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El sorgo energético puede combinar lo mejor de los cultivos bioenergéticos anuales y perennes

El sorgo energético puede combinar lo mejor de los cultivos bioenergéticos anuales y perennes
La investigadora del CABBI, Caitlin Moore, de pie aquí en un campo de sorgo de Illinois, fue la autora principal de un estudio que encontró que el sorgo energético anual se comportaba más como miscanthus que como maíz en la forma en que capturaba la luz y usaba agua para producir abundante biomasa. El trabajo señala el potencial de la planta como cultivo bioenergético sostenible. Crédito: Centro de Innovación Avanzada en Bioenergía y Biocombustibles (CABBI)

Los pastos perennes grandes como el miscanto son un objetivo principal para su uso como cultivos bioenergéticos debido a sus ventajas de sostenibilidad, pero tardan varios años en establecerse y no son ideales para la rotación de cultivos. 


por Julie Wurth, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment


El maíz y otros cultivos anuales son más fáciles de manejar con la agricultura tradicional, pero son más duros con el medio ambiente.

El sorgo energético , una planta anual robusta con los beneficios ecológicos de una planta perenne, puede combinar lo mejor de ambos cultivos .

Un estudio realizado por investigadores del Centro de Innovación Avanzada de Bioenergía y Bioproductos (CABBI) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) encontró que el sorgo energético ( Sorghum bicolor ) se comporta más como miscanthus en la forma en que captura la luz de manera eficiente y utiliza agua para producir abundante biomasa. Tiene mayores emisiones de nitrógeno como el maíz, pero los investigadores creen que un manejo cuidadoso de los fertilizantes podría reducir esos niveles.

El estudio, publicado en Global Change Biology: Bioenergy , ofrece un primer vistazo importante a cómo se compara el sorgo energético con el maíz y el miscanto cultivados en el Medio Oeste, proporcionando datos críticos para los modelos biogeoquímicos y ecológicos utilizados para pronosticar el crecimiento, la productividad y la sostenibilidad de los cultivos. Fue dirigido por la ex Investigadora Postdoctoral CABBI Caitlin Moore y su asesor, Carl Bernacchi, Fisiólogo Vegetal del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU. Y Profesor Adjunto de Biología Vegetal y Ciencias de Cultivos en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (UIUC).

El sorgo parece ser un «cultivo intermedio», con un ciclo de crecimiento anual, pero la capacidad de usar mucha menos agua que el maíz para producir «una tonelada» de biomasa, dijo Moore, ahora investigador en la Escuela de la Universidad de Australia Occidental. de Agricultura y Medio Ambiente. «Ciertamente es prometedor como cultivo que respalda la economía de la bioenergía».

Los investigadores realizaron comparaciones a escala de ecosistema de los flujos de carbono, nitrógeno, agua y energía de Sorghum bicolor con maíz y Miscanthus x. giganteus en UIUC Energy Farm durante la temporada de cultivo 2018, un año cercano al promedio en términos de temperatura, lluvia y humedad del suelo . Los flujos reflejan «la respiración del ecosistema»: cómo el agua, el dióxido de carbono (CO 2 ), el nitrógeno (N) y la energía se mueven entre las plantas y la atmósfera, dijo Moore.

La sostenibilidad ecológica a largo plazo de los cultivos bioenergéticos depende de qué tan bien «respira» el sistema. Un cultivo ideal utilizaría el agua y la luz de manera eficiente para maximizar la cantidad de biomasa, mantener el carbono en el suelo en lugar de liberarlo a la atmósfera y requeriría poco fertilizante nitrogenado, que puede filtrarse al agua o reaccionar con el suelo para producir óxido nitroso (N2O ), un potente gas de efecto invernadero.

