PROGRAMA DEL CURSO: ECOFISIOLOGÍA

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1 PROGRAMA DEL CURSO: ECOFISIOLOGÍA DATOS GENERALES 1. Carácter : Optativo básico 2. Horas totales del curso : Tipo de curso : Teórico-Práctico 4. Sesión : Verano 5. Créditos : Tres 6. Prerrequisitos : Fisiología Vegetal Avanzada 7. Clave del curso : HOR-716 OBJETIVO DEL CURSO Analizar los efectos adversos de la agricultura convencional, así como los conceptos y principios de una agricultura alternativa que sea altamente productiva, socialmente aceptable, económicamente viable y ecológicamente sana, procurando una visión holística en el manejo de los recursos naturales y advirtiendo las necesidades de investigación. JUSTIFICACIÓN El paradigma de la agroecología, se sustenta en la decadencia del paradigma de la agricultura convencional. El paradigma de la agricultura convencional del siglo XX fue incrementar la productividad agrícola soslayando sus posibles efectos adversos. La labranza intensiva del terreno, el monocultivo, la aplicación de fertilizantes sintéticos, el control químico de pestes y malezas, la irrigación, la manipulación de genotipos, entre otras, fueron las prácticas promovidas y aplicadas bajo el enfoque de la agricultura convencional. A la fecha, no se puede negar que la aplicación de estas prácticas e innovaciones tecnológicas lograron incrementar la productividad agrícola, pero tampoco se puede negar que la aplicación de tales prácticas ha deteriorado los recursos naturales básicos en que se sustenta la agricultura misma. La degradación de la cubierta vegetal de la tierra, la degradación del suelo, la salinidad, el abatimiento de los mantos freáticos, la pérdida de diversidad biológica y genética, la resistencia de plagas y enfermedades, el azolve de cuerpos de agua e inundación, la eutroficación y la contaminación del aire, son solo algunas de las múltiples consecuencias adversas de la agricultura convencional. Como contraparte, bajo el paradigma de la agricultura ecológica, está emergiendo la agricultura del futuro que pregona una producción agrícola en armonía con la naturaleza, es decir conservando los recursos naturales básicos: suelo, agua y diversidad genética. Esta agricultura ecológica requiere ser altamente productiva y a su vez sostenible en el largo plazo, para poder encarar el problema de alimentar a la creciente población humana. En torno a este desafío, actualmente se desarrolla la ciencia de la agroecología, la cual se define como la aplicación de conceptos y principios ecológicos al diseño y manejo de agroecosistemas sostenibles e implica la aplicación de prácticas agrícolas alternativas sustentadas en un profundo conocimiento técnico y científico de los procesos ecológicos y agronómicos que ocurren en los campos agrícolas y en el gran contexto del que ellos forman parte. 45

2 En esta perspectiva, el diseño y manejo de agroecosistemas sostenibles, no puede abandonar simplemente las prácticas convencionales y retornar a las prácticas tradicionales o indígenas como se ha dicho, sino que es necesario diseñar científicamente las nuevas prácticas agrícolas sobre la base de los métodos y conocimientos ecológicos actuales, y sobre la base de los principios de conservación de los recursos naturales. Así, el curso de PRINCIPIOS AGROECOLÓGICOS en el programa de Doctorado en Horticultura, permitirá analizar las bases teóricas y conceptuales de la agroecología, revisar los efectos de los factores bióticos y abióticos sobre las plantas estableciendo la manera de modificarlos sin deteriorarlos, identificar las interrelaciones que ocurren entre los organismos a fin de manejarlas apropiadamente y, discutir y proponer procedimientos para convertir agroecosistemas convencionales en agroecosistemas sostenibles advirtiendo las necesidades de investigación. FORMA DE EVALUACIÓN Teoría tres exámenes parciales 45% Tareas 25% Práctica 30% CONTENIDO