Lunes, Octubre 20, 2014
   
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Efectos del cambio climático en el rendimiento de los cultivos

climainvernaderoSe requerirá incrementar el uso de fertilizantes nitrogenados para mantener la calidad nutricional de los granos

La evidencia del aumento en la concentración del dióxido de carbono y otros gases invernadero como el metano, el monóxido de carbono y óxido nitroso, en la atmósfera es irrefutable (Pimentel, 1991; Rabbinge et al., 1993).

Tan sólo la concentración atmosférica de CO2  se ha incrementado más de 30% desde la época pre-industrial, pasando de alrededor de 280 ppm a 365 ppm (Tubielo et al. 2000). Este incremento se debe principalmente a la destrucción de bosques, quema de combustibles fósiles, modificación del uso de la tierra y al incremento en la población mundial (Pimentel, 1991; Rabbinge et al., 1993; Tubielo et al. 2000).

La mayoría de los especialistas predicen que la temperatura del planeta incrementará entre 1.5 y 4.5°C para el año 2050, lo cual provocará una disminución en la producción de alimento a nivel mundial, al haber un cambio no sólo en la temperatura sino también en los niveles de humedad, dióxido de carbono, así como en los ciclos de las plagas que afectan a los cultivos (Pimentel, 1991; Tubielo et al. 2000, Perry et al., 2004).

Se considera que de seguir el patrón de emisiones actual de CO2, el nivel atmosférico de este gas se duplicará para finales del siglo XXI. Los modelos indican que de presentarse este fenómeno, se causarán modificaciones climáticas al provocarse un incremento sustantivo en la temperatura del aire, se modificarán los patrones de las precipitaciones pluviales y el ciclo hidrológico mundial, así como también se incrementará la frecuencia de eventos climáticos severos como los periodos de sequía y de inundaciones (Tubielo et al. 2000). Las evidencias de las consecuencias  del cambio climático las encontramos en los medios de comunicación, todos los días.

De acuerdo con la Organización Meteorológica Mundial (Linde, 2007) las precipitaciones pluviales han causado este año las catástrofes más graves: En enero, una potente tormenta afectó a la zona norte de Europa con lluvias torrenciales y vientos de 170 km por hora, las pérdidas fueron millonarias; en febrero, Mozambique sufrió las inundaciones más graves de los últimos tiempos, el agua causó 30 víctimas fatales y 120,000 personas tuvieron que ser evacuadas; abril fue el mes más seco registrado en Alemania y mayo el más lluvioso registrado en los últimos tiempos (120 litros/m2). En el Reino Unido, las precipitaciones entre mayo y julio han sido las mayores, en esos meses, desde 1766; el 24 de junio cayeron 103 litros/m2 en 24 horas y el 20 de julio 120 litros en el mismo lapso, las pérdidas  han superado los 4,300 millones de euros. En China hay 13.5 millones de afectados por las inundaciones; en la India, Bangladesh y Nepal las peores lluvias monzónicas de las últimas décadas han causado más de 2,000 muertos y han dejado más de 20 millones de personas afectadas, en un sólo estado de la India, Bihar, más de 1 millón de hectáreas están cubiertas por las aguas.

Respecto de las temperaturas, la Organización Meteorológica  Mundial informa que enero ha sido el mes más cálido en la historia del mundo, con 1.89 grados centígrados por encima de la media desde que comenzaron las mediciones, en 1880; abril también presentó temperaturas de 1.37 grados centígrados por encima de la media registrada; en agosto la ola de calor que afecta al centro y noreste de Estados Unidos provocó temperaturas de 39°C a la sombra, en la ciudad de Washington, 8°C por encima  de la temperatura máxima normal, para este periodo.