El sorgo energético puede combinar lo mejor de los cultivos bioenergéticos anuales y perennes
Arriba: Una torre de flujo en el campo de sorgo CABBI en 2018. Arriba: La investigadora de CABBI Caitlin Moore se encuentra frente a un campo de sorgo energético en Illinois. Crédito: Caitlin Moore, CABBI

El miscanthus y otras plantas perennes grandes ofrecen la mejor opción para la producción de biomasa y el secuestro de carbono, ya que cuentan con amplios sistemas subterráneos para almacenar carbono y nitrógeno y requieren menos fertilizantes que los cultivos anuales. Pero esos beneficios pueden anularse si el carbono y el nitrógeno se alteran a medida que la tierra se convierte para otros usos, como ocurre con la rotación de cultivos . Eso podría dificultar que los administradores de tierras roten entre cultivos de alimentos y combustibles para mantenerse al día con las demandas del mercado y, al mismo tiempo, maximizar el almacenamiento de carbono a largo plazo.

El maíz, por otro lado, es muy productivo pero requiere una gran cantidad de agua y nitrógeno, y pierde carbono almacenado en su ecosistema a través de la cosecha y la labranza.

El sorgo energético se sitúa en algún punto intermedio. Como anual, se puede rotar fácilmente con otros cultivos como la soja y el maíz. Es sensible al fotoperiodo, por lo que produce generosos rendimientos de biomasa al final de la temporada cuando se cultiva en regiones con días largos. Y debido a que es tolerante a la sequía, el sorgo energético se puede cultivar en regiones con pocas precipitaciones, lo que alivia la presión que una creciente industria de biocombustibles podría ejercer sobre la tierra existente utilizada para la producción de alimentos.

La pregunta, antes de este estudio, era si el sorgo energético se comportaba más como miscanthus o maíz, y qué significaba eso para el ecosistema. El equipo de CABBI utilizó torres de flujo de covarianza de remolinos y lecturas del suelo subterráneo para registrar datos sobre los ecosistemas de las plantas, desde la velocidad del viento y la turbulencia hasta la temperatura del aire, los gases atmosféricos, la humedad y la humedad del suelo. También midieron el intercambio de energía observando el «albedo», una medida de la reflectividad de la superficie. En el calor del verano, las plantas evapotranspiran, lo que libera humedad y exceso de energía en el aire; las hojas con alta reflectividad no absorben tanto calor y energía.

Los investigadores encontraron que durante la temporada alta de crecimiento en julio, cuando los tres cultivos estaban en su máximo potencial productivo, los flujos de carbono, agua y energía del ecosistema de sorgo eran más similares a los del ecosistema de miscanthus, mientras que los flujos de nitrógeno se parecían más maíz.

El maíz tuvo la productividad más alta pero también la evapotranspiración más alta, con la energía del sorgo y el miscanto más alineados. En general, el sorgo energético tuvo la mayor eficiencia en el uso del agua. El maíz fue el más eficiente para convertir la luz en biomasa a través de la fotosíntesis, con miscanthus en el extremo inferior y sorgo en el medio, probablemente porque las dos últimas plantas tienen copas frondosas y densas, mientras que el maíz se cultiva en filas para maximizar la penetración de la luz, dijo Moore.

El flujo de N2O fue mayor en el maíz y el sorgo energético en comparación con el miscanto. Los investigadores concluyeron que probablemente usaron demasiado fertilizante en el sorgo, a pesar de que recibió la mitad de la cantidad que el maíz . Las lluvias de junio que anegaron los campos de sorgo bajos podrían haber exacerbado las pérdidas de nitrógeno. Los científicos sospechan que el sorgo tiene una necesidad mucho menor de nitrógeno, similar al miscanthus.

Las observaciones continuas de los flujos de los tres cultivos serán un próximo paso importante para comparar sus respuestas a la sequía, las inundaciones y otros eventos climáticos extremos y evaluar las diferencias biogeoquímicas de un año a otro. Una comprensión detallada de la interacción entre el tipo de cultivo, el clima y la gestión será fundamental para pronosticar la sostenibilidad a largo plazo de estos cultivos bioenergéticos clave , que desempeñarán un papel importante para garantizar que EE. UU. Cumpla con los requisitos de bioenergía celulósica 2050 exigidos en la Ley de Energía. Ley de Independencia y Seguridad de 2007, según el estudio.

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