El cambio climático y la productividad de los cultivos

El cambio climático es una realidad a la que se enfrenta la vida sobre el planeta tierra. El cambio climático es definido como cualquier cambio que se dé en el clima a través del tiempo, bien sea como consecuencia de cambios naturales que se den en el planeta o en astros que influyen sobre la tierra, o como resultado de la actividad humana. Sea natural, o sea provocado por el hombre, el cambio climático está estrechamente relacionado con la abundancia de gases en la atmósfera, de los cuales, el dióxido de carbono, el óxido nitroso y el metano han tenido un incremento sustancial en los últimos 100 años como consecuencia de la actividad humana. Estos gases son llamados gases con efecto invernadero, debido a que permiten la entrada al planeta de la radiación solar (no afectan la entrada de la luz solar) pero retienen la energía calórica generada de la transformación de la energía lumínica al no permitir que esta salga a la atmósfera, y por el contrario mantenerla retenida alrededor del planeta. Esto hace que el planeta, al seguir recibiendo energía lumínica y evitando la pérdida de energía calórica, se vaya calentando cada vez mas. Esta situación fue la que permitió la aparición de la vida sobre el planeta, pero actualmente ha logrado un inusual

incremento en la temperatura que no ha ocurrido en al menos los últimos 1300 años. Gracias a estudios en burbujas de aire atrapadas en glaciales hace miles de años, se ha podido determinar la concentración de gases en la atmósfera durante un largo período de tiempo, logrando así identificar que en los últimos 100-150 años, como consecuencia del crecimiento de la población humana y de la actividad industrial, el incremento en los tres gases mencionados ha sido absolutamente inusual. El dióxido de carbono o CO2 como consecuencia de la actividad humana proviene principalmente del uso de combustibles fósiles, y ha logrado que en los últimos años se haya superado la cantidad de este gas en la atmósfera de su rango natural en los últimos 650.000 años (actualmente 379 ppm, en los últimos 650.000 años estuvo entre 180 y 300 ppm). El incremento en el metano y el óxido nitroso parece estar relacionado con actividades agrícolas. Las consecuencias del calentamiento global y del consecuente cambio climático han sido modeladas con cierto grado de certidumbre. Lo más evidente pudiera ser el aumento en el nivel del mar como consecuencia del derretimiento de grandes masas de los casquetes polares, lo cual indudablemente cambiaría la fisiografía de lo que actualmente conocemos en el planeta. Luego de ver ese nivel macro del planeta, es necesario estimar que puede ocurrir con los seres vivos, siendo de importancia capital conocer lo que puede ocurrir con la productividad de los cultivos que sirven de alimento a los seres humanos.

El cambio climático afectará, o está afectando, la productividad de los cultivos en tres vías:

  1. Al afectar los procesos fisiológicos de la planta
  2. Al afectar la dinámica poblacional de insectos plaga y patógenos que afectan al cultivo.
  3. Al afectar la eficiencia del trabajador del campo

 

Cambio climático y fisiología de las plantas

Los procesos fisiológicos de las plantas son afectados por la información genética que tenga la planta y por tanto su capacidad de codificar ciertas proteínas estructurales y enzimas en un momento dado, así como también los procesos fisiológicos son afectados por el ambiente en que se desarrolle la planta. El cambio climático afecta el ambiente en el cual se desarrollan los cultivos, en varias vías:

  1. Mayor concentración de CO2 atmosférico.
  2. Incremento en temperaturas, calentamiento global
  3. Cambio en los patrones de precipitación, lo cual cambia la disponibilidad de agua en tiempo y espacio

