El cambio climático está afectando a la agricultura de varias maneras. Los investigadores utilizan datos satelitales y modelos informáticos para monitorear y mitigar estos impactos. Crédito:NASA/Observatorio de la Tierra/USDA/Jesse Kirsch
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 sin precedentes, sequías intensas, cambios en los patrones de lluvia y un aumento en las temperaturas promedio. Y estos cambios ambientales tocan cada parte de la producción de cultivos.
La NASA, junto con agencias y organizaciones asociadas, monitorea todos estos cambios ambientales que ocurren hoy. 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 usan las proyecciones climáticas resultantes para ver cómo afectará el cambio climático a la agricultura mundial.
En todo el mundo, las prácticas agrícolas se han desarrollado en función de la topografía, el tipo de suelo, el tipo de cultivo, la precipitación anual y la tradición. Este montaje de seis imágenes del sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) del satélite Terra de la NASA muestra diferencias en la geometría y el tamaño del campo en diferentes partes del mundo. Crédito:Observatorio de la Tierra de la NASA
“Cuando observamos el cambio climático futuro, no es lo mismo que los años cálidos actuales que experimentamos”, dijo Alex Ruane, codirector del Grupo de Impactos Climáticos en el Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS) de la NASA en la ciudad de Nueva York. Coordina y dirige el equipo climático del Proyecto de Intercomparación y Mejora de Modelos Agrícolas (AgMIP), un proyecto internacional que conecta la ciencia del clima, el modelado de cultivos y el modelado económico para analizar el futuro potencial de los rendimientos de los cultivos y la seguridad alimentaria.
“Si tuviéramos que encontrar una ubicación y observar 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 lleguen esas olas de calor [en el futuro], serán un poco más intensas o extremas, y eso tendrá un impacto fisiológico diferente [en las plantas]”.
Esos cambios fisiológicos en las plantas pueden ser complejos y están relacionados con el tipo de cultivo y 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 comienzo de la Revolución Industrial hace más de 200 años.
El Departamento de Agricultura de EE. UU. realiza experimentos sobre la tasa de crecimiento de los cultivos en cámaras de ambiente controlado, incluso con invernaderos y parcelas de campo en las que controlan la temperatura, la humedad y el dióxido de carbono atmosférico. Crédito:USDA
Las plantas eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera durante la fotosíntesis (aunque no en cantidades suficientes para eliminar todo lo que emiten los humanos). De hecho, los experimentos de campo y de invernadero 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, el rendimiento de los cultivos puede 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 condiciones más altas de CO2 ”, dijo Jonas Jägermeyr, coordinador del proyecto de Intercomparación de Modelos de Cultivos Cuadriculados Globales bajo AgMIP en GISS. "Pero el contenido de proteínas y micronutrientes es proporcionalmente más bajo".
La cantidad frente a la calidad es una complicación cuando se observan los efectos del clima en los cultivos. Otra es que, si bien los niveles más altos de dióxido de carbono brindan algunos beneficios, también generan calor.
Subiendo la temperatura
Los aumentos en las temperaturas regionales debido al cambio climático, especialmente en los trópicos, pueden generar estrés por calor para todo tipo de cultivos. Muchos cultivos comienzan a sentirse estresados a temperaturas superiores a los 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 causar daños permanentes a la planta.
Este mapa codificado por colores en la proyección de Robinson muestra una progresión de las anomalías cambiantes de la temperatura de la superficie global. Las temperaturas normales son el promedio durante el período de referencia de 30 años 1951-1980. Las temperaturas más altas de lo normal se muestran en rojo y las temperaturas más bajas de lo normal se muestran en azul. El cuadro final representa las anomalías de temperatura global de 5 años desde 2016-2020. Escala en grados Celsius. Crédito:Estudio de Visualización Científica de la NASA
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 fuerte serás golpeado. Debido a que ya hace bastante calor, 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 sembrado en invierno o en primavera aumentaron alrededor de un 5 % en las regiones más templadas, como Estados Unidos y Europa, y disminuyeron entre un 2 y un 3 % en las regiones más cálidas, como como América Central y partes de África. Además, en las regiones cálidas, incluida la India, que produce el 14 % del trigo mundial, se registraron años con rendimientos bajos de trigo con más frecuencia.
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 acumulando hojas, recolectando luz solar y generando la energía que necesita para el grano. .” El resultado es menos granos y menor rendimiento 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 los efectos adversos del exceso de lluvia. Y un montón 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 riego ya está experimentando los impactos del cambio climático. Las capas de nieve de las montañas se están reduciendo en el Himalaya y la Sierra Nevada de California, que son fuentes principales de agua potable y de riego.
Los niveles de agua subterránea también son sensibles a los cambios en el clima, como sequías persistentes y lluvias excesivas. Un estudio de 2018 mostró que donde el agua subterránea se usa para la agricultura, los niveles de agua subterránea generalmente disminuyen tanto por el agua extraída como por su sensibilidad al cambio. Además, las plantas acceden al agua del suelo, que en las regiones más cálidas y en un futuro más cálido es más propensa a la evaporación, dejando menos para que las plantas la utilicen.
El acceso al agua tiene un efecto directo en la salud de los cultivos, y las observaciones satelitales son uno de los aportes clave para las herramientas que los investigadores y socios de la NASA están creando para ayudar a gestionar nuestro futuro más cálido.
Adaptación
“Nos preocupamos por el cambio climático no por los grados Celsius o las partes por millón de CO2 , sino porque a su vez afectan 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 observar 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 manejo e incentivos económicos que ayudarán a mitigar los peores resultados.
Hay tres tipos de estrategias de adaptación, dijo Ruane:cosas que se deciden cada año, como cuándo sembrar y la rotación de cultivos de un campo; inversiones a más largo plazo, como un nuevo tractor, sistemas de riego mejorados o nueva infraestructura de riego en áreas 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 EE. UU. 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 los consumidores, tenemos que incorporar 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 los hogares, determinados por la forma en que respondan las personas.
