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25/4/13 12:04

La influencia del cambio climático sobre la productividad global de los cultivos

¿Cuán importante será el cambio climático en la formación de los futuros rendimientos? Esta pregunta nos ayuda a definir el contexto del reto de adaptación a dicho cambio.

Las tendencias climáticas en los últimos decenios han sido bastante rápidas en muchas regiones agrícolas de todo el mundo y el aumento de dióxido de carbono atmosférico (CO2) y los niveles de ozono (O3) también han sido omnipresentes. La certeza virtual de que el clima y el CO2 seguirán esta tendencia en el futuro plantea muchas cuestiones relacionadas con la seguridad alimentaria, una de las cuales estudia si se verá afectada la productividad de la agricultura mundial. En este artículo se plantean los mecanismos por los que estos cambios afectan a los rendimientos de los cultivos y las estimaciones actuales de los impactos pasados y futuros del cambio climático y las tendencias de variación del CO2.

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La principal pregunta aquí es cuán importante será el cambio climático y del CO2 en la formación de los futuros rendimientos de los cultivos a escala global, en relación con los muchos otros factores que influyen en la productividad. Esta pregunta ayuda a definir el contexto del reto de adaptación al cambio climático.

Evaluación del clima en las regiones de cultivo

Tendencias observadas

En las últimas décadas, las temperaturas del aire fueron aumentando en la mayoría de las principales regiones de cultivo de cereales en todo el mundo. Así, puede observarse una tendencia lineal en el crecimiento máximo y mínimo promedio de la temperatura para el período 1980 - 2011, para el calendario de cultivos predominantes.

Las tendencias en las temperaturas promedio también se asocian con una mayor incidencia de episodios de calor extremo y una menor incidencia de los fríos extremos, que afectan a la producción agrícola a través de diferentes mecanismos.
Los cambios históricos en el crecimiento total de las precipitaciones fueron más variados y generalmente no en forma significativa con respecto a la variabilidad natural. La intensidad de precipitaciones, sin embargo, fue aumentando considerablemente en muchas partes del mundo.

Las concentraciones atmosféricas de CO2 han aumentado rápidamente desde el comienzo de la era industrial. Las concentraciones globales de O3 troposférico promedio también fueron aumentando, debido a las emisiones de precursores de ozono asociadas con la actividad industrial.

Tendencias proyectadas

La característica más robusta del calentamiento global en las áreas agrícolas seguirá siendo el aumento de temperatura. Se proyectan cambios estivales promedio de temperatura y precipitaciones durante un período de 50 anos (2040 a 2060 en comparación con 1990 a 2010) de 16 modelos climáticos. Aunque la tasa esperada de calentamiento es similar a la tasa del pasado, también es plausible que las tasas podrían ser significativamente superiores o inferiores para cualquier período de 10-20 anos.

Los modelos de proyección de la acumulación estacional de precipitaciones indican cambios para los promedios de escala continental de 220% a 10% en 2050. La consecuencia más clara de las emisiones de gases de efecto invernadero será un incremento de las precipitaciones en altas latitudes y disminución de precipitaciones en las zonas subtropicales.
Se prevé que los niveles de CO2 crecerán por lo menos durante el próximo siglo, requiriéndose la reducción de emisiones de aproximadamente el 80% para estabilizar los niveles atmosféricos actuales. También se prevé que las emisiones de precursores de ozono seguirán aumentando en las próximas décadas, en particular en los países en desarrollo.

Respuesta de los cultivos al cambio global

Mecanismos

A continuación, se discuten brevemente los diversos mecanismos por los cuales cada uno de estos cambios impacta en la fisiología de los cultivos.
La temperatura afecta a los rendimientos a través de cinco vías principales.