 Efectos en la agricultura por el aumento en la concentración de CO2

Por más de los 10,000 años en que los humanos han cultivado la tierra la concentración de CO2 ha estado  entre 260 y 280 micromoles/mol, desde 1990 la concentración de CO2 ha subido a 370 micromoles/mol. Los efectos directos sobre los procesos fisiológicos en las plantas, debido al aumento en la concentración de CO2, han sido demostrados y sus consecuencias sobre el crecimiento, desarrollo y producción vegetal han sido evaluadas con diferentes modelos (Rabbinge et al., 1993).

Se considera que el aumento en la concentración de CO2 eleva la tasa fotosintética en las plantas y por lo mismo se incrementa el rendimiento (Tubielo et al. 2000). El incremento directo en la fotosíntesis de las plantas C3 (cultivos de clima templado: trigo, arroz, papa, soya, frijol, etc.) debido a la elevación de la concentración de CO2, resulta de dos propiedades de la enzima Rubisco (ribulosa 1,5-difosfato  carboxylasa) que fija el CO2 en esos cultivos. La enzima no se satura con la concentración actual de CO2, por lo que un incremento en su concentración incrementará la velocidad de carboxylación (fijación de CO2) y la fotosíntesis neta (Long et al., 2005). Además el CO2 es un inhibidor competitivo de la reacción de oxigenación, la cual conduce a la fotorrespiración, la fotorrespiración comúnmente libera 20 a 40% de los productos de la fotosíntesis como CO2. Sin embargo las consecuencias del enriquecimiento de CO2 y el aumento de la temperatura son positivas solamente bajo condiciones óptimas de crecimiento y considerando que la mayoría de los cultivos raramente se encuentran bajo condiciones óptimas de crecimiento, los beneficios por el enriquecimiento de CO2 y aumento en la temperatura son mínimos (Rabbinge et al., 1993).

 Efectos en la agricultura por el aumento de la temperatura

Peng et al (2004), determinaron que entre 1979 y 2003, la temperatura mínima y máxima ha incrementado en 0.35 y 1.13°C respectivamente. Siendo que el rendimiento y calidad del fruto está directamente afectada por las condiciones meteorológicas, estos incrementos en la temperatura pueden causar disminuciones en el rendimiento de varios cultivos (Pimentel, 1991). Las temperaturas elevadas pueden detener la fotosíntesis, evitar la fertilización de los óvulos de las plantas y provocar deshidratación; en las plantas C3 la tasa de fotosíntesis está a su máximo a temperaturas entre 20 y 32°C, a temperaturas superiores la tasa muestra una declinación y al alcanzar los 40°C, cesa enteramente, a esta temperatura la planta se encuentra en shock térmico, tratando de sobrevivir (Brown, 2003).

El periodo más vulnerable del ciclo de vida de  las plantas es cuando ocurre la fertilización; el Instituto Internacional de Investigación del Arroz reporta que la fertilidad del arroz cae de 100% a 34°C a 0% a 40°C, en maíz la viabilidad del polen se reduce a temperaturas por encima de 36°C y similares temperaturas pueden llevar a revertir los efectos de la vernalización en el cultivo de trigo (Porter y Semenov, 2005).

c1climainvernaderoUn ejemplo de esto es el arroz, para el cual se ha determinado que un aumento de un grado centígrado en la temperatura entre 30 y 40°C, durante la floración, reduce la fertilidad y la formación de grano en 10% (Peng et al (2004). L. H. Allen Jr. uno de los científicos que analiza la relación entre  la temperatura y el rendimiento, en el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, concluye que por cada incremento de 1.1°C por encima de la temperatura ideal, para el cultivo, el rendimiento se reduce en 10%. En un estudio reciente, un equipo de científicos de la Fundación Carnegie fueron más allá; basados en los datos de rendimiento de maíz y soya en más de 400 condados, en los últimos 17 años, reportan que el incremento  de 1°C durante la estación de crecimiento junio-agosto  reduce el rendimiento de ambos cultivos en 17% (Brown, 2003).

El problema que la producción de hortalizas enfrenta, con el incremento de las temperaturas, es muy grave. Para las hortalizas de clima frío la temperatura media mensual debe ser de 15 a 18°C. En este grupo se encuentran las familias y especies que se muestran en el Cuadro 1.

