Abstract
Cross pollination in coffee increases their quality and the efficiency of pollination has a positive trend with richness of pollinators. The Main Agroecological Structure (MAS) is a new concept to identify and characterize the agroecosystems. The method uses local variables related with agricultural management, landscape and cultural variables. As a first approach to study the relationship between MAS and pollination, we characterized nine systems (five coffee farms, four forests) located in Cundinamarca, using ten local variables, the distance to the forest as a landscape variable and bees (visitors of coffee flowers). The field work was done during the flowerings of 2011 y 2012. After the capture, bees were identified and the pollen loads were analyzed. We found 130 bees of the subfamilies: Halictinae (three species), Megachilidae (one species) and Apinae (nine species). Trigona was the richest genera. The most common visitors of coffee flowers were Apis mellifera and Paratrigona eutaeniata. The bees richness was positive related with plants richness (P = 0.031, R2 = 0.96) and the forest proximity (P = 0.0075, R2 = 0.52), Also, we found a negatively trend with the increase in coffee density (P = 0.045, R2 = 0.67). In the analysis of the pollen loads we identified trees, herbs and epiphytes species, this suggested that bees foraging in all vegetation strata. In this analysis we also found species related with the coffee system and others more related with forest and hedges. We concluded that a change in MAS affecting bee's composition and richness, and preserving richness of bees, implies protection of plant diversity inside the coffee farm and also the maintenance of nearby ecosystems.
Introducción
La polinización es un proceso clave tanto para los ecosistemas como para los agroecosistemas, cuya eficiencia es directamente afectada por la riqueza de polinizadores. Además, la deficiencia en la polinización produce efectos cascada que derivan en la reducción de frutos y semillas e incluso en la disminución de la densidad de las plantas en los ecosistemas (Anderson
Está ampliamente documentada la existencia de una crisis mundial de polinizadores, manifestada en el descenso en la polinización de cultivos por abejas de la miel en América del Norte. En Europa el descenso se observa en los cultivos polinizados por abejorros y mariposas (Nicholls y Altieri 2012). En otros lugares, las comunidades de polinizadores nativos muestran respuestas diversas a los cambios ambientales pero, globalmente, se registra el declive de sus poblaciones (Ghazoul 2005; FAO 2008). Algunos factores que amenazan a los polinizadores incluyen la fragmentación y pérdida de ecosistemas y hábitats naturales por cambios en el uso del suelo, el cambio climático y la introducción de especies exóticas (FAO 2008). También, las prácticas relacionadas con la agricultura industrial pueden comprometer la eficiencia de la polinización, principalmente, el predominio del monocultivo que implica la homogenización de la diversidad vegetal y la temporal de los recursos florales concentración temporal de los recursos florales y, por otra, el uso de agroquímicos (Kremen
Revista Colombiana de Entomología
En una revisión global sobre el impacto de la polinización mediada por animales en cultivos, Klein
Entre los polinizadores, las abejas son consideradas de gran importancia ya que intervienen en la reproducción de más del 50% de las plantas (Nates 2005) y además son importantes polinizadores de las plantas cultivadas. En el estudio de Ricketts
En particular, en el sector cafetero de Colombia, se ha dado poca importancia a los estudios relacionados con la polinización, ya que en las variedades de
Recientemente, Jaramillo (2012) al examinar la influencia de la polinización abierta y en particular de las abejas como agentes polinizadores en cafetales de Antioquia, encontróque la polinización cruzada ayuda a disminuir el número de abortos y que, además, influye positivamente en el tamaño de los frutos (mayor diámetro y mayor peso seco). También, se encontró en ellos mayor concentración de azúcares (grados brix), lo que puede mejorar la calidad de taza o sabor. Por tanto, Jaramillo concluyó que la polinización cruzada cumple un papel relevante en la producción y calidad de los frutos de café, pese al alto grado de autopolinización.
