CORPORACION COLOMBIANA DE INVESTIGACION AGROPECUARIA CORPOICA INFORME TECNICO FINAL INSTITUCIONES PARTICIPANTES:

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1 Página 1 de 78 CORPORACION COLOMBIANA DE INVESTIGACION AGROPECUARIA CORPOICA INFORME TECNICO INSTITUCIONES PARTICIPANTES: Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - CORPOICA Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales- IDEAM Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt IAvH Centro de Investigación del Café CENICAFE Asociación de Productores Orgánico de la Sierra Nevada de Santa Marta - APROCOSNE FINANCIADO POR: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural Título del Proyecto: Investigación sobre los efectos del cambio climático en la distribución altitudinal de insectos plaga del café y sus enemigos naturales en la zona cafetera de Colombia 1

2 Página 2 de 78 Datos básicos del proyecto. Líder: Angela María Arcila Cardona C.I. / E.E: Caribia Fecha: Octubre de 2011 Entidad financiadora: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural Entidad (es) ejecutora (s): CORPOICA, IDEAM, IAvH, CENICAFE, APROCOSNE Código de Agenda: 1545 Número del convenio: 054 Número de Contrato: P Líder del proyecto: Angela María Arcila Cardona Equipo ejecutor del proyecto: CORPOICA Luis Fernando Gil Vallejo Manuel Pinto Zapata Milton Rivera Elizabeth Aguilera Edwin Rojas PROYECTO Carlos Andrés Pinzón Yajaira Romero Barrera Yesith Montero Jairo Hernán Henao IDEAM Gladys Moreno Franklyn Ruiz 2

3 Página 3 de 78 IAvH Fabio Lozano Z. William Vargas Claudia Medina Astrid Pulido CENICAFE Pablo Benavides Andrés Peña Centro de investigación y sede del líder: EE Caribia Fecha de Iniciación: 16 de julio de 2008 Fecha de Finalización: 16 de julio de

4 Página 4 de 78 TABLA DE CONTENIDO Resumen 5 Planteamiento del Problema 5 Objetivos 6 Objetivo General 6 Objetivos Específicos 7 Capitulo 1. Distribución altitudinal de las principales plagas de café y de sus enemigos naturales en Colombia. Introducción 7 Materiales y Métodos 12 Resultados y Discusión 18 Capitulo 2. Evidencias del cambio climático en la zona cafetera mediante el análisis de tendencias en la precipitación y temperatura usando rclimdex Introducción 35 Materiales y Métodos 39 Resultados y Discusión 47 Capitulo 3. Influencia de variables climatológicas y de manejo del cultivo en la distribución altitudinal de las especies plaga del café y sus enemigos naturales. Introducción 56 Materiales y Métodos 57 Resultados y Discusión 58 Capitulo 4. Distribución Potencial Actual y en el 2020 de la broca del café Hypothenemus hampei y Leucoptera coffeellum para Colombia Introducción 60 Materiales y Métodos 65 Resultados y Discusión 68 4

5 Página 5 de 78 RESUMEN El cambio climático es un fenómeno indiscutible que se evidencia con el incremento de la temperatura, debido principalmente al exceso de emisiones de gases del efecto invernadero como consecuencia de actividades humanas con prácticas inadecuadas. El sector agropecuario se verá afectado, entre otros aspectos, con el desplazamiento de plagas y enfermedades asociadas a los cultivos. A partir de datos históricos e información colectada en campo de la distribución geográfica de la broca del café Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae), datos bioclimáticos actuales, el escenario A1 de cambio climático para el periodo del 2020 de la base de datos Worldclim y topografía con una resolución de 1Km, se generaron modelos de distribución potencial, actual y futura, para evaluar los efectos del cambio climático sobre la distribución altitudinal de esta especie para una zona en la región cafetera central y la Sierra Nevada de Santa Marta, utilizando las herramientas tecnológicas de modelación de distribución potencial de especies GARP y MAXENT. Los resultados iniciales sugieren que habrá un desplazamiento hacia zonas de mayor altitud para el periodo 2020 y que las variables que más contribuyeron en las predicciones fueron la altitud, la isotermalidad (P2/P7) (* 100)) y la temperatura mínima durante los meses más fríos. Estos modelos son una herramienta útil para hacer un diagnóstico sobre la situación actual de la caficultura con esta especie, los efectos sobre el cultivo del café y así proponer planes de manejo y estrategias de mitigación para la adaptación al cambio climático que orienten mejor a los productores. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El cambio climático global influirá en la productividad de los cultivos por medio del desplazamiento de las zonas óptimas de crecimiento; cambios en los patrones de precipitación y evapotranspiración y desplazamiento de los hábitats de plagas y enfermedades. Se hipotetiza que el aumento en la temperatura posibilitaría la expansión del rango de muchas especies generalistas, pre-adaptadas (ej: origen tropical), dentro de las cuales se encuentran insectos invasores y plagas agrícolas clave. El cultivo de café es de gran importancia para Colombia por su extensión, su participación en el PIB, en las exportaciones y la generación de empleos en el campo, de manera que cualquier problema que lo afecte puede ser de gran impacto para la economía del país. A pesar de ser un cultivo cuya producción depende mucho de las condiciones de temperatura, no se conoce en detalle cuáles podrían ser las consecuencias del cambio climático sobre su distribución geográfica, fenología, manejo de suelos y agua, plagas y enfermedades. El presente proyecto de investigación sobre los efectos del cambio climático en la distribución altitudinal de insectos plaga y sus enemigos naturales en el cultivo de café en 5