El entendimiento de cómo estos factores pueden afectar a la planta, requiere de una breve explicación de lo que es la fotosíntesis. El inicio de toda cadena trófica son los organismos autótrofos, especialmente las plantas. Estos organismos son el inicio porque tienen la posibilidad de realizar el proceso de fotosíntesis. De forma general puede definirse la fotosíntesis como el proceso que se da en sistemas biológicos mediante el cual, a través del uso de la energía que aporta la luz, la materia inorgánica sirve de materia prima para la formación de materia orgánica. Este proceso se da en el fitoplancton y en células foliares de las plantas. En estas células existen unos organelos denominados cloroplastos, en cuya estructura se pueden diferenciar los tilacoides y el estroma; tilacoides son estructuras en forma de sáculos que apilados unos con otros forman la grana, estroma es la cavidad interna del cloroplasto. En los tilacoides existe un pigmento llamado clorofila, que tiene la capacidad de transformar la energía lumínica en energía química, siendo esta la llamada fase luminosa de la fotosíntesis. La energía química obtenida como ATP y NADPH es utilizada para fijar el dióxido de carbono presente en la atmósfera mediante la acción de la enzima Rubisco (ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa), lo cual ocurre en el estroma del cloroplasto, esto es llamado la fase oscura cuyas reacciones químicas son llamadas en conjunto Ciclo de Calvin y da como productos compuestos orgánicos que serán usados por la planta en su metabolismo.  Al ver el proceso de fijación de carbono como un todo, se observará que puede resultar altamente ineficiente debido a la fotorespiración. Este es un proceso que se da debido a la dualidad que puede tener la Rubisco: al haber altas concentraciones de dióxido de carbono actúa sobre un sustrato integrando en este el carbono (es decir, se da la fotosíntesis), pero en caso que haya mayor concentración de oxígeno en la célula, lo cual ocurre en presencia de luz y a altas temperaturas, la misma enzima actúa sobre el mismo sustrato pero en vez de fijar el CO2 lo que logra es perder carbono también en forma de CO2. En caso que la tasa de fotorrespiración sea mayor que la tasa de fotosíntesis, se detiene el crecimiento de la planta.

Consideraciones teóricas, así como simulaciones y experimentos, han demostrado que un incremento en la concentración de CO2 en la atmósfera permite un aumento en el rendimiento de plantas C3 como consecuencia de la permanente saturación de CO2 en el espacio intercelular, lo cual inhibiría la fotorrespiración. Adicionalmente, tanto para plantas C3 como para plantas C4, la mayor concentración de CO2 permite una menor demanda de agua debido a la menor conductancia estomática, es decir, pudiera pensarse que si todos los aspectos de la producción se mantienen constantes y se incrementa la concentración de CO2 en la atmósfera, se podrían alcanzar iguales rendimientos con menor cantidad de agua. En los experimentos en que se controla de manera minuciosa la concentración de CO2 en la atmósfera (experimentos FACE: free-air CO2 enrichment) se han reportado incrementos en el rendimiento en plantas C4 como maíz y caña de azúcar, así como en plantas C3 tales como trigo, arroz y soya, en presencia de concentraciones de CO2 similares a las que se esperan tener en la atmósfera en un futuro cercano. Todas las consideraciones que se han hecho para plantas cultivadas, son igualmente válidas para las malezas. Si las condiciones ambientales favorecen el crecimiento de las malezas en un futuro, y, adicionalmente, se conoce que las malezas tienen una mayor capacidad competitiva y de adaptación que las especies domesticadas, se pudiera prever un control más difícil de la vegetación arvense, lo cual indudablemente pudiera representar un serio problema para el futuro de las actividades agrícolas.

 

Cambio climático y dinámica poblacional de insectos plaga y microorganismos patógenos