TEMÁTICO 1. La necesidad de sistemas de producción agrícola sostenibles. - Prácticas de la agricultura convencional. Labranza intensiva. Monocultivo. Aplicación de fertilizantes sintéticos. Irrigación. Control químico de plagas y enfermedades. Manipulación de los genomas de las plantas. - Porqué la agricultura convencional no es sostenible? Degradación del suelo. Sobre - explotación del agua. Contaminación del ambiente. Dependencia de insumos externos. Pérdida de diversidad genética. - El camino hacia la sostenibilidad. Qué es la sostenibilidad? El papel de la agroecología. Tópico especial 1. Historia de la agricultura sostenible. Tópico especial 2. Agroecología y desarrollo en América Latina (CLADES). I. BASES CONCEPTUALES Objetivo: Analizar las bases teóricas y conceptuales de la agroecología. 2. El concepto de agroecosistema. - Estructura del ecosistema natural. Niveles de organización. Propiedad estructural de las comunidades (diversidad de especies, abundancia dominante y relativa, estructura vegetal, estructura trófica y estabilidad). - Función del ecosistema natural. Flujo de energía. Ciclo de nutrimentos (ciclos del carbono, nitrógeno, fósforo, etc.). Regulación de poblaciones. Cambios en el ecosistema. - Agroecosistemas. Comparación entre ecosistema natural y agroecosistema. El agroecosistema como unidad de análisis. Agroecosistemas sostenibles. Tópico especial 3. El agroecosistema: un concepto básico para entender el cambio tecnológico. II. PLANTAS Y FACTORES AMBIENTALES 46

3 3. La planta. - Nutrición de las plantas. Fotosíntesis (fotosíntesis C3, C4 y CAM). Necesidades nutrimentales (N, P, K, otros macronutrimentos y micronutrimentos). Transpiración. - La planta y su interacción con el ambiente. Lugar de las plantas en el ambiente (hábitat y nicho ecológico). Respuesta a factores del ambiente (respuesta dependiente e independiente). Límites y tolerancia. 4. La luz. - Radiación solar. La atmósfera como filtro y reflector. Albedo. - Significado ecológico de la luz. Luz ultravioleta. Radiación fotosintéticamente activa. - Características de la luz visible. Calidad, intensidad y duración. - Factores determinantes de la variación de la luz solar. Estacionalidad, latitud, altitud. topografía, calidad del aire y estructura del dosel vegetal. - Tasa fotosintética. Eficiencia fotosintética. Medición de la tasa fotosintética. - Otras formas de respuesta a la luz solar. Germinación. Crecimiento y desarrollo (establecimiento, crecimiento, fototropismo, fotoperiodo). - Manejo de la luz solar en agroecosistemas. Selección de cultivos. Diversidad de cultivos y estructura del dosel. Manejo temporal. Distribución del carbono y sostenibilidad. Tópico especial 4: Deterioro de la capa de ozono. 5. La temperatura Patrones de variación de la temperatura en la superficie terrestre. Variación latitudinal, altitudinal, estacional y topográfica. Influencia marítima y continental. - Respuesta de las plantas a la temperatura. Adaptaciones a temperaturas extremas (calor, frío). Termoperiodo. Vernalización. - Microclima y agricultura. Perfil microclimático. Modificación de la temperatura microclimática (dosel vegetal, cobertura artificial, cobertura superficial, invernaderos). Prevención de daños por frío. - Temperatura y sostenibilidad. Tópico especial 5. Causas y consecuencias del calentamiento global. 7. La precipitación. - Vapor de agua en la atmósfera. Humedad relativa y punto de saturación. - Precipitación. Ciclo hidrológico. Tipos de lluvia (lluvia convectiva, orográfica y ciclónica). Patrones de lluvia (distribución, periodicidad, intensidad, duración y predicción). - Estacionalidad y distribución de la lluvia. Agroecosistemas húmedos, seco - húmedos, estacionales, semiáridos. Sistemas de cosecha de agua. Estacionalidad de la lluvia. Lluvia ácida. Tópico especial 6. Erosividad de la lluvia. 8. El viento. - Movimiento atmosférico y vientos locales. - Efecto directo del viento sobre las plantas. Deshidratación, achaparramiento y deformación. - Otros efectos del viento. Erosión eólica (saltación, suspensión y transporte en el lecho). Transporte de pestes. Beneficios. - Control del viento en agroecosistemas. Medición del viento. Técnicas para modificar el viento y mitigar efectos (barreras rompevientos, coberturas, variedades resistentes). Tópico especial 7. Erosividad del viento. 47

