El 15 de noviembre de 2022 nació la persona número 8 mil millones del planeta. Con las preocupaciones sobre la seguridad alimentaria en aumento, los expertos preguntan: ¿Cómo alimentaremos a todos?
por Caitlin Dawson, Universidad del Sur de California
El cambio climático, el agotamiento de los recursos naturales, la erosión del suelo y el uso de combustibles fósiles en la agricultura hacen que la tarea sea aún más desafiante. Tenemos que hacer algo diferente, pero ¿qué?
Barath Raghavan, profesor asociado de informática en USC Viterbi, está repensando las prácticas agrícolas tradicionales mediante el desarrollo de herramientas informáticas para ayudar a los agricultores a diseñar, desarrollar y gestionar métodos agrícolas sostenibles. Raghavan, miembro de la organización California Rare Fruit Growers, actualmente cultiva más de 150 plantas comestibles diferentes en su jardín. Hace una década, comenzó a combinar sus intereses investigando cómo la informática podría hacer que la agricultura fuera más sostenible.
Raghavan llama a esta nueva área de investigación “agroecología computacional”, que une la tecnología y la experiencia agrícola para desarrollar diversos paisajes agrícolas basados en ecosistemas naturales . Desde la selección de cultivos hasta la siembra y el riego, el método permite a los agricultores explorar miles de diseños potenciales diferentes para optimizar la producción de alimentos sin pesticidas derivados de combustibles fósiles.
“¿Cómo podemos diseñar un ecosistema que sea tan productivo y sostenible como un bosque natural, pero en lugar de producir alimentos para la vida silvestre, esté produciendo alimentos para las personas?” dijo Raghavan.
“Es un problema increíblemente difícil porque diseñar un ecosistema es un sistema natural, dinámico y supercomplejo. Estamos tratando de crear herramientas informáticas que puedan descubrir cómo funcionan los ecosistemas, para que podamos cultivar alimentos en abundancia y de manera sostenible”.
‘Una forma totalmente nueva de pensar en la agricultura’
En un nuevo artículo publicado en PNAS Nexus el 16 de marzo, Raghavan y sus colegas proponen “una forma totalmente nueva de pensar sobre la agricultura y los beneficios que puede tener para la investigación y la agricultura”, dijo Raghavan.
En este estudio, los investigadores reconceptualizan la agricultura como una búsqueda a través de un “espacio de estado”, que representa todas las configuraciones posibles de un sistema, en este contexto, tierra agrícola .
Para comprender mejor el concepto de espacio de estado, imagina una caja de bloques: cada bloque puede ser rojo, azul o amarillo. El espacio de estado consistiría en todas las formas posibles de organizar estos bloques, como todo rojo, azul o verde, o una combinación de los tres colores.
De la misma manera, un espacio de estado para un sistema agrícola puede constar de todas las variables posibles que el sistema puede tomar, como cultivo o tipo de suelo , condiciones climáticas, riego, fertilización o control de plagas.
Esto permite que los investigadores agrícolas y los agricultores exploren los diferentes caminos y estrategias disponibles, tomando diferentes “bloques” o variables y colocándolos juntos para ver qué funciona; esencialmente, una “caja de arena” agrícola para determinar las configuraciones óptimas para aumentar el rendimiento de los cultivos, mejorar la sostenibilidad y descubrir combinaciones completamente nuevas de cultivos que crecen bien juntos.
Por ejemplo, el marco permite el análisis y el aprendizaje automático que podrían permitir a los investigadores analizar los patrones entre el rendimiento de los cultivos y el contenido de humedad del suelo o simular el cultivo de diferentes tipos de cultivos juntos para la biodiversidad.
“Una vez que podemos concebir una granja de esta manera, podemos replantear muchas preguntas de investigación y planificación agrícola como una búsqueda a través del espacio de todos los estados posibles en los que la granja podría terminar, con ciertos estados que son más deseables que otros”. dijo Raghavan.
“Esto nos permite comparar y contrastar diferentes enfoques de cultivo, explorar y combinar técnicas, y luego buscar en el espacio de estado en simulación nuevas técnicas de cultivo que nunca antes se habían probado y donde el ensayo y error en el mundo real sería demasiado costoso. y requiere mucho tiempo”.
‘Jugando una partida de ajedrez con la naturaleza’
Por ejemplo, en el sur de California, los agricultores descubrieron recientemente que el café de alta calidad puede crecer abundantemente entre los árboles de aguacate. Pero descubrir la manera correcta de hacerlo, y tal vez incluso agregar otro par de cultivos que funcionen bien juntos, es específico del sitio.
“Cada agricultor no tiene el tiempo o la capacidad de hacer prueba y error durante años para descubrir la forma correcta de cultivar media docena de cultivos en su tierra”, dijo Raghavan.
“En cambio, con el marco conceptual y eventualmente el marco de software de los espacios de estado, un agricultor podría especificar un objetivo, como una cosecha diversificada con alto rendimiento y posible alta ganancia para un terreno específico, y hacer que el sistema explore el espacio de estado y producir posibles mezclas de plantas, ubicación y técnicas de manejo que cumplan con los criterios del agricultor”.
Raghavan compara el proceso con “jugar un juego de ajedrez con la naturaleza, pero que sea tanto competitivo como colaborativo”.
“Estás haciendo movimientos en el tablero de ajedrez, que es tu tierra, y la naturaleza también está haciendo movimientos. Las plagas se comerán un cultivo; una inundación dañará otro. Lo que estamos construyendo es un marco computacional que te permite explore todas las diferentes formas en que podría ‘jugar’ este juego de ajedrez con la naturaleza para que podamos encontrar la mejor para su tierra”.
El equipo ahora está trabajando en posibles casos de uso con investigadores y agricultores para incorporar casos de uso específicos y desarrollar software que pueda facilitar la simulación y exploración de espacios de estado.
Más información: Bryan Runck et al, State Spaces for Agriculture: A Meta-systematic Design Automation Framework, PNAS Nexus (2023). DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad084