Para las hortalizas de  clima cálido, la temperatura media mensual debe estar entre 18 y 30°C, éstas toleran un poco mejor las temperaturas altas. (Cuadro 2).

Tubielo et al. (2000) concluyeron, que los efectos negativos sobre el rendimiento en granos básicos ocasionado por un incremento en la temperatura, sobrepasa los efectos positivos ocasionados por el incremento de la concentración de CO2 en la atmósfera, en lugares donde se presente estrés hídrico, el rendimiento del trigo puede disminuir entre un 30 y un 50% y el sorgo entre un 10 y un 30%. Asimismo se concluyó que el incremento en la temperatura ambiental, ocasiona un incremento en la tasa de desarrollo fenológico, acortando el periodo de desarrollo y crecimiento, lo cual se ve traducido en la reducción del rendimiento total del cultivo (Tubielo et al. 2000).

A pesar de que el incremento en la concentración de CO2 ocasiona una reducción en la transpiración debido al cierre de los estomas de ciertas especies, eficientizando el proceso fotosintético y teóricamente disminuyendo el consumo de agua requerido por la planta (Perry et al., 2004). Sin embargo, Tubielo et al. (2000) determinaron que bajo un escenario de adaptación al cambio climático, se requeriría aumentar la cantidad de agua suministrada a los cultivos, maíz, soya y sorgo en un 60, 90 y 15% respectivamente, a fin de seguir obteniendo los rendimientos actuales, disminuyendo drásticamente la eficiencia en el uso del agua.

La selección de nuevas variedades de semillas son uno de los métodos clave, para incrementar el rendimiento de los cultivos, mejorar su calidad y su adaptación al cambio climático. En el CIMMYT se han obtenido plantas de trigo con modificaciones genéticas, que expresan el gen DREB, el cual codifica para la proteína de respuesta a la deshidratación; estas plantas en pruebas de campo preliminares han mostrado una mayor tolerancia a la sequía (Porter y Semenov, 2005). Las compañías BASF y Monsanto se han aliado para realizar un proyecto biotecnológico de investigación, desarrollo y comercialización de nuevas variedades de maíz, soya, algodón y canola de alto rendimiento y tolerantes a la condiciones ambientales adversas, la inversión conjunta será de 1,500 millones de dólares (CropLife, May 2007).

climainvernadero2Efectos del calentamiento global en el ciclo hidrológico

El calentamiento global también tendrá efectos sobre el ciclo hidrológico, particularmente en las regiones que dependen de la nieve para cubrir sus necesidades hídricas. Se prevé que durante el invierno habrá menos nieve y el deshielo ocurrirá antes, lo cual en conjunto ocasionará que los caudales de los ríos se vean incrementados principalmente durante el invierno y principios de la primavera, lejos del verano y principios del otoño, cuando la demanda es mucho mayor. Las consecuencias de estos cambios deben ser tomadas en cuenta al tener cerca de un sexto de la población mundial dependiente de los glaciares y deshielos para cubrir sus necesidades hídricas a lo largo del año (Barnett et al, 2005).

 Efectos del cambio climático sobre los patrones de precipitación

Actualmente el fenómeno metereo-lógico “El Niño” ocasiona un retraso en las precipitaciones y un decremento en la superficie de arroz plantada en la principal región productora de arroz en Indonesia. Siguiendo el modelo climático propuesto por el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático AR4, se realizó un estudio sobre las posibles consecuencias del cambio climático en Java y Bali, dos de las principales regiones productoras de arroz en Indonesia. Dicho estudio concluyó que las probabilidades de un retraso de 30 días en el comienzo del monzón para el año 2050 son de entre 30 a 40%, comparadas contra 9 a 18% que existen actualmente.

