una generación, seguida de otra porción en la parte central de Guatemala y finalmente una más entre los limites el norte de Honduras y el Salvador.

A partir de los resultados obtenidos podemos inferir que en las tres zonas de atención estratégica en Centro y Norteamérica señaladas por Enkerlin et al. (2017), fue factible alcanzar una generación de la plaga. Sin embargo, es pertinente resaltar que en la zona de contención potencial existió un déficit de 39,9 UCAcum para lograr una segunda generación de la plaga, es decir, la porción estratégica más al sur del continente, cuenta con la mayor aptitud térmica para un incremento poblacional de la especie y territorialmente se definen dos porciones que pueden coadyuvar en direccionar acciones de vigilancia activa y pasiva de la mosca del Mediterráneo. La primera de mayor prioridad fue ubicada hacia la costa del Pacifico (tonalidad roja en la Figura 3c), y la segunda hacia la Costa del Caribe en virtud de los límites de la zona de contención potencial, la cual se representó en tono naranja en la Figura 3c.

En orden de importancia como segunda porción prioritaria se localizó la zona de erradicación en la que faltaron 84,6 UCAcum para lograr una posible segunda generación de C. capitata. En esta zona el territorio prioritario se ubicó en la zona limítrofe de Guatemala y México en la costa de Pacifico, además se identificó una franja con el potencial de incrementar la temperatura y con ello una posible aparición de focos de la plaga, al incidir la triada plaga/ambiente/hospedero, lo cual se refleja en la Figura 3a. Finalmente, la zona de contención fue la que contó con menor aptitud térmica faltando 102,1 UCAcum para una posible segunda generación de C. capitata. Según nuestros resultados, para este periodo y en escala regional la zona de contención potencial debió ser la prioritaria, sin embargo, nuestro enfoque permite identificar los puntos de calor donde existió la mayor acumulación y por ende las porciones territoriales prioritarias en cada una de las zonas estratégicas lo cual se puede observar en la Figura 3 en tonalidades rojas.

El componente fundamental de esta investigación involucró un abordaje teórico/metodológico de carácter transdisciplinario y al utilizar insumos de carácter satelital de variables térmicas puede aportar a la toma de decisiones fitosanitarias al permitir realizar cálculos de tiempo fisiológico actual de especies consideradas devastadoras como C. capitata. Sin embargo, es pertinente señalar que las imágenes ERA5 cuentan con una baja resolución espacial pero una alta resolución temporal, es decir, un tamaño de pixel de 24km y un periodo de tiempo de adquisición de imagen con dos o tres semanas de desfase a fecha actual, lo que posibilita analizar imágenes satelitales actuales, pero sin distinguir estructuras de tamaño pequeño en el territorio. Como fortaleza de los resultados obtenidos es que puede ser un insumo para detonar estrategias de mitigación del riesgo de plagas en escala regional y puede complementarse con otros sensores como CFS Reanalysis (19 km) con la misma resolución temporal.

Finalmente, la estimación de UCAcum se puede considerar un insumo importante en la evaluación espacial multícriterio, ya que permite la integración de “n” cantidad de variables y con ello obtener un modelo cartográfico de riesgo fitosanitario robusto desde una perspectiva preventiva lo que posibilita robustecer el denominado Análisis de Riesgo de Plagas, que determinan el riesgo de ocurrencia de plagas en un ámbito global y es respaldado como un instrumento de evaluación oficial en el mundo por la Convención Internacional de Protección Fitosanitaria CIPF (FAO-ONU, 2022).

Conclusiones

Estimar el tiempo fisiológico (UCAcum) mediante el uso de imágenes de satélite para especies consideradas altamente peligrosas como C. capitata resulta una estrategia preventiva, considerada a la vez novedosa y robusta, ya que permite fortalecer la toma de decisiones en sanidad vegetal. La incorporación de insumos de carácter satelital potencializa analizar una gran cantidad de datos (en este caso térmicos), lo que proporciona información tangible y en tiempo casi real (con una o dos semanas de desfase) de los requerimientos calóricos para que una especie logre alcanzar un ciclo de vida. Y recordemos que conocer el ciclo de vida de una especie es esencial para lograr un manejo adecuado, puesto que permite determinar los periodos o estadios óptimos para implementar estrategias para controlar las poblaciones de dicha especie, lo que indirectamente puede traducirse en una optimización de recursos económicos, de personal y de material necesario para un manejo adecuado. La metodología expuesta en esta investigación proporciona los elementos técnico-científicos necesarios para dar robustez a las decisiones estratégicas en materia fitosanitaria basado en un enfoque geo tecnológico, aportando en la colocación o redireccionamiento de las acciones operativas de vigilancia epidemiológica (rutas de trampeo, rutas de vigilancia, áreas de exploración, parcelas centinelas, entre otras), este tipo de modelado, otorga certeza y robustez a los sistemas de alerta temprana y mitigación del riesgo fitosanitario, bajo un enfoque preventivo y dinámico.

Referencias

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Información adicional

url:: https://revele.uncoma.edu.ar/index.php/geografia/article/view/4098