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El medio oeste de Estados Unidos alimentará a un mundo que se calienta. ¿Pero por cuánto tiempo?
El aumento de las temperaturas pondrá en peligro el cinturón de maíz de EE. UU., una fuente clave de calorías para la creciente población mundial.
24 de abril de 2019
Foto de plantas de maíz cultivadas en interiores kathryn apuesta
Es una gélida mañana de marzo en Ames, Iowa, y los extensos campos de maíz en las afueras de la ciudad están enterrados bajo unos cinco centímetros de hielo y nieve. Pero hace calor y humedad dentro de las cámaras de cultivo hechas a la medida en el campus de la Universidad Estatal de Iowa.
Luces cegadoramente brillantes caían sobre un trío de cuadrados, cada uno con cerca de 7,000 libras (3,175 kilogramos) de tierra, hundidos cinco pies (1,5 metros) en el suelo. El constante batir de los ventiladores, que garantiza la circulación del aire y temperaturas uniformes en toda la habitación, resuena en las paredes. Cada pocas pulgadas, un conjunto de termómetros infrarrojos y sensores de humedad rastrean los microclimas que rodean las hojas de las plantas.
Esta historia fue parte de nuestra edición de mayo de 2019
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Dentro de estas cámaras de crecimiento, está el futuro. Y a Jerry Hatfield, un afable agrónomo que dirige el Laboratorio Nacional de Agricultura y Medio Ambiente del Departamento de Agricultura de EE. UU., no le gusta lo que ve.
O vamos a cambiar los cultivos que producimos o vamos a tener que pensar en cómo manipulamos genéticamente esa planta para que tenga una mayor tolerancia a temperaturas más altas.
Hace tres años, Hatfield usó las cámaras de crecimiento para averiguar cómo se desempeñarían los cultivos locales bajo las temperaturas previstas para la región en 2100, que se espera que aumenten aproximadamente 4 °C en promedio, o alrededor de 7,2 °F. Simuló una temporada de cultivo, del 1 de abril al 30 de octubre, para tres variedades diferentes de maíz utilizadas por los agricultores de la zona. En una cámara, Hatfield inició la temperatura en alrededor de 50 °F (10 °C) para imitar las condiciones de principios de abril, la elevó muy por encima de los 100 °F (38 °C) para simular los calurosos días de verano (hasta 114 °F). F en la cámara con condiciones 2100), y luego lo volvió a bajar para el otoño. En una segunda cámara, simuló las normas climáticas más frías actuales de la región.
Las diferencias entre las plantas en las dos cámaras eran marcadas. Si bien las hojas se veían iguales, el impacto de esos 7.2 °F adicionales fue mucho peor de lo proyectado incluso por la literatura científica más pesimista. La cantidad de granos de maíz por planta se desplomó, en algunos casos en un 84%. Algunas plantas no produjeron granos en absoluto.
Dentro de cámaras de crecimiento como esta, las plantas se cultivarán en condiciones simuladas. kathryn apuesta
Fue solo el primero de una serie de resultados alarmantes. En los meses que siguieron, Hatfield y sus colegas simularon el aumento de las temperaturas y la alteración de los patrones de lluvia que se esperaba que azotaran los campos de trigo de Salina, Kansas, tan pronto como en 2050. Los rendimientos cayeron hasta un 30 % con poca precipitación y hasta un 70 % con la combinación de altas temperaturas y bajas precipitaciones esperadas en las próximas décadas.
Hasta la fecha, ha sido relativamente fácil para los agricultores estadounidenses ignorar el cambio climático. Después de todo, según los modelos más optimistas, se espera que los rendimientos estadounidenses proyectados para el maíz y la soja, que se cultivan en el 75 % de la tierra cultivable del Medio Oeste, aumenten hasta 2050, gracias al clima más cálido que beneficiará a las regiones relativamente frías del norte. climas Pero después de eso, si Hatfield tiene razón, los rendimientos caerán por un precipicio, devastando a los agricultores y dejando a gran parte del mundo con más hambre.
Para 2050, se espera que la población mundial crezca a 9.700 millones. Dado que el nivel de vida y las dietas también mejoran en todo el mundo, la producción de alimentos tendrá que aumentar en un 50 % en un momento en que el cambio climático ayudará a que tanto el África subsahariana como el este de Asia no puedan satisfacer sus propias necesidades sin importaciones. El maíz y la soja de EE. UU. ya representan el 17% de la producción calórica mundial. La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación proyecta que las exportaciones estadounidenses de maíz casi deben triplicarse para 2050 para cubrir el déficit, mientras que las exportaciones estadounidenses de soja tendrían que aumentar en más del 50%. Toda esta comida adicional tiene que ser cultivada sin usar una cantidad significativamente mayor de tierra. Eso significa que todo se tratará del rendimiento: la productividad del cultivo.