Por otra parte, la estructura agroecológica principal (EAP) es un concepto reciente propuesto por León 2014 para evaluar los cambios en la diversidad planeada dentro de los agroecosistemas, midiendo tanto su configuración o arreglo espacial, como el grado de conectividad interno entre sus distintos sectores, parches, corredores de vegetación y sistemas productivos, como externo con los hábitats naturales adyacentes. En teoría, el mantenimiento de esta estructura permitiría el movimiento y el intercambio de distintas especies animales y vegetales y potenciaría las funciones ecológicas y, por tanto, la oferta de servicios ecosistémicos. Sin embargo, los nexos entre el mantenimiento de la EAP y la funcionalidad ecológica no son simples, dada la complejidad de las relaciones ecológicas incluso en agroecosistemas (Vandermeer
Los cafetales han servido como modelo de estudio para la intensificación agrícola, tanto en relación a los cambios en la diversidad biológica como en la preservación de funciones ecológicas (Moguel y Toledo 1999; Perfecto ¿Pueden los cambios en la EAP afectar la diversidad de abejas visitantes del café? ¿Qué componentes particulares de la EAP en los sistemas cafeteros evaluados se relacionan con la riqueza de abejas? ¿Qué otras plantas dentro de los agroecosistemas cafeteros pueden servir a las abejas como recurso?
Materiales y métodos
Clasificación de los sistemas estudiados y sus características más relevantes. Las especies de árboles referenciadas para los cafetales hacen parte del sombrío. Bosque (B), policultivo tradicional (PT), policultivo comercial (PC) y sistema de sombrío mono específico (SM).
Para la identificación de las especies tanto de sombrío como arvenses, se tomaron muestras botánicas en los sistemas estudiados. La identificación se hizo con ayuda de la guía de Gómez y Rivera (1995), la colección en línea del Instituto de Ciencias Naturales de la Universidad Nacional de Colombia (ICN, 2004) y el diccionario de nombres comunes de plantas de plantas de Colombia (Bernal
Además, en entrevistas semiestructuradas con los caficultores se evaluó el uso de agroquímicos, su frecuencia de aplicación y otras variables culturales de los sistemas. La evaluación sobre el uso de agroquímicos en cada finca se centró en dos indicadores, el número de agroquímicos usados y la frecuencia anual de aplicación de estos productos. El uso de agroquímicos se evaluó de 1 a 9, siendo 1 un manejo completamente orgánico, 3 el uso de insumos químicos para fertilización (bajo), 6 el uso de fertilizantes junto con otro agroquímico para control de hongos o insectos (moderado) y 9 un manejo completamente convencional que implica el uso de agroquímicos para fertilización, control de insectos, hongos y arvenses (alto). En los sistemas categorizados como bosques (B1, B2, B3 y B4) se consideró que estas variables tomarían el valor de 0. Así, se midieron un total de 12 variables locales en cada sistema para su caracterización y posterior correlación con la riqueza de abejas evaluada (Tabla 2). Como variable de paisaje se midió la distancia al bosque más cercano con ayuda del GPS - Garmin. Un resumen de las variables medidas se presenta en la tabla 2.
Las abejas se colectaron durante las floraciones de julio 2011 y marzo 2012 en los cinco cafetales mediante captura manual, entre 8-11 a.m. en su horario de mayor actividad (Klein
Para cada cafetal se hicieron dos réplicas de dos horas cada una, para un total de cuatro horas de muestreo efectivo. Cada muestra consistió en una persona recorriendo aleatoriamente el cafetal hasta encontrar un cafeto con flores atractivas para las abejas. En él, observó la actividad de las abejas y las colectó en frascos individuales. Esta actividad fue repetida hasta concluir las dos horas de muestreo. La unidad de muestreo fue temporal y no responde a un área específica o número de arbustos pero, en general, se trató de recorrer todo el cafetal durante el muestreo. Esta decisión se tomó porque la floración del café es corta (una semana), así mismo, las flores de café permanecen abiertas tres días y solo durante el primer día son atractivas para las abejas (Jaramillo 2012). Por tanto, con esta estrategia se buscó maximizar las probabilidades de encontrar actividad de las abejas al interior de los cafetales.
Las abejas fueron montadas en seco e identificadas con ayuda de claves especializadas y de especialistas. Para establecer qué otras plantas dentro del cafetal fueron visitadas como fuentes potenciales de alimento, luego de su captura y montaje, se extrajo y fijó el polen adherido a su cuerpo, diferenciando entre aquel del abdomen y las corbículas (polen de carga) y el polen de contacto ubicado principalmente en la cabeza y dorso. Este último se tiñó y montó en placas con la técnica de gelatina de fuscina (Dafni 1992) para su conteo en microscopio e identificación botánica con ayuda de las láminas de la palinoteca del Laboratorio de Abejas de la Universidad Nacional de Colombia (LABUN) y de las claves de Roubik y Moreno (1991) y Herrera y Giraldo (1996).