 Partiendo del triángulo de las enfermedades (patógeno – hospedero – ambiente) se conoce que para que se presente una enfermedad en un cultivo, o por extensión, para que se presente un ataque de insectos plaga sobre un cultivo, se requiere la presencia evidentemente del cultivo, del patógeno (o por extensión, del insecto plaga) y de un ambiente favorable para que se pueda dar la infección (o infestación en caso de los insectos plaga). El cambio climático, por definición, trae como consecuencia un cambio en los ambientes en que se desarrolla el patógeno y/o los insectos plaga, por lo cual puede afectar favorable o desfavorablemente la dinámica poblacional de estos organismos interactuando con alguna especie cultivada. Existe consenso acerca del calentamiento global que está experimentando el planeta como expresión de lo que es el cambio climático. Partiendo de la premisa de que ciertas altitudes sobre el nivel del mar son actualmente una limitante para el crecimiento poblacional de insectos plaga y/o patógenos, debido a las bajas temperaturas que se da en estos ambientes, es previsible un incremento de infecciones e infestaciones en las explotaciones agrícolas ubicadas regiones ubicadas a altitudes considerables, puesto que se estima que en ellas, al igual que en el resto del planeta, existirán condiciones más cálidas que las actuales, propicias para los patógenos y/o insectos plaga. Sin embargo, esta hipótesis será cierta solo si se mantiene el uso de cultivares que actualmente se tiene, pues lo que realmente se pudiera estar planteando es que programas de mejoramiento genético que se estén desarrollando bajo las condiciones de producción descritas, pudieran generar cultivares con resistencia a la razas del patógeno o al biotipo del insecto que predominen en dichas áreas. Otro escenario posible, y en este caso indeseable, es trasladar la producción agrícola a mayores altitudes, en las que normalmente existen ecosistemas frágiles con importancia capital en la formación y conservación de cuencas y por tanto en el ciclo hidrológico de la zona. Otro consenso general sobre las condiciones climáticas a esperar en el futuro tienen que ver con un incremento en la humedad ambiental. En cualquier ambiente en que se incremente la temperatura y la humedad, habrá mejores condiciones para el crecimiento poblacional de microorganismos patógenos si se mantienen fijos todos los otros factores. Aun cuando los microorganismos tienen un ciclo mucho más corto que las plantas cultivadas, lo cual permitiría la selección de individuos con una mejor adaptación a las nuevas condiciones y como consecuencia la formación de poblaciones con una alta capacidad patogénica, no es menos cierto que las actividades de mejoramiento genético que lleven procesos de selección bajo esas condiciones, permitirán obtener cultivares resistentes a esas razas predominantes. Si bien es cierto que se esperan años más húmedos que los actuales, también es cierto que se esperan cambios en los patrones de precipitación, lo cual eventualmente pudiera cambiar el mapa de distribución geográfica de cultivos que actualmente conocemos, cambiando por tanto las regiones en que se den interacciones específicas de insectos plaga y/o microorganismos patógenos con especies cultivadas. En cuanto a la influencia que pueda tener un incremento en la concentración de CO2 sobre los microorganismos patógenos y los insectos plaga y por ende sobre la planta y el desarrollo de la enfermedad o la infestación, los resultados que se han encontrado no permiten generalizar, para algunos patosistemas en particular el incremento de CO2 favoreció a la planta y en otros favoreció al microorganismo. Un aspecto poco estudiado, y que puede resultar importante, es la influencia que pueda tener el incremento que se está experimentando en el planeta de la radiaciones ultra violeta B. Todas las consideraciones realizadas en cuanto a cambios en la dinámica poblacional de insectos plaga y/o microorganismos patógenos, son igualmente válidas para sus enemigos naturales, por tal razón, no se prevé que la relación entre ellos cambie ya que ambos permanecerán en un proceso evolutivo natural. Es necesario recordar que la afectación de los ecosistemas para la agricultura genera desbalances tremendos en el equilibrio que existen en el ecosistema natural, el no intervenido, para dar las mejores condiciones a la planta para optimizar su producción, por tanto, los análisis que se hagan sobre el futuro comportamiento de la dinámica poblaciones de insectos plaga, microorganismos patógenos y enemigos naturales no pueden hacerse pensando en que el cultivo y por tanto el ser humano, estarán como simples espectadores de lo que está ocurriendo, por el contrario, los análisis y estimaciones de la agricultura del futuro deben considerar las actividades de mejoramiento genético orientadas hacia la obtención de cultivares resistentes o tolerantes a microrganismos patógenos e insectos plaga.