4 9. El suelo. - Procesos de formación y desarrollo del suelo. Suelo residual o transportado (intemperismo físico y transporte). Procesos bióticos y químicos. - Horizontes del suelo. El perfil del suelo. Importancia del horizonte orgánico. - Características del suelo. Textura. Estructura. Color. CIC. Reacción del suelo. Salinidad y alcalinidad. - Nutrimentos del suelo. Nutrimento límitativo. - Materia orgánica. Humificación y mineralización. - Manejo del suelo. Manejo de la materia orgánica (residuos agrícolas, cultivos de cobertura, abonos, compostas, vermicompostas, otros abonos). Sistemas de labranza (Labranza convencional, cero y mínima). Manejo sostenible del suelo. Manejo del suelo en el siglo XXI. Tópico especial 8. Erosión del suelo y agricultura sostenible. Tópico especial 9. Erosionabilidad del suelo y longitud y grado de la pendiente. Práctica de campo 1. Sistemas de labranza del suelo en el CAEUACh. Práctica de campo 2. Manejo del suelo en laderas con terrazas en Tlaxcala. 10. La humedad del suelo. - Movimiento del agua dentro y fuera del suelo. Infiltración, percolación, evaporación y transpiración. - Humedad aprovechable. Agua gravitacional, capilar e higroscópica. Agua disponible fácilmente. Capacidad de campo y punto de marchitamiento permanente. - Absorción de agua por las plantas. Movimiento capilar del agua. Profundidad radical. - Excesos de agua en el suelo. Efectos negativos. Sistemas de drenaje. Agroecosistemas adaptados. - Deficiencia de agua en el suelo. Ecología de la irrigación. Uso eficiente del agua (eficiencia transpiratoria y evapotranspiratoria). - Manejo de la evapotranspiración. Selección de cultivos. Descanso. Manejo de la evaporación. Mantillo. Cobertura artificial. Labranza de conservación. Tópico especial 10. Estimación de escurrimientos superficiales. 11. El fuego. - El fuego en ecosistemas naturales. Efectos sobre el suelo. Factores abióticos y bióticos. - Adaptaciones de las plantas al fuego. Resistencia, tolerancia y dependencia. 12. Factores bióticos. - Relación organismo organismo. Competencia, mutualismo, protocooperación, comensalismo, amensalismo, parasitismo y predación. - Relación organismo ambiente - organismo. Interferencia remotiva (competencia, parasitismo, hervíboritismo) y aditiva (epifitismo, simbiosis, alelopatía). - Modificaciones alelopáticas. Efectos alelopáticos de las malezas y de los cultivos (coberturas, mantillos, malezas). Tópico especial 11. Alelopatía: antecedentes y perspectivas de su investigación en México. 13. La complegidad ambiental. - El ambiente como un complejo de factores. Complejidad de las interacciones. - Heterogeneidad del ambiente. Heterogeneidad espacial y cambio dinámico. - Interacción de factores ambientales. Factor compensatorio, multiplicidad de factores y predisposición de factores. - Manejo de la complejidad ambiental. III. INTERACCIONES A NIVEL DEL SISTEMA 48

5 14. Procesos poblacionales en agricultura. - Principios de ecología de poblaciones de plantas. Crecimiento poblacional. Colonización de nuevas áreas (dispersión, establecimiento, crecimiento, maduración y reproducción). - Nicho ecológico. Concepto, amplitud y diversidad de nichos. - Aplicación de la teoría de nicho ecológico a la agricultura. Establecimiento de malezas. Control biológico de insectos. Diseño de sistemas de intercultivo. - Ecología de poblaciones, una perspectiva agrícola. Práctica de campo 3. Manejo alternativo de plagas y enfermedades en AALTERMEX. 