6 Página 6 de 78 Colombia, buscó recolectar y analizar datos históricos y actuales de la distribución altitudinal de dichas especies, con el fin de identificar variaciones que puedan ser relacionadas al cambio en las condiciones climáticas durante las últimas décadas. Para ello, se adoptaron tres estrategias: 1. Revisión retrospectiva de fuentes de información primaria (literatura gris y publicada) de registros de especies plaga del café y sus enemigos naturales. 2. Revisión de datos de colecta de especies plaga y benéficos del café, depositados en colecciones entomológicas. 3. Muestreo en campo. Para este último se escogiron dos zonas de muestreo: La Sierra Nevada de Santa Marta, un sistema montañoso aislado, con bajo grado de tecnificación en el cultivo y en El eje cafetero (Caldas), ubicado en la cordillera de los Andes y con un alto grado de tecnificación en el cultivo. Se ubicaron estaciones de muestreo cada 200m de altitud en el rango de 600 a 1600 m SNM para la Sierra Nevada de Santa Marta y entre m SNM para el eje cafetero. De acuerdo a las condiciones locales se escogieron cuatro sitios de muestreo por altitud en cada zona, para un total de 40 lotes muestreados. Estos sitios se visitaron en 4 muestreos, durante dos años. Se implementaron métodos de muestreo específicos para dos especies plaga consideradas las más importantes: Broca del café (Hypothenemus hampei) y Minador de la hoja (Leucoptera coffeellum). Se espera que este proyecto contribuya a generar pautas para orientar las medidas de adaptación necesarias para asegurar la viabilidad del cultivo y por ende los ingresos de miles de familias colombianas, en un escenario de cambio en las condiciones climáticas locales y regionales. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Recolectar y analizar datos históricos y actuales de la distribución altitudinal de las principales plagas de café y de sus enemigos naturales en Colombia, para identificar variaciones que puedan ser atribuibles al cambio en las condiciones climáticas durante las últimas décadas. 6

7 Página 7 de 78 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar cambios en la distribución altitudinal de las principales plagas de café y sus enemigos naturales en Colombia. 2. Análizar las tendencias climáticas de las áreas de estudio durante los últimos 22 años y las proyecciones climáticas locales ante los efectos esperados del cambio climático. 3. Evaluar la influencia de las variables climatológicas y de manejo del cultivo en la distribución altitudinal de las especies plaga del café y sus enemigos naturales. 4. Estimar los cambios potenciales de distribución altitudinal de especies plaga priorizadas, bajo diferentes escenarios de cambio climático. 5. Fortalecimiento de la capacidad científica nacional en el análisis de los efectos del cambio climático sobre especies plaga agrícolas. 6. Capacitación de productores y técnicos en el tema. CAPITULO 1. Distribución altitudinal de las principales plagas de café y de sus enemigos naturales en Colombia. Introducción La temperatura y la humedad son los dos principales factores limitantes de la distribución de la vida en el planeta, la temperatura puede actuar en cualquier etapa del ciclo de vida y limitar la distribución de una especie a través de sus efectos en la supervivencia, reproducción, desarrollo de organismos jóvenes y competencia con otras especies cerca de los límites de tolerancia de temperatura (Krebs 1985). En un escenario de aumento de la temperatura global, se puede esperar que algunas especies cambien su rango de distribución natural en dos direcciones: mayor latitud y mayor altitud. Se hipotetiza que este conjunto de especies esté sesgado hacia las especies invasoras y las plagas de los cultivos, especialmente aquellas de origen tropical, favorecidas por presentar adaptaciones previas hacia la rápida colonización de nuevos ambientes y por ambientes más cálidos y propicios para su reproducción. 7

8 Página 8 de 78 Muchos estudios han documentado cambios recientes en el rango de distribución de vertebrados, invertebrados y plantas que están asociados con el calentamiento global. Parmesan (2006) hace una revisión de trabajos que recopilan evidencias de este proceso: En los últimos 32 años la polilla procesionaria Thaumatopoea pityocampa, plaga defoliadora de varios cultivos forestales, ha expandido en 87 Km el borde norte de su distribución en Francia y m su límite altitudinal en Italia (Battisti et al. 2005). En las Montañas Rocosas en los Estados Unidos, el escarabajo de los pinos (Dendroctonus ponderosae) ha respondido a las temperaturas más cálidas alterando su ciclo de vida; ahora tiene una generación por año en lugar de cada dos años como solía ser, esto posibilita grandes incrementos en abundancia de población y por lo tanto mayor incidencia del hongo fitopatógeno (Cronartium ribicola) que transmiten a los pinos (Logan et al. 2003). Los estudios de cambios en la distribución altitudinal de las especies han sido más escasos, pero existen unos pocos bien documentados que muestran un movimiento en general de las especies hacia arriba en elevación (Parmesan 2006). En Costa Rica Pounds et al. (1999, 2005) documentaron que las aves de la parte baja de las montañas han empezado a reproducirse en el bosque nublado durante los últimos 20 años. En Suiza la flora alpina se ha expandido hacia las cimas de las montañas en comparación con los datos de censos de 1940 (Grabherr et al. 1994, Pauli et al. 1996). El movimiento hacia arriba de la línea de árboles en las montañas ha sido observado también en Siberia (Moiseev y Shiyatov 2003) y en las Montañas Rocosas canadienses, donde la temperatura ha aumentado 1.5 C (Luckman & Kavanagh 2000). En Colombia, ubicada en la zona tropical, se espera que los mayores cambios de distribución de las especies ocurran a nivel altitudinal. Hasta el momento, no existen estudios encaminados a abordar el efecto del cambio climático sobre la distribución de especies plaga de cultivos o sus enemigos naturales, tampoco sobre los efectos económicos que tendría la variación del rango altitudinal de algunas especies plaga sobre los sistemas productivos, tanto directamente por una disminución en rendimiento, como indirectamente por el efecto de mayores gastos en manejo de plagas. El cultivo de café en Colombia es el escenario ideal para proponer este tipo de estudios, debido a que es cultivado en una franja altitudinal entre los m, a su gran importancia en la economía de nuestro país, y al gran respaldo que tiene en investigación y bases de datos tanto del cultivo como meteorológicas. Según información del Ministerio de Agricultura, en el año 2006 el café fue el primer producto agrícola en extensión en Colombia con hectáreas, que rindieron 8