Con las variables seleccionadas en el ACP se corrió un análisis de varianza no paramétrica de Kruskall- Wallis donde las categorías (B, PT, PC y SM) se consideraron tratamientos. Además, de este análisis se efectuaron pruebas de comparación entre pares de tratamientos usando las diferencias medias de rango para las variables evaluadas.
Valores promedio de las variables locales y de paisaje utilizadas para caracterizar la EAP en cada sistema estudiado. Bosque (B), policultivo tradicional (PT), policultivo comercial (PC) y sistema de sombrío mono específico (SM).
También, se agruparon los lugares de muestreo de acuerdo a las variables locales con ayuda de un análisis de conglomerados usando Bray-Curtis como índice de distancia y el enlace-promedio como método de agrupamiento. Para el conglomerado se descartaron las variables relacionadas con el café, ya que estas tienen valor de 0 en los bosques y podrían afectar la capacidad discriminativa del análisis.
Resultados

Análisis de componentes principales (APC) usando las variables locales para la caracterización de los sistemas estudiados. Bosque (B), policultivo tradicional (PT), policultivo comercial (PC) y sistema de sombrío mono específico (SM).
Valores de Eigen de los primeros dos componentes del análisis de componentes principales (ACP) de las variables locales.
La selección de las variables que explicarían la mayor variación dentro del estudio, se basó en los valores de eigen para el primer eje del ACP (Tabla 3). Así, se seleccionaron los valores absolutos iguales o mayores de 0,30, esto permitiódescartar dos variables: la densidad de árboles y el DAP de los árboles. Con las ocho variables restantes se desarrolló el análisis no paramétrico de Kruskall-Wallis.
El análisis de Kruskall- Wallis mostró diferencias significativas entre los tratamientos (tipos de sistemas) para las ocho variables evaluadas (Tabla 4), Además, las pruebas de comparación entre pares de tratamientos usando las diferencias medias de rango, mostraron que no existen diferencias significativas entre las medias de las variables locales para los tratamientos PT y PC, con excepción de la densidad del café. Los parámetros más significativos, con los menores va lores de p, fueron la densidad de café, la altura del café, uso de agroquímicos y frecuencia de uso de agroquímicos. Estos parámetros constituyen variables importantes para determinar el grado de intensificación y, por tanto, los cambios de la EAP en los cafetales estudiados de acuerdo a nuestro análisis.

Análisis de similitud Bray-Curtis usando las variables locales relacionados con la estructura de la vegetación (riqueza de árboles, densidad de árboles, altura promedio de árboles, riqueza de arvenses y porcentaje de cobertura del dosel). Bosque (B), policultivo tradicional (PT), policultivo comercial (PC) y sistema de sombrío mono específico (SM).
Resultados de la prueba de Kruskall-Wallis con las variables locales. Se valoraron las diferencias entre cuatro tratamientos: bosque (B), policultivo tradicional (PT), policultivo comercial (PC) y sistema de sombrío mono específico (SM).
El análisis de similitud, donde se usaron las variables relacionadas con la estructura de la vegetación, mostró que los lugares de estudio se agrupan en dos conglomerados principales (Fig. 2): uno agrupa a los bosques (B1, B2, B3 y B4) y policultivos (PT1, PT2 y PC1) y el otro a los dos cultivos de sombrío mono-específico (SM1 y SM2). El conglomerado (Fig. 2) indica que en cuanto a la estructura de la vegetación policultivos y bosques son semejantes. También, se evidencia que la mayor pérdida de estructura (EAP) o el mayor grado de intensificación se relacionan con los cafetales de sombrío mono-específico (SM), los cuales son los que presentan la mayor distancia con respecto a los bosques con un índice de Bray-Curtis de 0,47.
Estos resultados sugieren que para las comparaciones de diversidad de abejas, sería mejor usar solo dos tipos de cafetales: policultivos (P) y SM, eliminado la división entre policultivo comercial y tradicional, ya que estos sistemas se agruparon a una distancia menor de 0,23 (Fig. 2) y sus medias no mostraron diferencias significativas dentro del análisis de Kruskall-Wallis (Tabla 4).