1) El aumento de la temperatura hace que el desarrollo del cultivo sea más rápido y el ciclo corto, lo que en la mayoría de los casos se asocia con la disminución de los rendimientos.
2) La temperatura afecta las tasas de fotosíntesis, la respiración y el llenado de los granos.
3) El calentamiento conduce a un aumento exponencial de la presión de vapor de saturación del aire. Las plantas responden a muy alta DPV mediante el cierre de sus estomas, pero a costa de la reducción de las tasas de fotosíntesis y un aumento de temperatura en el canopeo, que a su vez puede aumentar los efectos relacionados con el calor.
4) Las temperaturas extremas pueden danar directamente las células de la planta. El calentamiento aumenta la probabilidad de que el estrés por calor durante el período reproductivo crítico puede conducir a esterilidad, rendimientos más bajos y riesgos de fallas totales de las cosecha.
5) El aumento de la temperatura junto con el CO2 atmosférico más alto, pueden favorecer el crecimiento y la supervivencia de muchas plagas y enfermedades específicas a los cultivos agrícolas.

Mientras que los mecanismos individuales enumerados anteriormente son relativamente bien conocidos, las interacciones entre los diversos factores de cambio global en condiciones de campo crean una complejidad considerable que no está bien entendida.

Los sistemas de cultivo y las respuestas específicas frente al Cambio Global

Los factores de cambio global tendrán diversas repercusiones en los sistemas de cultivo en todo el mundo, debido a las diferencias regionales en las tasas de calentamiento diurno y nocturno, cambios en el tiempo, la frecuencia y la intensidad de las precipitaciones y la exposición al O3 y a las fuentes de contaminación del aire. La mayoría de los aspectos del manejo de las explotaciones, como los cultivos específicos que crecen y el nivel de insumos, también difieren considerablemente según la región y tienen un papel importante en la configuración del impacto del clima y el cambio climático.

Condiciones de irrigación y lluvias

Los sistemas de riego son generalmente menos perjudicados que los sistemas de secano por mayor Tmax, sobre todo porque el riego evita efectos del calentamiento sobre la escasez de agua y las mayores tasas de transpiración ayudan a enfriar el canopeo y evitar las pérdidas relacionadas con danos directos por temperatura.

Tipo de cultivo

Diferentes especies de cultivos tienen diferentes temperaturas óptimas, así como diferentes sensibilidades al CO2 y al O3. Una distinción útil se da entre los cultivos que se originaron en ambientes templados, y los originados en ambientes tropicales.

Temperatura actual relativa y óptima

Un factor simple, pero a menudo pasado por alto, que determina la respuesta en rendimiento promedio regional o global es la distribución geográfica de la producción agrícola en relación con la temperatura óptima. Hay una clara tendencia a que los rendimientos disminuyan luego de la temperatura óptima.

Nivel de estado de nutrientes

En sistemas fuertemente fertilizados puede haber más sensibilidad a los cambios del tiempo, dada la falta de otros factores limitantes. Al mismo tiempo, los sistemas de altos insumos también estarán en mejores condiciones de aprovechar las ventajas de la fertilización de CO2 en cultivos C3, manteniendo la calidad nutricional. Para los sistemas de baja fertilidad, con abonos mínimos, como los que existen en muchas áreas tropicales, un mayor nivel del CO2 atmosférico debe ayudar a mantener la producción de biomasa en condiciones de sequía, pero mayores cantidades de CO2 también es probable que disminuya los niveles de proteína sin los aportes de nitrógeno adicionales en el sistema.

El rol relativo de las tendencias climáticas y de CO2 en la productividad pasada y futura

Teniendo en cuenta las tendencias observadas y proyectadas en el clima y los niveles de CO2 y O3, así como el conocimiento de la sensibilidad del rendimiento del cultivo a estos factores, es posible estimar el impacto neto de las variaciones de estos factores en la productividad agrícola mundial.

Tendencias globales en la productividad de los cultivos

Los rendimientos de la mayoría de los principales cultivos han aumentado notablemente durante el último medio siglo, en gran parte debido a un mayor uso del riego, de insumos químicos y de variedades modernas. A escala global, el aumento del rendimiento ha sido bastante lineal en los últimos 50 anos, con la excepción del sorgo, que no ha mejorado desde 1980. Ese aumento mundial también oculta un montón de diferencias importantes entre los países, con muchos países de altos rendimientos y otros de menores. Sin embargo, la historia mundial muestra una mejora sostenida en los rendimientos a un ritmo bastante constante a lo largo del último medio siglo.