9 Página 9 de toneladas métricas, representó el 19.3% del área cosechada en Colombia y el 32.5% de los cultivos permanentes (MADR 2007). Para el 2004 su producción representó el 9.4% del valor de la producción agropecuaria y el 17% de la actividad agrícola Colombiana. Para ese mismo año la participación del café en el PIB agrícola fue del 12% y en el PIB Nacional del 1.7%. Ocupó el primer lugar en productos agrícolas exportados con el 32% del mercado y el 7% de las ventas totales del país al exterior, ocupando el tercer lugar después del petróleo y el carbón (Espinal et al. 2006). Dada la importancia del cultivo de café en Colombia, cualquier problema que lo afecte puede ser de gran impacto para la economía del país. A pesar de ser un cultivo cuya producción depende mucho de las condiciones de temperatura, se desconoce cuáles podrían ser las consecuencias del cambio climático sobre este cultivo, cómo se afectaría su distribución geográfica, fenología, manejo de suelos y agua, plagas y enfermedades. Al respecto el antecedente más cercano es el de un estudio realizado para las zonas productoras de café en el estado de Veracruz (México), donde se creó un modelo con variables climáticas y económicas. El modelo muestra que la temperatura es el factor climático más relevante, ya que la producción responde significativamente a patrones estacionales de temperatura. Los resultados del cambio climático proyectado para el año 2020 indican que la producción de café podría no ser económicamente viable para los productores ya que se predice una reducción del 34% de la producción actual (Gay et al. 2006). Las principales plagas del café en Colombia son la broca del café (Hypothenemus hampei) y el minador de la hoja (Leucoptera coffella) (Bustillo et al.2000). La broca del café es la mejor estudiada de las plagas y la más agresiva. Originaria de Africa,ecuatorial llegó al continente américano a principios del siglo XX, hallándose en la actualidad prácticamente en todos los países productores de café. En Colombia se reportó por primera vez en 1988 en Tumaco (Nariño) y dos años después ya se encontraba en el Valle del Cauca, Huila y Antioquia (Bustillo 1991). Al parecer la broca se estableció en principio en las zonas marginales bajas del cultivo, favorecida por las condiciones cálidas de temperatura, logrando avanzar después hacia zonas más frías de mayor altitud; para el año 2006 su distribución cubría Ha del cultivo (Bustillo 2006). El ciclo de vida de la broca ha sido estudiado por varios autores a nivel internacional (Baker et al. 1992a; Decazy 1990a; Muñoz 1989; Baker 1984; Ticheler 1963; Bergamin 1943; Corbett 1933; citados por Bustillo 2006) y en Colombia (Ruiz 1996; Ruiz et al. 1996; Gaviria et al. 1995; Montoya y Cárdenas 1994; citados por Bustillo 2006). 9

10 Página 10 de 78 Siendo un organismo ectotermo, la duración de su ciclo de vida varía según las condiciones ambientales, especialmente la temperatura, razón por la cual existen considerables diferencias en cuanto a la información sobre la duración de sus estados de desarrollo. El adulto hembra de la broca del café una vez emerge de la pupa está listo para aparearse y unos tres días después puede iniciar posturas. Su período de oviposición es de unos 20 días y coloca entre dos y tres huevos/día. El número de días que puede permanecer ovipositando se estima en Colombia en 15 días,la incubación del huevo dura 6-7 días (23ºC) y el estado de larva 15 días para los machos y 19 días para las hembras, la prepupa dos días y la pupa 4-6 días (25.8ºC). El ciclo total de huevo a emergencia de adulto se estima en 27.5 días (24.5ºC). Sin embargo el tiempo generacional, o sea el tiempo que tarda en iniciarse otra generación del insecto, bajo condiciones de campo se estima para la zona cafetera colombiana en 45 días a una temperatura promedio de 22ºC y de unos 60 días para una temperatura de 19ºC. La relación de sexos es aproximadamente de 1:10 en favor de las hembras (Ruiz 1996; citada por Bustillo 2006). Se ha encontrado que la emergencia de broca en frutos infestados es muy baja a temperaturas inferiores a 20ºC y también es afectada por la baja humedad relativa (menor 90%) (Baker et. al. 1992). Sin embargo en los períodos prolongados de sequía, se ha observado que la broca se reproduce en mayor proporción en los frutos caídos, en comparación con las épocas de lluvia (Cenicafé 1997). El Minador de la hoja del café Leucoptera coffella, es prevalente en zonas cálidas y donde se abusa de insecticidas, pero sus poblaciones se reducen cuando llegan las lluvias y su fauna benéfica se restablece. Este insecto posee un mínimo de 6 especies de insectos parasitoides que atacan el estado larvario cuando inicia su daño en el interior de las hojas. El parasitoide Closterocerus coffeellae (Ibering) (Hymenoptera: Eulophidae) es el que se encuentra con mayor frecuencia actuando sobre sus poblaciones. Su efecto se ve complementado por la avispa predadora Polistes sp (Hymenoptera: Vespidae), cuyas poblaciones se pueden incrementar mediante el traslado y establecimiento de nidos y favoreciendo sus refugios dentro o en los alrededores de los cafetales (Bustillo et al. 2000). Teniendo en cuenta las características mencionadas de estas especies, se puede esperar que en un escenario de aumento de temperatura y mayor variabilidad en las precipitaciones, no solo aumenten su rango de distribución altitudinal; sino que además alcancen una mayor densidad de población en lugares donde las condiciones de temperatura ponían freno a su capacidad reproductiva y porcentaje de supervivencia. 10

11 Página 11 de 78 Este posible aumento en la densidad de población tendría serias repercusiones, la pérdida económica al momento de la venta del grano por el caficultor, está establecida por normas de la Federación Nacional de Cafeteros en un nivel máximo de defectos en el café pergamino del 5%, con un tope de 2% de daño por broca; lo cual implica que en los cafetales al momento de la cosecha no puede haber una infestación mayor al 5% (Bustillo 2006). Otro aspecto muy importante a tener en cuenta es el efecto del cambio climático sobre los controladores naturales de las plagas de café. En el caso de la broca, el control con enemigos nativos y parasitoides introducidos (Cephalonomia stephanoderis, Prorops nasuta y Phymasticus coffea) es parte fundamental de las estrategias de manejo integrado aplicadas en la actualidad (Bustillo 1995). Relativamente pocos estudios han evaluado los efectos potenciales de un incremento en la variabilidad de la temperatura y precipitación en las relaciones entre especies en las comunidades bióticas. Este aspecto es especialmente importante en los agroecosistemas, donde muchas especies plaga son mantenidas a niveles de población bajos gracias a la acción de sus enemigos naturales (Stireman et al. 2005). Teniendo en cuenta que muchos de estos enemigos naturales dependen de señales climáticas particulares y ciertos niveles de precipitación, para encontrar sus presas u hospederos, es muy probable que la mayor variación climática experimentada por el cambio a nivel global, tenga un efecto profundo en ellos; además del efecto de la variación amplificada de la dinámica de la presa u hospedero en respuesta al clima. En un estudio realizado por Stireman et al. (2005) para cuantificar el parasitismo natural de larvas y pupas de mariposas, se encontró una asociación negativa entre la frecuencia de parasitismo y la variabilidad climática. Los autores hipotetizaron que estos hallazgos son el resultado de un incremento en la desconexión de los ciclos de herbívoros y sus carnívoros a medida que la variabilidad climática incrementa. El entendimiento de los factores que gobiernan esta asociación negativa puede ayudar a predecir la frecuencia de futuros brotes de insectos plaga a medida que el cambio climático se acelera. Dada la velocidad con la que ocurren los cambios debidos al calentamiento global, es urgente que en Colombia se reduzca la vulnerabilidad y se incremente la capacidad de adaptarse. En este sentido es prioritario mejorar nuestro conocimiento de los efectos específicos del cambio climático sobre aspectos fundamentales como distribución e incidencia de plagas agrícolas, para lo cual es necesario desarrollar y poner en práctica metodologías apropiadas de muestreo y análisis de información como la propuesta en el presente proyecto. 11