Y eso es lo que tiene tan preocupado a Hatfield. Un creciente cuerpo de literatura científica sugiere que es probable que el cambio climático diezme los rendimientos a menos que podamos encontrar nuevas formas de ayudar a las plantas a hacer frente a las sequías, las grandes fluctuaciones de temperatura y otros climas extremos que probablemente se volverán comunes en las próximas décadas.
Si no se hace algo, veremos grandes caídas en la producción en grandes áreas del cinturón de maíz y Great Plains, dice Hatfield. O vamos a cambiar los cultivos que producimos o vamos a tener que pensar en cómo manipulamos genéticamente esa planta para que tenga una mayor tolerancia a temperaturas más altas.
El fin de Ricitos de oro
Hay, por supuesto, un tono familiar en las terribles predicciones. Los líderes mundiales a principios de la década de 1970 estaban tan preocupados de que el aumento de la población, el aumento de la contaminación y el aumento de los precios de los alimentos crearan una crisis alimentaria aguda para los albores del siglo XXI que la ONU convocó una conferencia en Roma. El tiempo apremia, declararon los estados miembros después de la conferencia, en 1975. La acción urgente y sostenida es vital.
Sin embargo, en los años que siguieron, los cultivos de alto rendimiento, un uso más amplio del riego, la mecanización agrícola y la introducción de fertilizantes y pesticidas sintéticos condujeron a una Revolución Verde, aumentando drásticamente la producción agrícola en muchos lugares del mundo.
Ahora el ritmo de crecimiento ha comenzado a disminuir. El agua escasea en muchas áreas, lo que limita una mayor expansión del riego. Y es difícil imaginar usar aún más fertilizantes y pesticidas. Ya es una pregunta abierta si podremos seguir inventando estas nuevas tecnologías y prácticas de gestión que permitan que la productividad supere la demanda, dice Marshall Burke, un economista de Stanford que se enfoca en el cambio climático. Pero el clima seguramente lo hará mucho más difícil.
Además, el calentamiento global ya está haciendo sentir sus efectos. En 2011, el economista de la Universidad de Columbia Wolfram Schlenker y el ecologista de Stanford David Lobell analizaron lo que sucedió con el rendimiento de los cultivos a medida que aumentaban las temperaturas entre 1980 y 2008. Descubrieron que la producción mundial de maíz (excluido EE. UU.) cayó un 3,8% y la producción de trigo cayó un 5,5% en relación con lo que hubiera sido de otro modo. El aumento de días y noches calurosos explica aproximadamente la mitad de todas las variaciones en el rendimiento del maíz. Las temperaturas más altas ayudan hasta cierto punto, entre aproximadamente 50 °F y 84 °F, pero más calientes que eso y los rendimientos caen en picado.
Para tener una idea de lo que todo esto podría hacer con los precios mundiales de los alimentos, Schlenker sugiere mirar lo que sucedió en 2012, la última vez que el Medio Oeste de Estados Unidos experimentó un verano con temperaturas comparables a las que los climatólogos proyectan que se convertirán en la norma para fines de siglo. . La producción de maíz de la región cayó un 25% y la soja un 10%. Eso constituye una caída del 4% al 5% en la producción calórica global total, condiciones bajo las cuales podemos esperar que los precios de los alimentos aumenten hasta en un 30%, dice.
Las plantas en la cámara serán monitoreadas de cerca por un conjunto de sensores. Los científicos del USDA miden el rendimiento de cada planta en las diversas condiciones. kathryn apuesta
Sin embargo, a pesar de algunos años tan malos, los agricultores del medio oeste han disfrutado de un aumento de la productividad durante décadas, enmascarando las preocupaciones sobre el futuro. Existe una zona de Ricitos de Oro para la temperatura, la humedad y las precipitaciones, y el cambio climático, en su mayor parte, ha empujado a la mitad de los Estados Unidos aún más hacia ella, dice Gene Takle, exdirector del programa de ciencias climáticas del estado de Iowa. El mayor cambio en Iowa hasta la fecha ha sido el aumento de las precipitaciones en abril, mayo y junio: casi un 25 % en las últimas tres décadas. Esta lluvia adicional, causada por la interacción de los patrones de viento con el calentamiento de las aguas en el Golfo de México, ha obligado a los agricultores a gastar más dinero en tejas de drenaje y similares para adaptarse, y ha cambiado la temporada de siembra. Pero el resultado combinado de los avances tecnológicos y un clima más favorable es que los rendimientos han aumentado un 28 % en todo el Medio Oeste. Hay bastante acuerdo en que el cambio climático ha sido favorable para la agricultura hasta este punto, dice Takle.