La estimación del impacto pasado del clima y las tendencias de CO2

Un número creciente de estudios han intentado cuantificar los impactos de las tendencias climáticas recientes en la producción de cultivos. Se estima que las tendencias de calentamiento condujeron a una baja del rendimiento de trigo y maíz en aproximadamente un 6% y 4%, respectivamente, durante ese período de 29 anos, con relativamente pequenos impactos de las tendencias de precipitaciones. Los rendimientos mundiales de soja y de arroz se consideraron relativamente poco afectados por los cambios hasta el momento, y los rendimientos de la cebada, el maíz y el trigo aumentaron sustancialmente desde 1980, pero no tanto como lo hubieran hecho si el clima se hubiera mantenido estable.

La estimación del impacto futuro del clima y las tendencias de CO2

Numerosos estudios han proyectado los impactos del cambio climático y los cambios de CO2 en las futuras cosechas. Los comentarios y síntesis de estos estudios están disponibles y apuntan a una conclusión general de que los beneficios del CO2 a escala mundial con el tiempo serán compensados por el dano causado por el cambio climático inducido por CO2 y otros gases de efecto invernadero. Existe un considerable debate sobre cuándo exactamente los impactos netos serán negativos. Un escenario más probable en el corto plazo es que el calentamiento desacelerará el crecimiento mundial de rendimientos en aproximadamente un 1,5% por década, mientras que los aumentos de CO2 aumentarán los rendimientos en más o menos la misma cantidad.

Este balance es ampliamente consistente con la imagen global emergente de muchos estudios y evaluaciones importantes. Mirando hacia delante, es probable que los beneficios del CO2 disminuyan y los efectos climáticos serán más grandes. Tradicionalmente, la preocupación se ha centrado en la cuestión de las emisiones de gases de efecto invernadero con el fin de disenar políticas de mitigación. En ese caso, lo más relevante es el efecto combinado del CO2 con todos los cambios climáticos asociados. Sin embargo, si uno se centra en las políticas relacionadas con la adaptación a los cambios de temperatura y precipitaciones, los efectos del cambio climático son interesantes en sí mismos, independientemente de los beneficios potenciales de CO2.

Conclusiones

Las tasas de crecimiento de la productividad total de los cultivos para 2050 seguirán siendo impulsadas principalmente por las mejoras tecnológicas y agronómicas, como lo han hecho durante el último siglo. Incluso en los escenarios más pesimistas. Es muy poco probable que el cambio climático pueda dar lugar a una reducción neta de la producción mundial.

En cambio, la pregunta relevante a escala global es si la cantidad de un cambio climático podría presentar viento de frente en la carrera perpetua para mantener el crecimiento de la productividad más rápido que la demanda. En general, es probable que el efecto neto del cambio climático y el CO2 sea bastante cercano a cero durante las próximas décadas para la oferta global promedio de calorías, pero podría ser tan grande como 20% a 30% de las tendencias globales de rendimiento. Se destaca que la capacidad de respuesta de los rendimientos dependerá en parte de los propios cultivos, incluyendo las mejoras genéticas realizadas para reducir la sensibilidad a la temperatura o para mejorar la capacidad de respuesta al CO2, así como los cambios de gestión adaptativa de los agricultores en la elección de qué, cuándo, dónde y cómo desarrollar sus cultivos.

Los efectos de los cambios en O3 son actualmente mucho menos entendidos, pero también podría representar un impacto significativo en la escala global. La mejor ciencia disponible relacionada con el cambio climático y la fisiología de cultivos indica que el cambio climático representa una amenaza creíble para sostener el crecimiento global de la productividad en las tasas necesarias para cumplir con la demanda. El aumento de la escala de las inversiones en la mejora de los cultivos y el aumento de la importancia de estas inversiones en los factores de cambio global, ayudará a sostener el crecimiento de los rendimientos en las próximas décadas.

Fuente:
(*)El presente texto es una versión traducida y sintética del artículo “The Influence of Climate Change on Global Crop Productivity”, escrito por David B. Lobell y Sharon M. Gourdji, en Plant Physiology, 160: 1686–1697 (2012).

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