Asimismo se predice un aumento en la probabilidad de lluvia en la última etapa del cultivo (abril a junio) de aproximadamente del 10% y un decremento de las probabilidades de lluvia durante la época seca (julio a septiembre) de hasta 75%. Esto indica la necesidad de comenzar a desarrollar estrategias de adaptación tales como: almacenamiento de agua y desarrollo de cultivos tolerantes a sequías entre otros (Nylor et al., 2007).

África es un continente particularmente vulnerable, lo cual ha sido lamentablemente comprobado mediante las catastróficas sequías a lo largo del siglo XX. Actualmente se considera que el riesgo de sequía en el sur del continente, considerada la principal zona productora de maíz y donde este grano es considerado alimento básico, se incrementa en un 120% durante los años de “El Niño” y el rendimiento del maíz, sorgo y mijo disminuye entre 20 y 50% (Stige et al, 2006).

Para tener una idea de la magnitud de dicho fenómeno, basta con mencionar que tan sólo la diferencia en el rendimiento en maíz causado por las oscilaciones entre los fenómenos “El Niño” y “La Niña” sería suficiente para alimentar a 15 millones de personas durante todo un año y con la diferencia del rendimiento de sorgo, mijo y arroz se podrían alimentar entre 2 y 3 millones de personas en un año. Estas cifras aún cuando son teóricas, nos dan una idea muy clara del impacto que tiene el cambio climático sobre la población (Stige et al, 2006).

 Efectos del cambio climático sobre los polinizadores

El cambio climático también ocasionará la reducción de las interacciones ecológicas del tipo mutualista entre las plantas y los polinizadores naturales, debido a los posibles cambios fenológicos ocasionados por la concentración de CO2 en la atmósfera. Estos cambios fenológicos pueden llegar a reducir los recursos florales disponibles para las especies polinizadoras entre un 17 y un 50%. La reducción de la coincidencia temporal entre plantas y polinizadores, no sólo causará la reducción en la dieta disponible de los insectos polinizadoras sino que causará tanto su extinción como la de diversas especies vegetales (Memmott et al, 2007).

 Efectos del cambio climático sobre los factores socio-económicos

Varios estudios realizados concuerdan en que los efectos del cambio climático afectarán de manera diferente a los países desarrollados, a los subdesarrollados y a los que están en vías de desarrollo, afectando particularmente a aquellos países localizados en regiones de bajas latitudes (Perry et al., 2004). Socioeconómicamente, el cambio climático provocará cambios en los precios internacionales de los cultivos y un cambio en la ventaja competitiva de ciertas regiones productoras (Perry et al., 2004).

 Conclusiones

Se incrementará la probabilidad de eventos con temperaturas extremadamente altas en el verano y extremadamente bajas en el invierno, el número de días con lluvias fuertes (arriba de 25 mm) se incrementará,  particularmente en el este de Asia, Sureste de Africa y Brasil, aunque no se modifique la precipitación total (Erda, et al., 2005; Porter y Semenov, 2005).

La producción de comida en África se verá severamente reducida, principalmente debido a la reducción en el rendimiento del maíz, conforme las condiciones climáticas se parezcan más al fenómeno de “El Niño”, tal y como lo predicen los modelos (Stige et al, 2006).

La producción de alimentos en las zonas templadas se incrementará, mientras que en las zonas cálidas se reducirá gravemente (Porter y Semenov, 2005).

Los forrajes van a ser menos nutritivos por lo que habrá más desperdicio y mayor emisión de metano  (Porter y Semenov, 2005).

Se va a requerir incrementar el uso de fertilizantes nitrogenados, para mantener altas las concentraciones de la enzima Rubisco y capturar el CO2, así como para mantener la calidad nutricional de los granos, ya que la relación C:N se modificará (Porter y Semenov, 2005).

La forma en la cual cada cultivo es afectado dependerá de las características particulares de cada cultivo. (Pimentel, 1991).  HC

Eduardo Salazar Solis, Sandra Flores Mejía / Instituto de Ciencias Agrícolas, U. de Gto. / Esta dirección electrónica esta protegida contra spambots. Es necesario activar Javascript para visualizarla

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