12 Página 12 de 78 Materiales y Métodos Captura de Datos Para cumplir con este objetivo se adoptaron tres estrategias para el acopio de información: 1. Búsqueda de información publicada de registros de especies plaga y benéficos en cultivos de café en Colombia. Para ello se revisó la información existente en bases de datos en línea, en la Biblioteca Agropecuaria de Colombia, en Cenicafé, en la Universidad Nacional de Colombia, Universidad del Valle y Universidad del Cauca. 2. Revisión de datos de colecta de especies plaga y benéficos de café, depositados en colecciones entomológicas como las de Cenicafé, Corpoica- Tibaitatá, Instituto Alexander von Humboldt, Universidad Nacional y otras universidades. 3. Muestreo en campo. El objetivo de los muestreos de campo es tener información de la situación actual de distribución altitudinal de las principales plagas de café y sus enemigos naturales; también recolectar datos de densidad de población que nos permitan describir no solo cualitativa sino cuantitativamente la situación de las especies objeto de estudio en un gradiente altitudinal. De esta manera no solo podemos comparar los datos actuales con los históricos, sino que además establecemos una línea de base para continuar el monitoreo en el futuro Obtención de datos de fuentes secundarias (Museos Entomológicos y publicaciones) La recopilación de información se desarrolló de la siguiente manera: 1. Identificación de la entomofauna asociada al café mediante revisión de literatura, la cual se basará en Cárdenas y Posada 2001 y Bustillo Definición de un formato de almacenamiento de información proveniente de colecciones diferentes al Instituto Humboldt (IAVH). Para el desarrollo de este formato se tomó como base el estándar de registros biológicos del Sistema de Información en Biodiversidad del Instituto Humboldt. 3. Documentación y sistematización de los registros de insectos asociados a café en el formato definido en el numeral 2, los datos fueron obtenidos de la revisión de 12

13 Página 13 de 78 bases de datos y/o de las colecciones entomológicas: Instituto de Ciencias Naturales (ICN), Museo Entomológico Francisco Luis Gallego (MEFLG) Universidad Nacional Medellín, Colección Entomológica de la Universidad de Antioquia, Museo de entomología de la facultad de Agronomía de la Universidad Nacional Bogotá (MEUNALB), Colección entomológica de Cenicafé, Colección entomológica de Corpoica Tibaitata, Museo de Entomología de la Universidad del Valle, Colección Entomológica Universidad del Quindío, Museo de entomología de la facultad de Agronomía de la Universidad Nacional Palmira. 4. Documentación y sistematización de los registros de insectos asociados al café que aparecen en publicaciones y que cumplieron con los requerimientos mínimos de información necesarios, los cuales son lugar, fecha de colecta y altura sobre el nivel del mar. 5. Sistematización en la plataforma Specify, de los registros de insectos asociados a café depositados en la colección del IAVH, información proveniente de: Proyecto Quindío, y Proyecto Paisajes Rurales. 6. Unificación de la información de los registros provenientes de las diferentes colecciones. 7. Integración de información faltante tanto geográfica mediante la búsqueda en gaceteros geográficos, como taxonómica mediante la búsqueda en bases de datos distribuidas en Internet como ITIS ( Discovery life ( o Zipcodecozoo.com ( 3. Muestreo en campo: Por sus condiciones contrastantes en cuanto a ubicación geográfica y al manejo del cultivo de café se escogieron dos zonas de muestreo: La Sierra Nevada de Santa Marta (Figuras 1.1 y 1.2), un sistema montañoso aislado, con bajo grado de tecnificación en el cultivo y El eje cafetero (Caldas), ubicado en la cordillera de los Andes y con un alto grado de tecnificación en el cultivo (Figuras 1.3 y 1.4). Se establecieron estaciones de muestreo cada 200m de altitud en el rango de m SNM para el eje cafetero y de 600 a 1600 para la Sierra Nevada de Santa Marta. De acuerdo a las condiciones locales se escogieron cuatro sitios de muestreo por altitud en cada zona, para un total de 40 sitios de muestreo, los cuales se visitaron en 4 muestreos durante dos años. Se implementaron métodos de muestreo específicos para 13