No se encontraron diferencias significativas en la diversidad de abejas visitantes del café entre Py SM, aunque los valores de los índices de diversidad de P son ligeramente mayores (Tabla 5). No obstante, la composición de especies en cada tratamiento fue diferente y el índice de Jaccard mostró similitud entre tratamientos de solo 2,3%.
Con las variables estadísticamente significativas en el análisis de Kruskall- Wallis se hicieron regresiones lineales para indentificar cuales podrían afectar la riqueza de abejas, dado que se ha encontrado que esta tiene una relación directa con la eficiencia de la polinización en cafetales (Klein
Por otra parte en la figura 3 se observan las regresiones significativas entre la riqueza de abejas visitantes y las variables de la EAP, particularmente la riqueza vegetal total (
Prueba de comparación de biodiversidad usando el programa PAST entre los tratamientos P (policultivos) y SM (sistemas de mono sombrío específico). El valor que se presenta es el promedio de los tratamientos.
Discusión
Caracterización de los lugares de muestreo. Muchas de las variables utilizadas para la caracterización de los cafetales han sido previamente utilizadas para este tipo de trabajo, principalmente aquellas relacionadas con la estructura de la vegetación (Moguel y Toledo 1999; Mas y Dietsch 2003), dado que parte de la literatura que trabaja el tema de café y biodiversidad no diferencia entre estructura vegetal y manejo agrícola, pues la mayor parte de los policultivos tienden a ser orgánicos, mientras los monocultivos generalmente usan mayor cantidad de agroquímicos. No obstante, este análisis muestra la importancia de incluir otras variables como la densidad del café, su altura, al igual que el uso y frecuencia de agroquímicos que pueden ser diferentes en sistemas que presenten una estructura vegetal semejante. Además, se ha mostrado que aunque la estructura vegetal se conserve, el cambio en el tipo de manejo puede implicar transformaciones de la diversidad asociada (Cepeda
También es importante resaltar como actualmente la caracterización de los sistemas debe ir más allá de la finca o el cultivo y tener en cuenta el contexto paisajístico, pues tanto desde la conservación biológica como desde la agroecología se construye evidencia que sugiere que el manejovagrícola debe llevarse a cabo a nivel de paisaje para que sea exitoso (Perfecto
No obstante la dominancia de
En los P se encontró mayor riqueza de meliponinos (8 especies) en contraste con SM (3 especies) y solo se compartieron dos especies de esta tribu
Por otra parte, todas las especies de la familia Halictidae fueron exclusivas de los SM. Esta relación también fue encontrada por Klein
El análisis de regresión entre las variables de la EAP con la riqueza de abejas (Fig. 3), apoya la idea sobre la importancia de la diversidad floral y de los espacios naturales cerca nos al cultivo como variables determinantes en la diversidad de insectos polinizadores (Klein

Regresiones lineales significativas entre la riqueza de abejas visitante del café y diferentes variables que componen la EAP. A. Riqueza total de plantas (riqueza de árboles sumada a la riqueza de arvenses) presente en cada sistema (variable independiente),
Además, se encuentra que la densidad de café por metro cuadrado afectó la riqueza de estos insectos negativamente (Fig. 3B). Esta tendencia también se ha encontrado en hormigas (De la Mora
Los valores del R2 de las variables locales estadísticamente significativas, riqueza vegetal total y densidad de café, fueron mayores a 0,5 lo que implica que estas variables explican la mayor parte de la variación de la riqueza de abejas (Figs. 2A-2B). En contraste la distancia al bosque solo explicó el 0,52 de la variación es decir que existe casi un 50% de variación no explicada (Fig. 2C). Este resultado indica que las variables locales son mejores predictores de la variación en la riqueza de abejas, por tanto tendrían relación estrecha con la conservación de su riqueza. Estos resultados son consistentes con De la Mora
Esto es un argumento a favor de la EAP, ya que se evidencia cómo el mantenimiento de un arreglo productivo diversificado, con conectividad interna brindada principalmente por la estructura de la vegetación y la conexión con hábitats naturales adyacentes, crean efectos sinérgicos que propician la riqueza de abejas dentro del cafetal y posiblemente potencian su conservación y función ecológica como polinizadores.
