El cambio climático y sus impactos ambientales en el crecimiento de los cultivos

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la NASA utiliza modelos informáticos avanzados que extraen datos satelitales y luego simulan cómo responderá el clima de la Tierra a las continuas emisiones de gases de efecto invernadero en el futuro.

EUA., 11 Oct-21 (Agencia).- La Tierra se está calentando. Los efectos del cambio climático global causado por el hombre son cada vez más evidentes a medida que vemos olas de calor récord, sequías intensas, cambios en los patrones de lluvia y un aumento en las temperaturas promedio. Y estos cambios ambientales afectan a cada parte de la producción de cultivos.

La NASA, junto con las agencias y organizaciones asociadas, monitorea todos estos cambios ambientales que ocurren hoy en día. Además, la NASA utiliza modelos informáticos avanzados que extraen datos satelitales y luego simulan cómo responderá el clima de la Tierra a las continuas emisiones de gases de efecto invernadero en el futuro.

Los investigadores hacen esto para una variedad de escenarios futuros, y luego utilizan las proyecciones climáticas resultantes para ver cómo el cambio climático afectará la agricultura mundial.

«Cuando observamos el cambio climático futuro, no es lo mismo que los años calurosos actuales que experimentamos», dijo Alex Ruane, codirector del Grupo de Impactos Climáticos del Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS) de la NASA en la ciudad de Nueva York. Coordina y dirige el equipo climático para el Proyecto de Intercomparación y Mejora del Modelo Agrícola(AgMIP),un proyecto internacional que conecta la ciencia del clima, el modelado de cultivos y el modelado económico para observar el futuro potencial de los rendimientos de los cultivos y la seguridad alimentaria.

«Si tuviéramos que encontrar una ubicación y mirar un año caluroso que se experimentó recientemente, probablemente habría sido una ola de calor que habría elevado la temperatura general», dijo Ruane. «El cambio climático es diferente. El cambio climático es cada día, un poco más y más. Cuando esas olas de calor vienen [en el futuro], son un poco más intensas o extremas, y eso tiene un impacto fisiológico diferente [en las plantas]».

Esos cambios fisiológicos en las plantas pueden ser complejos y están vinculados al tipo de cultivo y a los efectos climáticos observados a nivel regional y local.

Dióxido de carbono como fertilizante

El dióxido de carbono es el principal gas de efecto invernadero responsable del aumento de la temperatura global de la Tierra. Emitido por la quema de combustibles fósiles, puede permanecer en la atmósfera durante cientos de años, lo que significa que cada año estamos agregando dióxido de carbono a la cantidad que se ha acumulado desde el inicio de la Revolución Industrial hace más de 200 años.

El dióxido de carbono es eliminado de la atmósfera por las plantas durante la fotosíntesis, (aunque no en cantidades suficientes para eliminar todo lo que emiten los humanos). De hecho, los experimentos de invernadero y de campo han demostrado que los niveles más altos de dióxido de carbono en la atmósfera pueden actuar como fertilizante y aumentar el crecimiento de las plantas. La cantidad de beneficio que recibe un cultivo depende de su tipo. El trigo, la cebada y el arroz, por ejemplo, se benefician más de las concentraciones más altas de dióxido de carbono que el maíz. Más dióxido de carbono en el aire hace que la planta sea más eficiente en la absorción del gas y, en consecuencia, pierde menos agua durante el proceso, lo que es mejor para el crecimiento de la planta. Con suficiente agua y otros nutrientes, los rendimientos de los cultivos pueden aumentar significativamente.

Sin embargo, esos rendimientos más altos a menudo vienen con inconvenientes para la nutrición. «Los cultivos crecen más rápido y más grandes bajo un CO más alto2», dijo Jonas Jägermeyr, coordinador del proyecto Global Gridded Crop Model Intercomparison bajo AgMIP en GISS. «Pero el contenido de proteínas y micronutrientes es proporcionalmente menor».

La cantidad versus la calidad es una complicación cuando se observan los efectos climáticos en los cultivos. Otra es que, si bien los niveles más altos de dióxido de carbono traen algunos beneficios, también traen el calor.

Subir el calor

Los aumentos en las temperaturas regionales debido al cambio climático, especialmente en los trópicos, pueden conducir al estrés por calor para todo tipo de cultivos. Muchos cultivos comienzan a sentirse estresados a temperaturas superiores a aproximadamente 90 a 95 grados Fahrenheit (32 a 35 grados Celsius), dijo Jägermeyr, aunque esto variará según el tipo de cultivo y dependerá de la disponibilidad de agua. El signo más visible del estrés por calor es el marchitamiento por la pérdida de agua, y puede provocar daños permanentes en la planta.

Diferentes regiones experimentarán diferentes intensidades de calor en el clima futuro, especialmente durante eventos extremos como olas de calor. «El patrón de dónde se cultivan los cultivos decide el patrón de impactos», dijo Jägermeyr. «Cuanto más crezcas en los trópicos, más duro serás golpeado. Debido a que ya es bastante cálido, una cantidad adicional de calentamiento será más severa que en latitudes altas».