15. Recursos genéticos en agroecosistemas. - Cambios genéticos naturales y la generación de diversidad genética. Adaptación, - variación y selección natural. - Selección dirigida y domesticación. Métodos de selección directa (selección masal, selección de línea pura, producción de variedades sintéticas, hibridación, poliploidia inducida y biotecnología). Consecuencias del mejoramiento genético moderno (pérdida de diversidad genética, vulnerabilidad genética, dependencia del hombre, pérdida de otros recursos genéticos). - Mejoramiento genético para sostenibilidad. Resistencia duradera, selección en el sitio y conservación de recursos genéticos. Tópico especial 12. Biotecnología y mejoramiento genético para una agricultura sostenible 16. Interacción de especies en comunidades de cultivos. - Interferencias a nivel comunidad. Complejidad de interacciones, coexistencia y mutualismo. - Interacciones benéficas del mutualismo en agroecosistemas. En cultivos de cobertura. En malezas. Modificaciones del ambiente. Promoción de insectos benéficos. Intercultivo. - Uso y manejo del suelo para su conservación. - Uso de la interacción de especies para sostenibilidad. Tópico especial 13. Manejo y cobertura del suelo. Práctica de campo 4. Manejo de agroecosistemas orgánicos en AALTERMEX. 17. Diversidad y estabilidad de agroecosistemas. - El sistema como un todo, alcances y oportunidades. Manejo del sistema completo. Construcción de la diversidad. - Diversidad ecológica. Escala de la diversidad. Cambios en la diversidad. Diversidad ecológica. El valor de la diversidad. Incremento de la diversidad (intercultivos, cultivo en fajas, vegetación buffer, cultivos de cobertura, rotaciones, barbechos, labranza mínima, aplicación de materia orgánica, reducción en el uso de pesticidas). - Evaluación de la diversidad ecológica y sus beneficios. Indice de diversidad de especies. Relación de uso equivalente de la tierra. - Diversidad, estabilidad y sostenibilidad. Tópico especial 14. Bacterias rhizobium, leguminosas y el ciclo del nitrógeno. Tópico especial 15. Manejo y conservación de la biodiversidad. 18. Disturbio, sucesión y manejo de agroecosistemas. - Disturbio y regeneración en ecosistemas naturales. Naturaleza de los disturbios. El proceso de regeneración. Disturbio intermedio. - Aplicaciones en el manejo de agroecosistemas. Promoción del desarrollo de sucesional. Manejo del desarrollo sucesional. - Sistemas agroforestales. El papel de los árboles en la agroforestería. Diseño y manejo de sistemas agroforestales. Huertos familiares tropicales. - Disturbio, regeneración y sostenibilidad. 49

6 Práctica de campo 5. Efecto de los árboles sobre el suelo en Tlaxcala. 19. La energía en agroecosistemas. - Energía y leyes de la termodinámica. Primera y segunda ley de la termodinámica. - Captura de energía solar. Producción primaria neta. - Entrada de energía en la producción de alimentos. Energía cultural, energía cultural biológica y energía cultural industrial. - Hacia la sostenibilidad en el uso de la energía en agroecosistemas. Problemas con el uso intensivo de energía fósil. Direcciones futuras en el uso de la energía. Tópico especial 16. Energía y sistema alimentario: aportaciones de la agricultura moderna 20. Interacción entre agroecosistemas y ecosistemas naturales. - El paisaje agrícola. Patrones de paisaje y ecología del paisaje. - Manejo a nivel del paisaje. Diversificación en el sitio y manejo de ecosistemas adyacentes. - Papel de la agricultura en la protección regional y biodiversidad global. Práctica de campo 6. Diversidad del paisaje en Tlaxcala. IV. TRANSICIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD 21. Acercamiento a la sostenibilidad. - Aprendiendo de los sistemas agrícolas sostenibles existentes. Ecosistemas naturales como puntos de referencia. Agroecosistemas tradicionales como ejemplos. - Conversión a prácticas agrícolas sostenibles. Principios guía. Etapas de conversión. Evaluación de esfuerzos. - Criterios de establecimiento de una agricultura sostenible. Indice de productividad. Parámetros de una agricultura sostenible. Necesidades de investigación en agricultura sostenible. Tópico especial 17. Agricultura de reconversión. Práctica de campo 7. Labranza de conservación en agroforestería. Práctica de campo 8. Huerto y parcela orgánica intensiva de AALTERMEX. 