14 Página 14 de 78 dos especies plaga consideradas las más importantes: Broca del café (Hypothenemus hampei) y Minador de la hoja del cafeto (Leucoptera coffeellum). Muestreo de Broca del café: Se realizaron muestreo de frutos brocados tanto en las ramas como en el suelo. Para ello se escogieron aleatoriamente 100 árboles por finca o lote (en el caso de las fincas de mayor extensión). En cada árbol se seleccionó una rama y se contabilizaron el total de frutos y los frutos brocados para establecer el porcentaje de infestación. Se recolectaron los frutos brocados los cuáles fueron llevados al laboratorio, donde al azar se escogieron 100 frutos por finca o lote, los cuáles se disectaron para contabilizar adultos, pupas, larvas y huevos y establecer la dinámica de población de la especie en el cultivo. De igual manera se hizo con los frutos recolectados en el suelo alrededor de cada uno de los 100 árboles escogidos, se contabilizaron el total de frutos, los frutos brocados y se disectaron 100 frutos por sitio de muestreo. Muestreo del Minador de la hoja: En los mismos árboles escogidos para las evaluaciones de broca se realizó la evaluación de presencia del minador de la hoja del cafeto. Muestreo de enemigos naturales: -Parasitoides: Se examinaron los ejemplares de broca recolectados de los frutos disectados, buscando señales de parasitismo, se recolectaron e identificaron también los depredadores encontrados en estos frutos. De igual manera se realizó muestreo con trampas Malaise (dos por cada rango de muestreo cada 200m) que es muy eficiente especialmente para Hymenoptera, grupo en el cual se encuentran la gran mayoría de los parasitoides de plagas. -Otros enemigos naturales: Se examinaron los frutos y hojas recolectados en los muestreos de broca y minador de la hoja, en búsqueda de otros depredadores de estas plagas. Teniendo en cuenta la importancia de la fauna del suelo, especialmente las hormigas, en la depredación de la broca del café; se realizó muestreo de hojarasca y separación de las muestras con sacos Winkler. El método de sacos Winkler está constituido por dos partes: Un cernidor, en donde una muestra de un 1m2 de hojarasca es tamizada y un saco compuesto por dos bolsas de tela que se conectan, en su parte inferior a un frasco colector con etanol al 70%. La hojarasca tamizada se vierte en éste saco que se cuelga por 48 horas, y durante éste tiempo los artrópodos van cayendo, por gravedad, al frasco colector. 14

15 Página 15 de 78 Se tomaron 15 muestras de hojarasca por finca o lote, 5 muestras en tres transectos de 50m de largo, para completar 60 muestras por rango de altura. Figura 1.1. Finca cafetera Sierra Nevada de Santa Marta, Municipio Santa Marta, Vereda San Isidro. Nótese la predominancia de la vegetación natural. 15

16 Página 16 de 78 Figura 1.2. Paisaje cafetero en la Sierra Nevada de Santa Marta, Vereda Minca (Santa Marta Figura 1.3. Finca cafetera tecnificada en el municipio de Belalcázar, Caldas. Figura 1.4. Paisaje cafetero, zona rural municipio de Belalcázar, Caldas. Al fondo el Valle del rio Risaralda. 16

17 Página 17 de 78 Organización y análisis de datos Datos de fuentes secundarias (Museos Entomológicos y publicaciones) Una vez construida y depurada la base de datos se realizó el análisis de la información obtenida: -Resolución taxonómica (nivel de identificación). -Representación de los diferentes órdenes de insectos. -Número de registros por Museo o Colección entomológica. -Cobertura geográfica. -Amplitud del rango altitudinal para cada especie (límite superior-limite inferior) -Altitud promedio por año. Se analizaron las variables amplitud del rango altitudinal, límite inferior del rango altitudinal, límite superior del rango altitudinal y altitud promedio de distribución para cada año. Se procesaron los datos para identificar patrones temporales por medio de metodologías como el análisis de series de tiempo, análisis de correlación y de regresión. Se escogió un subconjunto de especies plaga y controladores naturales, para los cuales se haya logrado recoger un buen volumen de datos, estimado en por lo menos 30 registros que brinden información de la distribución altitudinal de las especies por lo menos para los últimos 10 años. Teniendo en cuenta la distribución de los datos en el tiempo, se determinaron rangos temporales decadales ( ) entre los cuales se compararon las variables amplitud del rango, límite inferior del rango altitudinal, límite superior del rango altitudinal y altitud promedio de distribución, para cada especie. La comparación se realizó empleando pruebas de t-pareada o su equivalente no paramétrico de acuerdo al comportamiento de los datos. Para evitar el sesgo introducido por la diferencia en esfuerzo de muestreo debido a la heterogeneidad de las fuentes de información, se contabilizó el número de registros por especie/año y el número de datos a ser tenidos en cuenta se estandarizó de acuerdo al año con menores registros. Es por esto que para el análisis solo se tuvieron en cuenta aquellos años que tuvieron por lo menos tres registros para la misma especie. 17

18 Página 18 de 78 Datos de campo Los datos recolectados en campo fueron organizados en las siguientes bases de datos en excel: - Incidencia de broca, minador y otras especies plaga del cafeto. - Estados de desarrollo de la broca (Huevo-Adulto) contabilizados en los frutos disectados. - Diversidad de morfoespecies de parasitoides (Hymenoptera : Ichneumonidae y Braconidae) y otros enemigos naturales (Formicidae). En las localidades piloto (Sierra Nevada de Santa Marta y Eje Cafetero), se compararon la composición de especies plaga y enemigos naturales entre el rango bajo (1000m), medio (1500m ) y alto (2000m) empleando el análisis MRPP (Multiresponse Permutation Procedure). Este procedimiento permite someter a prueba la hipótesis de no diferencia entre dos o más grupos, con base en variables múltiples, de la misma forma que un análisis de varianza multivariado, pero sin que los datos tengan que cumplir con los supuestos paramétricos (Mc Cune & Grace 2002). En este caso, las variables son los datos de frecuencia de captura de las especies que componen el ensamblaje de plagas y enemigos naturales en los rangos alto, medio y bajo. Para realizar el MRPP se empleó el programa PC-ORD (McCune & Mefford 1999). Para estas mismas localidades y rangos de altitud, se compararon también la densidad de población de la broca del café y el minador de la hoja empleando un análisis de varianza o su equivalente no paramétrico de acuerdo al comportamiento de los datos. Resultados y Discusión Datos de fuentes secundarias Se documentaron 4368 registros de insectos asociados a café, depositados en las colecciones entomológicas visitadas, además de 1308 registros provenientes de la revisión de cerca de 235 publicaciones y 157 registros de muestreo en campo. Se registraron 830 especies pertenecientes a 435 géneros y 16 órdenes de la clase insecta. Debido a que no hay una identificación taxonómica unificada el número de especies puede variar, sin embargo se puede decir que la integridad taxonómica de esta 18

