El cambio climático traerá nuevos desafíos para los agricultores a medida que cambien las zonas de cultivo, y prepararse para estos cambios es vital para la seguridad alimentaria futura en todo el mundo.
por Elaina Hancock, Universidad de Connecticut
Una nueva investigación de los investigadores Meijan Yang y el profesor Guiling Wang del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la UConn y del Centro de Ciencias e Ingeniería Ambientales sugiere que a medida que cambie el clima, veremos cambios en el rendimiento de los cultivos en una de las regiones de cultivo más productivas de los Estados Unidos. El estudio se publica en Sistemas Agrícolas .
La mayor parte de la producción de maíz y soja en Estados Unidos se concentra en una región del Medio Oeste conocida como Corn Belt. Con suelos ricos, junto con un avance constante de las tecnologías agrícolas durante los últimos dos siglos, el ritmo de aumento del rendimiento ha sido alto.
«Si nos fijamos en la tendencia a largo plazo, el rendimiento ha aumentado continuamente, excepto en años con fenómenos extremos como inundaciones o sequías. Por ejemplo, en 2012, las sequías extremas provocaron una enorme caída en el rendimiento y establecieron un récord para los precios de los alimentos. En Estados Unidos y otros lugares, esta tendencia de aumento del rendimiento se debe, por ejemplo, a la tecnología, el riego y las líneas de semillas mejoradas. La tendencia será diferente en el futuro a medida que cambie el clima», afirma Wang.
Los investigadores utilizaron un modelo basado en procesos llamado Sistema de Apoyo a la Decisión para la Transferencia de Agrotecnología para simular cómo los diferentes procesos fisiológicos de los cultivos responden a las condiciones ambientales como la cantidad de luz solar, precipitación, temperatura y humedad cada día durante la temporada de crecimiento bajo un clima determinado. . Luego, el modelo determina el rendimiento al final de la temporada de crecimiento de cada cultivo. Para evaluar el impacto del cambio climático, realizaron simulaciones de climas históricos y proyectados para el futuro.
Para la información climática, Wang explica que utilizaron datos reducidos y corregidos con sesgo para diez modelos en el CMIP5 (Fase 5 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados) de la base de datos MACA-2 (Análogos Construidos Adaptativos Multivariados), que proporciona una resolución fina (en 4 km) necesarios para evaluar los cambios locales en el clima.
Los investigadores encontraron un desplazamiento hacia el norte de las zonas de cultivo más productivas.
«Cuando analizamos la variabilidad del rendimiento en el pasado, los peores años son aquellos con sequía y olas de calor. Las dos tienden a ocurrir simultáneamente porque realmente se alimentan y se refuerzan mutuamente», dice Wang.
Estos factores combinados hacen que sea difícil atribuir la pérdida de rendimiento de los cultivos a un estrés específico basado en análisis estadísticos como en estudios anteriores, explica Wang, y aquí es donde entra en juego el poder del modelo basado en procesos porque tiene en cuenta los impactos de cada factor estresante. a nivel de proceso y puede dar una imagen clara de cómo múltiples factores estresantes actúan en conjunto para impactar los rendimientos.
«El uso de un modelo basado en procesos nos permite cuantificar qué parte del cambio de rendimiento proyectado proviene del estrés hídrico y cuánto proviene del estrés térmico y otros factores estresantes. Históricamente, la mayor parte del rendimiento en el cinturón del maíz está limitado por el estrés hídrico. «, dice Wang.
Los investigadores descubrieron que el rendimiento del maíz y la soja sigue estando limitado principalmente por el estrés hídrico hasta las décadas de 2040 y 2050; pero después de mediados de siglo, el calor se convierte en el principal factor estresante y limitante, algo a lo que los agricultores no han tenido que enfrentarse en el pasado.
«Este hallazgo tiene implicaciones para el mejoramiento de cultivos. En este momento, y en el corto plazo, los cultivos resistentes a la sequía son importantes, pero cuando miramos a largo plazo, necesitamos cultivos resistentes al calor», dice Wang.
Otro punto que señalaron los investigadores es que el maíz y la soja no siguen las mismas tendencias en rendimiento, debido a las diferencias en sus estrategias fotosintéticas y temperatura óptima. Algunas plantas se beneficiarán de los aumentos de CO 2 , mientras que otras alcanzarán un punto de saturación antes y recibirán poco o ningún beneficio del efecto de fertilización con CO 2 .
La soja es una especie vegetal que se beneficiará del aumento de CO 2 y de temperatura. Los modelos muestran, con un alto nivel de acuerdo, que el rendimiento de la soja se mantendrá en el nivel actual o aumentará a mediados de siglo, pero más adelante en el siglo, el acuerdo es menos seguro, y algunos muestran disminuciones significativas. Sin embargo, en última instancia, los impactos del estrés hídrico y térmico contrarrestarán el efecto de fertilización del CO 2 .
«Los dos cultivos muestran diferentes patrones de cambio. Se proyecta que el rendimiento de la soja aumentará a mediados de siglo con una expansión de la zona productiva hacia el norte, pero a finales de siglo comenzaremos a ver grandes disminuciones en los estados del sur y aumentos más pequeños en los estados del norte», dice Wang. «Con el maíz, tanto a mediados como a finales de siglo, habrá un desplazamiento hacia el norte en la zona de cultivo productivo».
Esto equivale a aproximadamente un 40% de reducción en el rendimiento del maíz para finales de siglo, y alrededor del 22% para la soja. Wang también dice que el traslado de la zona productiva a los estados del norte no es suficiente para compensar la pérdida de rendimiento del sur. Tampoco tiene en cuenta la viabilidad de los cambios de uso de la tierra necesarios para adaptarse al cambio en la zona de cultivo.
«A medida que el clima cambia, los agricultores no se quedarán cruzados de brazos y permitirán que esto suceda», afirma Wang. «Para la adaptación al clima, los cultivos resistentes al calor sin duda ayudarán. Otra estrategia es plantar los cultivos antes».
Los investigadores incluyeron este cambio en el tiempo de siembra en el experimento y descubrieron que la estrategia mitiga una fracción de los impactos negativos del cambio climático en algunos de los estados del sur, pero tampoco puede compensar completamente la pérdida de rendimiento. Otra estrategia es el riego para ayudar con el estrés hídrico, pero Wang dice que el problema más difícil de abordar es el estrés térmico.
«Seguiremos viendo algún aumento en el rendimiento, pero ese aumento se producirá a un ritmo mucho más lento de lo que estamos acostumbrados, porque el cambio climático compensará los aumentos de rendimiento generados por la tecnología», dice Wang . «Mirando al futuro, tendremos estos cambios en las zonas productivas, y eso significa que si queremos maximizar el sistema de producción, debe migrar con el clima . ¿Está la gente preparada para hacerlo?»
Más información: Meijian Yang et al, El estrés térmico amenazará la producción de cultivos en el cinturón de maíz de EE. UU. según proyecciones CMIP5 reducidas, Sistemas agrícolas (2023). DOI: 10.1016/j.agsy.2023.103746