22. De la agricultura sostenible a un sistema de producción de alimentos sostenible. - Una agenda amplia. Más allá de la unidad de producción. Más allá de la sostenibilidad ecológica. - Hacia una producción sostenible de alimentos. Factores sociales, culturales y económicos. Tópico especial 18. Certificación de productos orgánicos. BIBLIOGRAFÍA Allen, P. A. (eds.) Food for the Future: Conditions and Contradictions of Sustainability. John Wiley and Sons, New York. Altieri, M.A Agroecology: the science of Sustainable Agriculture. Third Edition. West view Press: Boulder CO. Anaya, A.L Alelopatía: antecedentes y perspectivas de sue investigación en México. En: J. Trijillo A., F. De León G., R Calderón A. y P. Torres L. (comp.), Ecología aplicada a la agricultura: temas selectos. Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Xochimilco, México, D.F., Pp

7 Edwards, C.L., R. Lal. P. Maddes. R. H. Miller, and G. House (eds.) Sustainable Agricultural Systems. Soil and Water Conservation Society. Ankeny, IA. Doran, J. W., D. C. Coleman, D. F, Bezdicek, and B. A. Steward Defining Soil Quality for a Sustainable Environment. Soil Science Society of America Special Publication Number 35, Soil Science Society of America, Madison, WI. Forman, R. T. T., and M. Godrom Land scape Ecology. John Wiley and Sons, Nuw York. Francis, C. A., C. Butler Flora, and L. D. King (eds.) Sustainable Agriculture in Temperate Zones. Wiley and Sons, New York. Gliessman, S. R Agroecology: ecological processes in sustainable agriculture. Etic Engles (ed.). USA. 357 p. Hart, R. D Agroecosistemas: conceptos básicos.turrialba, CATIE. Serie Materiales de enseñanza p. Lal, R. and F. J. Pierce (eds.) Soil management for sustainability. SWCS, USA, 189 p. Loomis, R. S., and D. J. Connor Crop Ecology: Productivity and management in Agricultural Systems. Cambridge University Press: Cambridge. Martínez D., J. P Modelo conceptual de agroecosistema para el desarrollo agrícola sustentable basado en el hombre. En: De la I. de Bauer et al. (eds.). Memorias del III Simposio Internacional y IV Reunión Nacional sobre Agricultura Sostenible: un futuro agrícola sostenible. Sociedad Mexicana de Agricultura Sostenible y Colegio de Postgraduados. Montecillo, Edo. de México, pp Masera O. y M. Astier Energía y sistema alimentario: aportaciones de la agricultura alternativa. En: J. Trijillo A., F. De León G., R Calderón A. y P. Torres L. (comp.), Ecología aplicada a la agricultura: temas selectos. Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Xochimilco, México, D.F., Pp Nair, P. K. R Soil Productivity Aspects of Agroforestry: Science and Prectice in Agroforestry. International Council for Resarch in Agroforestry (ICRAF), Naibori, Kenia. Odum, E. P The strategy of ecosystem development. Science 164: Odum, E. P Ecology: A Bridge Between Science and Society. Sinaver Associates: Sun derland, MA. Parra V., M. R El agroecosistema: un concepto básico para entender el cambio tecnológico. En: De la I. de Bauer et al. (eds.). Memorias del I Simposio Nacional sobre Agricultura Sostenible: una opción para el desarrollo sin deterioro ambiental. Colegio de Postgraduados. Montecillo, Edo. de México, pp Pimentel, D., and M. Pimentel (eds.) Food, Energy, and Society. Second edition. University Press of Colorado. Niwot, CO. Western, D. And M. C. Pearl (eds.) Conservation for the Twenty-first Centrury. Oxford University Press, New York. Publicaciones Science 51

8 Biological Agriculture an Horticulture Economic Botany 52