De las tres variables cuya regresión lineal fue significativa, la distancia al bosque obtuvo la pendiente con un valor absoluto más alto (13,74), o sea que al incrementar la distancia al bosque en un metro se perderían aproximadamente 14 especies de abejas, lo cual confirma la importancia de los bosques para la conservación de estos polinizadores (Ricketts 2004). Los valores absolutos de la pendiente para las regresiones de la riqueza de plantas y la densidad de café fueron de 2,7 y 0,1 respectivamente.
Entre las variables que no fueron significativas dentro de la regresión lineal con la riqueza de abejas, llama la atención la no significancia tanto del uso, como de la frecuencia de agroquímicos, explicable porque los sistemas evaluados en general tienen un uso moderado de agroquímicos, entre 3 y 6, con frecuencia de aplicación de baja (2) a moderada (4). Es decir que se aplican mensual a trimestralmente, uno o dos tipos diferentes de agroquímicos, principalmente fertilizantes NPK y herbicidas (Roundup®), que pueden afectar esta fauna (Nicholls y Altieri 2012), pero no de forma tan directa como lo haría un insecticida. Aunque no hubo significancia estadística, pese al uso moderado, es importante resaltar que en ambos casos se dio una correlación negativa con la riqueza de abejas observada.
Polen de contacto.
La gran diversidad vegetal encontrada dentro del polen de contacto evidencia que las abejas posiblemente visitan los diferentes estratos vegetales (árboles, hierbas y epífitas). Lo anterior sustenta por qué la relación de la riqueza de abejas es alta con la riqueza vegetal total (Fig. 3).
De los árboles identificados
Todas estas plantas contribuyen a conservar a las abejas dentro de los cafetales, ya que aunque el café es una fuente importante de alimento, tiene periodos de floración restringidos y sus flores duran en promedio abiertas solo tres días (Arcila 2007). Además, Jaramillo (2012) reporta que son atractivas para los visitantes florales solo durante el primer día de apertura. Así, otras plantas dentro del arreglo productivo sirven de fuente de alimento alternativo cuando las plantas económicamente importantes no se encuentran en floración (Girón 1995) y son útiles para el sostenimiento de las poblaciones de abejas.
Las plantas mencionadas pertenecen con mayor frecuencia al arreglo del sistema productivo. Sin embargo, se encontraron otras especies más relacionadas con barbechos y utilizadas como cercas vivas en las fincas cafeteras como:
Conclusiones
Retomando las tres preguntas planteadas en la introducción y con ayuda de la evidencia encontrada a través del trabajo se concluye que:
Los cambios en la EAP afectan la diversidad de abejas visitantes del café. Las principales transformaciones se relacionan con cambios en la composición y la riqueza de estas especies.
Dentro de las variables de la EAP medidas en los sistemas cafeteros evaluados que se relacionaron con la riqueza de abejas y fueron estadísticamente significativas se destacan la riqueza de plantas total, la densidad del café y la distancia al bosque (Fig. 2). Para finalizar se encontró que las abejas usan como recursos tanto árboles como arvenses dentro del arreglo (
Footnotes
Agradecimientos
Agradecemos a Cecilia Cantor y Andrés García por su ayuda en campo y a todos los caficultores que participaron de este proyecto. A Danny Vélez por su apoyo en la identificación de las abejas. A Tomás León y Alexander Sabogal por su lectura crítica y aportes al manuscrito. A la profesora Giomar Nates y los miembros del LABUN por el acceso a la palinoteca y su colaboración desinteresada. Este trabajo se llevó a cabo gracias al apoyo del Comité de Cafeteros de Cundinamarca, al Laboratorio de Artrópodos del Grupo de biotecnología del Centro Internacional de Física (CIF) y a la financiación brindada por el Instituto de Estudios Ambientales de la Universidad Nacional de Colombia por medio del proyecto de iniciativa universitaria. Código QUIPU 202010018127, CDP No. 337 del 22 de agosto de 2012.
Anexo 1.
Listado de especies de abejas reportadas para la zona de estudio de acuerdo a la información disponible en colecciones (LABUN e ICN) y la colecta realizada. El sistema de clasificación usado es el de Michener (2007). Finca Venecia (PT1), finca La Aldea (PT2), finca San Fernando (PC1), finca Pie de Monte (SM1) y finca Paraíso 12 (SM2).