19 Página 19 de 78 documentación se encuentra de la siguiente manera, 100% identificación a nivel de orden, 99.8% a nivel de familia, 90.1% a nivel de género y 47.8% a nivel de especie Tabla 1. En esta documentación se incluyó información histórica, encontrándose registros desde principios del siglo pasado (XX), esta información es de gran valor ya que es la base para la generación de modelos semilla que permitirán evidenciar si realmente se han presentado cambios en la distribución de la entomofauna asociada al café como consecuencia de cambios ambientales o climáticos. Por otro lado, esta información permitirá generar modelos de mayor confianza ya que se podrá hacer un seguimiento mediante escenarios de cambio en periodos anteriores, evaluados y validados con información actual y mayor nivel de confianza en la proyección en escenarios de cambio futuros Tabla 1.1. Integridad taxonómica de la recopilación de información de registros de entomofauna asociada a café obtenida de la revisión de seis colecciones entomológicas de Colombia. Nivel taxonómico Porcentaje Orden 100% Familia 99.80% Género 90.10% Especie 47.80% La colección con el valor más alto de registros fue Cenicafé, seguida del Instituto de Ciencias Naturales (ICN), (Figura 1.5). 19

20 Página 20 de 78 Figura 1.5. Número de registros encontrados en las colecciones entomológicas consultadas. IAVH: Instituto Alexander von Humboldt; ICN: Instituto de Ciencias Naturales; MEFLG: Museo Entomológico Francisco Luis Gallego; MEUNALB: Museo Entomológico Facultad de Agronomía Universidad Nacional Bogotá. El orden con mayor representatividad fue Hymenoptera seguido de Lepidoptera y Coleoptera (Figura 1.6). Figura 1.6. Representatividad de ordenes integrados en la recopilación de información de entomofauna asociada a café. 20

21 Página 21 de 78 Con respecto a la cobertura geográfica, el departamento de Caldas alberga más ordenes de insectos asociados a café, sin embargo la información obtenida se distribuye en otros departamentos sin mayor diferencia (Figura 1.7). Figura 1.7. Distribución en departamentos de Colombia de ordenes de la clase insecta, integrados en la recopilación de información de entomofauna asociada a café. El departamento con mayor número de registros biológicos fue Caldas seguido de Quindío (Figura 1.8). Figura 1.8. Número de registros de insectos asociados a café, integrados en la recopilación de información de entomofauna asociada a café. 21

22 Página 22 de 78 Recomendaciones En el presente informe se presentan los resultados de la información provenientes de diferentes colecciones, donde se evidenció en muchos casos que la información se encontraba incompleta, principalmente en el aspecto de georreferenciación, identificación taxonomica a nivel de especie, y errores de digitación, para lo cual se suguiere complementar esta información mediante la consulta de gaceteros, consulta con especialistas en los grupos taxonómicos y consulta en bases de datos taxonómicas disponibles en Internet. Esta recopilación evidencia la importancia de las colecciones biológicas como reservorio y fuente primaria de información sobre la biodiversidad que puede ser utilizadas para fines diferentes, que para este caso es identificar los efectos del cambio climático sobre la distribución de especies asociadas al cultivo de café. Es importante tener encuenta para la generación de los modelos en escenarios de cambio futuro (propósito de esta recopilación), que la georreferenciación consultada en gaceteros en su mayoría corresponde a cabeceras municipales. Datos de Campo Escogencia de Localidades de muestreo Se realizó la identificación previa de los posibles sitios de muestreo en La Sierra Nevada de Santa Marta (entrada Minca) y en el Eje cafetero (Vía Manizales- Tres Puertas y via Belalcázar-Anserma), esto con ayuda del grupo de trabajo del IDEAM, los miembros del comité de cafeteros del Magdalena y de Caldas, de los asociados de APROCOSNE y de los integrantes de las disciplinas de Entomología y Biología de la Conservación de Cenicafé. Sierra Nevada de Santa Marta Se consultó el sistema de información cafetera (SICA) en el comité de cafeteros del Magdalena, identificando preliminarmente 25 fincas en la vereda Minca, 14 en la vereda Bellavista, 24 en la vereda El Campano y 25 en Vista Nieves. Para un total de 88 fincas. Se realizó salida de campo de pre-muestreo recorrido Santa Marta- Minca- El Campano- Vista Nieves, se visitaron 16 fincas cafeteras entre los 600 y 1600 MSNM (Figura 1.9). 22

23 Página 23 de 78 Figura 1.9. Ubicación de las fincas visitadas en el recorrido Minca-Vista Nieves. Se hicieron visitas de selección de aquellas fincas que tuvieran las condiciones más homogéneas para realizar los muestreos, la Tabla 2 resume las características de las 11 fincas escogidas para la investigación. En general en todas las fincas del listado se hacen mínimo dos limpiezas de lotes al año, en mayo y diciembre antes de la cosecha, todos los encargados manifestaron tener problemas de broca, pero no se hacen aplicaciones de productos químicos ya que la mayoría cultivan café orgánico. Las fincas se distribuyen en las veredas Minca, El Campano, Vista Nieves y Bellavista, del municipio de Santa Marta, en el rango de los 600m a los 1600m de altura sobre el nivel del mar. En algunas de las fincas se muestrearon varios lotes ( 1Ha), hasta completar 4 fincas o lotes muestreados por rango de altura ( , , , , ). 23

24 Página 24 de 78 Tabla 1.2. Fincas donde se está realizando el muestreo de campo en la Sierra Nevada de Santa Marta (Municipio Santa Marta). Vereda Finca Área Total (Ha) Área Café (Ha) Altitud (m), parte más baja Propietario Minca La Gallega Luciano Macías P. Minca Los Remedios José Acel Martínez Minca El Recuerdo Cianci Vega y Cía. El Campano La Victoria Cía. Cafetera La Victoria El Campano Cincinati Cianci Vega y Cía Vista nieve La Colina Luis Alberto Becerra Vista nieve Vista Nieve Italo Cianci Vista nieve Maria José Alfredo Capmartín Bella vista Miramar Emilio Rincón Bella vista Villa Rosario Juan de Jesús Herrera Bella vista La Milagrosa Martha C. Jiménez 24