 

Cambio climático y trabajador del campo

La humanidad tal como la conocemos es consecuencia de la agricultura. La organización que se ha dado en las distintas sociedades a lo largo de la historia ha estado relacionada con la actividad agrícola, por tanto es evidente que el ser humano es parte activa de los procesos agrícolas. En un principio el ser humano “inventa” la agricultura a través del proceso denominado domesticación de las especies, y, desde ese momento histórico hasta la actualidad, el ser humano ha venido optimizando el proceso agrícola, a tal punto que la mano de obra requerida se ha minimizado en una gran medida en las explotaciones agrícolas altamente tecnificadas. Sin embargo, en este tipo de explotaciones aun se requiere de mano de obra, y por supuesto, en explotaciones agrícolas pequeñas y poco tecnificadas, prácticamente todo el trabajo agrícola es realizado con esfuerzo físico del ser humano. La mayor parte de la actividad agrícola se da en espacios abiertos, sin protección de los factores ambientales, especialmente radiación solar, temperatura y humedad. Conociendo que las proyecciones del clima para los próximos años indican aumentos sustanciales en la temperatura y la humedad, así como incrementos en radiaciones específicas del espectro solar, es evidente que habrá un impacto severo en el desempeño del trabajador del campo, y probablemente sobre su salud. Labores que requieren de un esfuerzo físico considerable, especialmente en los trópicos, serán cada vez más difíciles debido a las altas temperaturas que se alcanzarán. La salud del trabajador de campo pudiera verse comprometida de mantener las exigencias de trabajo que se tienen actualmente, la productividad de los cultivos puede verse afectada debido a que el rendimiento físico del trabajador pudiera estar directamente relacionado con el confort térmico ambiental: mientras menor sea el confort, como consecuencia del incremento de la temperatura en zonas agrícolas tropicales, mayor será el riesgo sobre su salud y menor será su eficiencia, lo cual redundará en que las labores requeridas por el cultivo no se hagan de manera oportuna. Es necesario investigar sobre eventuales cambios en los horarios de trabajo en zonas agrícolas, especialmente para aquellos cultivos y explotaciones agrícolas que requieran de una amplia demanda de mano de obra.

 

 

CONCLUSIONES

La agricultura es un proceso de carácter local, en el que se establecen interacciones complejas entre todos los organismos que constituyen el agroecosistema (planta cultivada, microorganismos patógenos, insectos plaga, organismos benéficos como bacterias fijadoras de nitrógeno, micorrizas, o insectos parásitos o depredadores de insectos plaga, y por supuesto, el trabajador del campo), interacciones que son modeladas por el ambiente en que se den. Es por esta razón que cualquier estudio actual que se haga sobre la agricultura siempre se refiere a una localidad o área geográfica relativamente pequeña, ya que lo que ocurra en una localidad no necesariamente será lo que ocurra en otra localidad, esto debido a las variaciones ambientales existentes (tipo de suelo, clima, costumbres). En tal sentido, el análisis que se haga sobre la influencia que pueda tener el cambio climático sobre la agricultura soporta solo unas pocas generalizaciones, y por tanto requiere estudios particulares para llegar a aproximaciones que se puedan acercar lo mas posible a la realidad. Si es el cambio climático la variable a considerar, es necesario entender que las consecuencias del cambio climático no serán uniformes en todo el planeta; es por esto que son de suma utilidad modelos de simulación como los llamados Modelos de Circulación General que hacen referencia al intercambio de energía que se da entre espacio, atmósfera, océanos, y la tierra incluyendo especificaciones como geografía, composición química de la atmósfera y el océano, todo esto para poder tener una aproximación precisa del clima futuro por cada localidad o zona geográfica. Teniendo una estimación racional del clima futuro de una localidad, y así poder modelar la manera como organismos asociados a la planta cultivada puedan ser afectados, además de poder modelar cómo se verá afectado el trabajador del campo, y conociendo lo que pareciera una de las pocas generalizaciones aceptables al respecto que es el incremento en la eficiencia fotosintética de las plantas como consecuencia de un incremento en la concentración de CO2 en la atmósfera, se podrán tener estimaciones más reales de lo que pudiera ser la agricultura en el futuro, siempre visualizándolo desde el punto de vista local, y no desde el punto de vista general.

Ing. Agr. Hernán E. Laurentin T. (Ph. D. en Ciencias Agrícolas)

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