Un estudio modelo de 2019 simuló la futura producción mundial de trigo con temperaturas globales proyectadas de 1,5 grados centígrados y 2,0 grados centígrados por encima de las temperaturas preindustriales. Teniendo en cuenta el efecto de fertilización del dióxido de carbono, los resultados mostraron que los rendimientos de grano para el trigo de invierno o plantado en primavera aumentaron en aproximadamente un 5% en regiones más templadas como los Estados Unidos y Europa, y disminuyeron entre un 2 y un 3% en regiones más cálidas como América Central y partes de África. Además, en las regiones cálidas, incluida la India, que produce el 14% del trigo mundial, con mayor frecuencia vieron años con bajos rendimientos de trigo.

La temperatura también afecta el ciclo de vida de los cultivos. Un pequeño aumento en las temperaturas diarias durante la temporada de crecimiento acelera el ciclo de vida de la planta, dijo Ruane. «Entonces, lo que termina sucediendo es que la planta madura más rápidamente y al final de la temporada, cuando deja el grano, simplemente no ha pasado tanto tiempo construyendo hojas, recolectando luz solar y produciendo la energía que necesita para el grano». El resultado es menos granos y menores rendimientos de los cultivos.

Muéstrame el agua

La última pieza importante del rompecabezas es el agua. El cambio climático está afectando los patrones de lluvia y nevadas y dando lugar a sequías y precipitaciones más extremas.

«Algunas áreas verán lluvias adicionales y, por lo tanto, beneficios», dijo Jägermeyr. «Algunas regiones recibirán demasiada lluvia adicional y luego verán efectos adversos del exceso de lluvia. Y un sinné de regiones realmente verán sequía». Por ejemplo, los monzones pueden traer más lluvia al sudeste asiático, y las sequías pueden volverse más intensas en el oeste de los Estados Unidos, Australia, África y América Central.

La cantidad de agua disponible para el riego ya está viendo impactos en el cambio climático. Los paquetes de nieve de montaña se están reduciendo en el Himalaya y sierra Nevada de California,que son fuentes primarias de agua potable y de riego.

Los niveles de agua subterránea también son sensibles a los cambios en el clima, como la sequía persistente y la lluvia excesiva. Un estudio de 2018 mostró que cuando el agua subterránea se utiliza para la agricultura, los niveles de agua subterránea generalmente están disminuyendo tanto del agua que se ha extraído como de su sensibilidad al cambio. Además, las plantas acceden al agua en el suelo, que en las regiones más cálidas y en un futuro más cálido es más propenso a la evaporación, dejando menos para que las plantas lo usen.

El acceso al agua tiene un efecto directo en la salud de los cultivos, y las observaciones satelitales son uno de los insumos clave para las herramientas que los investigadores y socios de la NASA están construyendo para ayudar a administrar nuestro futuro más cálido.

Adaptación

«Nos preocupamos por el cambio climático no por grados Celsius o partes por millón de CO2, pero porque esos a su vez afectan a todos los sectores y nuestras vidas», dijo Ruane, refiriéndose no solo al sector agrícola y la economía a gran escala, sino también a los cambios cotidianos que ocurrirán a medida que las comunidades respondan al cambio climático.

Además de analizar las consecuencias directas de los factores ambientales del cambio climático en los cultivos, los equipos de investigación dentro de AgMIP también están analizando el potencial de adaptaciones, prácticas de gestión e incentivos económicos que ayudarán a mitigar los peores resultados.

Hay tres tipos de estrategias de adaptación, dijo Ruane: cosas decididas cada año, como cuándo plantar y la rotación de cultivos de un campo; inversiones a más largo plazo, como un nuevo tractor, sistemas de riego mejorados o nuevas infraestructuras de riego en las zonas actualmente de secano; y acciones transformadoras, como la mejora de nuevas variedades de cultivos o la respuesta a cambios a gran escala en la dieta de una población.

«Podemos probar diferentes opciones en los campos virtuales [del modelo]», dijo Ruane. «También podemos hacer preguntas sobre cómo cambian los precios [calculados en] nuestros modelos económicos si las personas adoptan el tipo de dieta que tenemos aquí en los Estados Unidos en comparación con la dieta mediterránea o la dieta del este de Asia». Por ejemplo, ¿qué sucede cuando una población come más o menos carne, o pasa de comer más alimentos a base de trigo a comer más alimentos a base de arroz, o viceversa? Los modelos también pueden explorar otros efectos secundarios de estos grandes cambios, especialmente los imprevistos.

Ruane agrega: «Si realmente queremos saber qué va a pasar con los agricultores o consumidores, tenemos que traer la economía de la situación». A medida que el cambio climático afecte los sistemas alimentarios en el futuro, los efectos se extenderán a través de la economía y en los hogares, moldeados por la forma en que las personas responden.

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