25 Página 25 de 78 Se seleccionaron las fincas con mayor extensión que nos permitieran potencialmente cubrir varios intervalos de altura en una sola finca, para que los sitios escogidos cumplan con características que nos permitan medir o mantener uniformes otras variables (factores de confusión) que además del factor climático puedan estar influyendo en la incidencia y abundancia de los insectos plaga del café y sus enemigos naturales. Por ejemplo, el grado de tecnificación de las fincas, variedad sembrada, tipo de arreglo utilizado, tipo de manejo de plagas, contexto en el paisaje. Eje Cafetero (Caldas) En el eje cafetero también se adelantaron salidas de reconocimiento y escogencia de sitios de muestreo con el acompañamiento del director de extensión del comité de cafeteros de Caldas y el director del comité de cafeteros de Belalcázar, se exploraron los recorridos Tres Puertas-Manizales y Belalcázar- San José - Anserma. Se seleccionó la zona de Belalcázar- Anserma (Figura 1.10), ubicada en una cuchilla entre el valle del río Cauca y el valle del río Risaralda, la amplitud del rango altitudinal en un recorrido relativamente corto entre Belalcázar y Anserma posibilitó la escogencia de las fincas para realizar los muestreos. Figura Ubicación de las fincas cafeteras visitadas en el recorrido Belalcázar- Anserma (Caldas) 25

26 Página 26 de 78 En total se escogieron 10 fincas, pertenecientes a los municipios de Belalcázar, San José y Anserma, cubriendo un rango entre los 1000m y 2000m SNM (Tabla 3). En algunas fincas se muestrearon varios lotes ( 1Ha) hasta completar 4 lotes o fincas por rango de altura ( , , , , ). Además esta zona es considerada de gran interés y futuro para la actividad cafetera del departamento de Caldas. Se está realizando la consulta de la información de las fincas escogidas en la base de datos del Sistema de Información Cafetera (SICA) que se maneja en el Comité de Cafeteros del departamento de Caldas. Por lo pronto los datos de ubicación y altura de las fincas se resumen en la Tabla 3. Tabla 1.3. Fincas donde se está realizando el muestreo de campo en el eje cafetero, Caldas, Municipios Belalcázar, San José y Anserma. Municipio Finca Altitud (m) Longitud Latitud Belalcázar El Hoyo Belalcázar La Floresta Belalcázar Los Guayacanes Belalcázar Filo Bonito Belalcázar La Pasionaria Belalcázar El Mapa Belalcázar Las Tangas San José El Jordán Anserma Hato Media Gorra Anserma La Floresta

27 Página 27 de 78 Muestreo de Broca del café Los resultados presentados a continuación corresponden al primer muestreo durante época seca y de cosecha principal en la Sierra Nevada de Santa Marta, transecto Minca- Vista Nieves entre los 600 y 1600m SNM. Con el fin de ajustar las metodologías de cuantificación de broca, durante el primer muestreo se estimó el porcentaje de frutos brocados en rama en campo con posterior verificación en laboratorio. Los resultados del estimativo en campo y en laboratorio fueron similares y muestran claramente el proceso de aprendizaje de quienes realizaron el muestreo, presentándose las mayores diferencias entre los estimativos de campo y laboratorio de los primeros muestreos en las fincas de menor altura, disminuyendo hacia la parte final en las fincas de mayor altura (Figura 1.11). Esto genera confianza en el uso del método de estimación en campo, el cual es más agil y puede seguir siendo empleado exclusivamente en las tres salidas restantes del proyecto en la zona, disminuyendo las horas de procesamiento posterior en laboratorio. Se observa una clara tendencia a la disminución en porcentaje de frutos brocados en rama, conforme aumenta la altitud de las fincas (Figura 1.11), tomando valores (datos laboratorio) de alrededor de 16% para las fincas en la parte más baja ( m) en contraste con 4.5% en promedio para las fincas en la parte más alta ( m). Debido a la alta variabilidad del porcentaje de frutos brocados en rama, no fue posible emplear estadística paramétrica. El análisis no paramétrico de varianza de Kruskal-Wallis mostró diferencias significativas en promedio de frutos brocados en rama, entre los rangos de altura evaluados (H= 67.84, p<0.01), específicamente entre el rango más bajo ( m) y todos los demás y entre el rango más alto ( ) y todos los demás. 27

28 Página 28 de 78 Figura Promedio de frutos afectados por broca (H. hampei) en rama, estimación de campo y confirmación en laboratorio. Fincas del transecto Minca-Vista Nieves, Sierra Nevada de Santa Marta (Santa Marta) Muestreo del Minador de la hoja En general el porcentaje promedio de hojas afectadas por minador del cafeto (Leucoptera coffella) fue bajo en todas las fincas evaluadas, independientemente de la altitud en la cual se ubicaron, osciló entre 0-1.4%. En las fincas más bajas a pesar de darse las condiciones ambientales ideales para el establecimiento del minador, la incidencia del mismo fue nula (Figura 1.12). Al parecer las condiciones particulares de manejo de las fincas están desempeñando un papel más importante en la presencia del minador, que la altura a la cual se encuentran ubicadas. El minador del cafeto se considera un problema principalmente en las fincas donde se abusa de los pesticidas para el control de otras plagas, ya que estos diezman también a los controladores naturales del minador. En la zona de estudio el uso de pesticidas es 28

29 Página 29 de 78 muy bajo y esto parece explicar en parte la pocas prevalencia de esta especie en los cafetales. Figura Porcentaje promedio de minador de la hoja del cafeto (Leucoptera coffella) en fincas del transecto Minca-Vista Nieves, Sierra Nevada de Santa Marta (Santa Marta) Muestreo de enemigos naturales: -Parasitoides Parasitoides en frutos brocados Se disectaron cerca de 2000 (100 por lote x 4 lotes/fincas x 5 rangos altitudinales) frutos brocados recolectados en ramas y otros 2000 frutos brocados recolectados en el suelo, 29

