Para predecir cómo los cultivos afrontan el cambio climático, los experimentos simulan el futuro

Hace cinco años, las Naciones Unidas se comprometieron a lograr el Objetivo de Desarrollo Sostenible del Hambre Cero para 2030. Desde entonces, sin embargo, el hambre en el mundo ha seguido aumentando. Casi el 9 por ciento de nuestra población mundial está ahora desnutrida, según un informe de 2020 de la FAO, y la variabilidad climática es un factor principal que nos desvía del rumbo.

Durante los últimos 30 años, una red de 14 instalaciones de investigación a largo plazo que abarcan los cinco continentes ha simulado los niveles futuros de dióxido de carbono (CO2) para pronosticar el impacto en los cultivos. Es importante destacar que estos experimentos de ‘Enriquecimiento de concentración de aire libre’ (FACE) se llevan a cabo al aire libre,  en condiciones de campo,  para capturar los factores ambientales complejos que afectan el crecimiento y el rendimiento de los cultivos.

Hoy, una revisión publicada en Global Change Biology  sintetiza 30 años de datos de FACE para comprender cómo la producción mundial de cultivos puede verse afectada por el aumento de los niveles de CO2 y otros factores. El estudio presagia un futuro menos optimista que la revisión anterior de los autores publicada hace 15 años en  New Phytologist .

“Es probable que existan soluciones genéticas, si la sociedad decide actuar en consecuencia, sin embargo, el tiempo es corto”, dice el coautor Stephen Long, catedrático de Ciencias de Cultivos y Biología Vegetal de la Universidad Ikenberry Endowed en la Universidad de Illinois.

“Es bastante impactante volver atrás y ver cuánto han aumentado las concentraciones de CO2 durante la vida útil de estos experimentos”, dice la coautora Lisa Ainsworth, fisióloga de plantas de investigación del Departamento de Agricultura de EE. UU., Servicio de Investigación Agrícola (USDA-ARS ). “Estamos alcanzando las concentraciones de algunos de los primeros tratamientos con CO2 hace 30 años. La idea de que podamos comprobar los resultados de algunos de los primeros experimentos FACE en la atmósfera actual es desconcertante “.

Las revisiones consideran dos grupos de plantas: la mayoría de los cultivos son C3 (incluida la soja, la yuca y el arroz), que son menos eficientes para convertir el CO2 y la luz en energía a través del proceso de fotosíntesis. Las plantas C4, como el maíz y la caña de azúcar, sobrealimentan la fotosíntesis al utilizar parte de la energía luminosa que reciben para concentrar CO2 en sus hojas, lo que las hace hasta un 60% más eficientes.

En los cultivos C3, el oxígeno inhibe la fotosíntesis, que disminuye al aumentar la concentración de CO2. Esta es la razón por la que muchos productores comerciales de invernadero aumentan los niveles de CO2 para impulsar la fotosíntesis y los rendimientos de tomates, pimientos, pepinos y otros cultivos de invernadero. Entonces, ¿el aumento de CO2 atmosférico, que estamos causando mediante el uso de combustibles fósiles y la deforestación, tendrá el mismo efecto?

Resultados

Como en su revisión anterior, pero esta vez con diez veces más estudios, los autores muestran que la elevación del CO2 a los niveles esperados para la segunda mitad de este siglo podría aumentar los rendimientos de los cultivos C3 en un 18% con los nutrientes y el agua adecuados.

“Entonces, ¿deberíamos anticipar una recompensa a medida que aumenta el CO2?” dice Long, que es miembro del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica. “Lamentablemente, no porque el aumento de CO2 sea la causa principal del cambio en el sistema climático global. El aumento de temperatura de 2 ° C anticipado, causado principalmente por este aumento de CO2, podría reducir a la mitad los rendimientos de algunos de nuestros principales cultivos, eliminando cualquier ganancia de CO2 “.

Si bien el CO2 aumentó los rendimientos, también provocó importantes pérdidas de calidad; muchos cultivos mostraron un menor contenido de proteínas y nutrientes minerales. Esta respuesta del rendimiento también es mucho menor en las condiciones de fertilización baja en nitrógeno, que es la situación de muchos agricultores en los países más pobres del mundo. De manera alarmante, lo que se ha hecho evidente desde la primera revisión es que nuestros principales cultivos alimentarios se vuelven considerablemente más vulnerables a las plagas y enfermedades con niveles más altos de CO2.

“Mucha gente ha supuesto que el aumento de CO2 es en gran medida algo bueno para los cultivos: asumir más CO2 hará que los bosques del mundo sean más verdes y aumentará el rendimiento de los cultivos”, dice Ainsworth. “Los estudios más recientes desafían un poco esa suposición. Descubrimos que cuando tiene otras situaciones de estrés, no siempre obtiene un beneficio de las elevadas emisiones de CO2 “.

En una nota más positiva, los autores muestran que existe suficiente variación genética dentro de nuestros principales cultivos para superar algunos de estos efectos negativos y capitalizar el beneficio de rendimiento de un mayor CO2.

“Donde falta la variación genética, existen algunas soluciones de bioingeniería con una ya demostrada para prevenir la pérdida de rendimiento cuando la temperatura se eleva con CO2”, dice Long. “Pero, dado el tiempo necesario para desarrollar nuevos cultivares, este potencial solo podría realizarse si empezamos ahora”.

Investigación futura

“Nos impulsa la motivación de prepararnos para el futuro e identificar las características que serán importantes para maximizar esta respuesta al CO2 mientras nos ocupamos de los aspectos del cambio global que pueden reducir los rendimientos”, dice Ainsworth. “Los últimos 15 años nos han enseñado a tener más en cuenta las complejas interacciones de otros factores como la sequía, la temperatura, los nutrientes y las plagas”.

Los investigadores deben explorar una variedad más amplia de cultivos y genotipos, así como diferentes prácticas de manejo, como la densidad de siembra, la labranza y los cultivos de cobertura, para encontrar otras soluciones que sean menos onerosas para el medio ambiente, dice Ainsworth.

Además, la comunidad FACE necesita una mayor accesibilidad a todos los resultados experimentales.

“No tenemos una base de datos formal de todos los resultados de FACE de las últimas dos décadas de investigación”, dice Ainsworth. “Existe la oportunidad de reunir toda la información en un solo lugar y hacerla abiertamente accesible para que todos la usen y alentar a más personas a usar los datos para pensar en soluciones”.

“La solución ideal será que reduzcamos drásticamente nuestra liberación de CO2 a la atmósfera y logremos rápidamente la neutralidad de carbono”, dice Long. “Pero también tenemos que contratar una póliza de seguro para que esto no se logre. Es decir, necesitamos generar y diseñar cultivos y sistemas preparados para el futuro que puedan ser sostenibles y nutritivos bajo los cambios combinados en la composición atmosférica y el clima para ayudar a alcanzar el objetivo del hambre cero ”.

Fuente Seed world