30 Página 30 de 78 en ninguno de ellos se encontró evidencia de parasitoidismo en los diferentes estadios de desarrollo de la broca hallados (huevo-adulto). Adicionalmente se conservaron por un tiempo en laboratorio cerca de 500 frutos brocados (100 por rango de altura) recolectados en ramas de cafeto en campo. Los mismos fueron individualizados en bolsas de muselina y conservados hasta que empezaron a descomponerse, observando que lo único que emergió de los frutos fueron brocas adultas y ningún parasitoide. Los frutos fueron finalmente disectados y tampoco se halló evidencia de parasitoidismo en los estados inmaduros. En la zona existen registros de liberación de parasitoides controladores de la broca del café (Cephalonomia stephanoderis y Prorops nasuta), sin embargo su establecimiento en campo es poco probable, debido a dos razones: La primera es el regimen monomodal de lluvias y una temporada seca muy marcada: la segunda es la práctica de arrase, que consiste en que después de la cosecha principal, los cafetos son desprovistos de todo fruto restante verde o maduro. Ambas circunstancias afectan drásticamente la disponibilidad de la especie hospedera (la broca del café) y por ende las posibilidades de supervivencia y establecimiento de los parasitoides liberados. Parasitoides en trampas Malaise Las trampas Malaise dispuestas en campo (2 por rango de altura para un total de 10 trampas) por un mes, capturaron gran cantidad y variedad de especies de insectos, especialmente aquellos voladores, principalmente de los órdenes Hymenoptera y Diptera. Las muestras recolectadas fueron separadas a nivel de Orden y los himenópteros están siendo revisados en mayor detalle con el fin de identificar morfoespecies de las familias Braconidae e Ichneumonidae, donde se encuentran gran cantidad de especies parasitoides. -Otros enemigos naturales: Durante la etapa inicial del muestreo se buscó examinar si 60 muestras de hojarasca eran suficientes para obtener una buena estimación de la diversidad de especies de hormigas por rango de altura. 30

31 Página 31 de 78 Para ello se muestreó intensivamente (100 muestras) el rango bajo, en el cual se espera exista la mayor diversidad de especies del grupo, el cual tiende a disminuir en diversidad conforme aumenta la altura sobre el nivel del mar. Como resultado de este ensayo se obtuvieron 405 eventos de captura, para un total de 46 morfoespecies de hormigas entre las cuáles se destacaron Wasmannia sp1 y Solenopsis sp1 por su dominancia en la captura (Figura 1.13). En total se registraron 46 especies en 100 muestras, sin embargo, para saber cuál sería el número de especies en 60 muestras se utilizó la curva de rarefacción basada en el método de Coleman. La curva de acumulación mostró que con un esfuerzo de 60 trampas se colectarían 40 especies, lo que representa un ajuste del 87%, y a este nivel de muestreo el valor promedio del conjunto de estimadores no paramétricos calculan una efectividad de muestreo del 78.3%. Adicionalmente, se puede observar gráficamente que las curvas presentan una forma similar y tienden a volverse asintóticas (Figura 1.14), lo que significa que se realizó un muestreo eficiente. En conclusión un esfuerzo de muestreo de 60 muestras por rango de altura estima eficientemente la riqueza de especies de hormigas asociadas a la hojarasca de los cafetales en comparación con un esfuerzo de 100 muestras el cual es más exigente logísticamente. 31

32 Página 32 de 78 Figura Frecuencia de captura de morfoespecies de hormigas en cien muestras de hojarasca en la Finca La Gallega (Minca- Santa Marta) 32

33 Página 33 de 78 Figura Curva de acumulación de especies para la comunidad de hormigas de los cafetales entre m SNM en la sierra nevada de Santa Marta (Minca-Santa Marta). Literatura Citada Capítulo 1. Baker, P.S. C. Ley, R. Balbuena y J.F. Barrera Factors affecting the emergence of Hypothenemus hampei from coffee berries. Mexico, Bulletin of entomological Research 82: Battisti A, M. Stastny, S. Netherer, C. Robinet, A. Schopf, A. Roques y S. Larsson Expansion of geographic range in the pine processionary moth caused by increased winter temperatures. Ecological Applications. 15: Bustillo, A. E Perspectivas de manejo integrado de la broca del café, Hypothenemus hampei, en Colombia. Sociedad Colombiana de Entomología (SOCOLEN), Medellín, Colombia. Miscelánea No. 18 p Bustillo, A.E Utilización del control biológico clásico en un programa de manejo integrado: El caso de la broca del café, Hypothenemus hampei, en Colombia. Memorias curso Internacional Manejo Integrado de plagas. ICA-Universidad de Nariño Nov 27- Dic 1 de Pasto, Colombia. p

34 Página 34 de 78 Bustillo, A.E., F. Posada y R. Cárdenas Diversidad de los enemigos naturales de la broca y el minador del café en Colombia. FORO Internacional Café y Biodiversidad. Chinchiná (Colombia), Agosto 10-11, Bustillo, A.E Una revisión sobre la broca del café, Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae), en Colombia. Revista Colombiana de Entomología 32(2): Centro Nacional de Investigaciones de Café - Cenicafé Influencia de las lluvias sobre la dispersión de la broca. Brocarta No. 32, septiembre 30 de p. Espinal, C.F., H.J. Martínez y X. Acevedo La cadena del café en Colombia: Una mirada global de su estructura y dinámica Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, Observatorio de agrocadenas Colombia. Documento de trabajo No Documento de trabajo No Gay, C., Estrada, F., Conde, C. Eakin, H. and L. Villers Potential impacts of climate change on agriculture: A case study of coffee production in Veracruz, Mexico. Climate Change 79 (3-4). Grabherr G, M. Gottfried y H.Pauli Climate effects on mountain plants. Nature 369:448 Krebs, C.J Ecología Estudio de la distribución y la Abundancia. 2ed. Harla, Mexico. 753pp. Logan, J.A., J. Regniere y J.A. Powell Assessing the impacts of global warming on forest pest dynamics. Frontiers in Ecology and Environment. 1: Luckman, B. y T. Kavanagh Impact of climate fluctuations on mountain environments in the Canadian Rockies. Ambio 29: MADR, Anuario Estadístico del sector Agropecuario y pesquero Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural- Dirección de Política Sectorial. Bogotá-Colombia. 315pp. McCune, B.& M.J. Mefford PC-ORD. Multivariate Analysis of ecological data, version 4. MjM Software design, Gleneden Beach Oregon, USA. McCune, B & J.B. Grace Analysis of Ecological communities. MjM Software design. Gleneden Beach, Oregon, USA. 300pp. Sutherst, R.W., G.F. Maywald y D. Kriticos Climex V3. User sguide. Hearne Scientific Software Pty Ltd, CSIRO. Melbourne, Australia Moiseev, P.A. y S.G. Shiyatov The use of old landscape photographs for studying vegetation dynamics at the treeline ecotone in the Ural Highlands, Russia. En: Nagy, L., G. Grabherr, C. Korner y D.B.A. Thompson (Eds.). Alpine Biodiversity in Europe pp Berlin: Springer- Verlag 34