Sin embargo, estas tendencias se invertirán; donde los expertos no están de acuerdo es precisamente en cuándo. Takle cita un modelo que muestra que la tendencia positiva en la productividad se revertirá en 2035, anulando todas las ganancias observadas desde 1981. Y los rendimientos solo seguirán cayendo a partir de ahí. Estamos en la cúspide en este momento, dice.
En un día reciente, empujó una hoja de papel sobre una mesa. Estaba lleno de gráficos coloridos y viñetas que detallaban el impacto del cambio climático hasta la fecha en la agricultura local, con los aspectos positivos en verde y los negativos en rojo. Entre los puntos rojos: más plagas sobrevivieron al invierno y el suelo anegado redujo la cantidad de días que los agricultores podían trabajar en los campos. (En 2013, el noroeste de Iowa tenía 700 000 acres (283 000 hectáreas) que no se podían plantar por ese motivo). Pero también había mucho verde.
Luego pasó la página para mostrar cómo se verían las cosas en 2050. No había verde en esta página, solo una larga lista de rojo. Las intensas lluvias de primavera dificultarán el trabajo de campo al principio de la temporada, espera Takle. Habrá más inundaciones; el día más cálido será 7 °F más caluroso. Cada dos años habrá al menos un período de cinco días en el que el calor extremo hará que la polinización del maíz y la soja falle y que el crecimiento vegetativo se detenga.
Tenemos muchos problemas en el futuro, dice.
Nueva genética
El trabajo de Hatfield, el agrónomo del USDA, es monitorear el impacto de las condiciones ambientales en los agricultores del país e identificar posibles soluciones. Sentado en su oficina en un día reciente, marcó una larga lista de preocupaciones. La chinche apestosa marrón marmórea apareció en los EE. UU. a fines de la década de 1990 y, a medida que aumenten las temperaturas durante los próximos 30 años, su rango se expandirá hasta Canadá, dañando una amplia gama de cultivos. El amaranto Palmer, una maleza resistente a los herbicidas que vive en microclimas particulares y que hasta ahora ha amenazado principalmente los cultivos de soja y algodón en el sur, también se extenderá hacia el norte y se volverá omnipresente.
Luego está el aumento de la salinidad del suelo en Dakota del Norte y del Sur, que podría sacar de rotación importantes extensiones de tierra en menos de una década si las tendencias actuales continúan sin disminuir. El problema es que, gracias al clima cambiante y los incentivos financieros cambiantes, los agricultores de las Dakotas que tradicionalmente han cultivado trigo, remolacha azucarera, heno y canola en rotación, están cambiando cada vez más a maíz y soja. Pero los nuevos cultivos no se adaptan bien a las primeras primaveras húmedas de las Dakotas, lo que permite que el nivel freático se eleve y se evapore, dejando sal que daña el suelo.
La mayor preocupación es qué hará el cambio climático con el rendimiento de los cultivos en el granero de Estados Unidos en las próximas décadas. Hatfield se ha convencido de que ninguna corrección de política o cambio en las prácticas de manejo por sí solo será suficiente para superar los límites naturales de las plantas y los extremos climáticos que se avecinan. Por eso ha decidido apostar por la genética avanzada.
En los próximos meses, Hatfield planea repetir su experimento simulando futuras temporadas de cultivo. Pero esta vez examinará precisamente cómo las condiciones afectan qué genes se activan y desactivan en el maíz y el trigo. La esperanza es identificar formas de controlar estos interruptores de nivel molecular para ayudar a las plantas a adaptarse a las condiciones que enfrentarán.
Es temprano para el trabajo en maíz, trigo y soja. Pero en otros cultivos, los mejoradores han identificado adaptaciones y las han aprovechado para resolver los desafíos que plantea el cambio climático. Algunos de los más exitosos se han visto en las áreas de cultivo de arroz del mundo.
El arroz puede tolerar un cierto grado de inundación; de hecho, puede beneficiarse, porque la inundación puede matar las malas hierbas. Siempre que los tallos de arroz estén parcialmente por encima del agua, las plantas pueden absorber el aire que necesitan. Pero si la parte superior de las plantas se sumerge, pueden asfixiarse.
¿Quieres comer en el futuro? Eso es lo que está en juego. Pero vamos a tener que resolverlo, porque no tenemos otra opción.
En 2006, los investigadores clonaron un gen llamado Sub1 en una variedad local de arroz del sur de Asia. El gen confiere tolerancia a la inmersión en el arroz. Cuando la planta está bajo el agua, el gen se enciende y pone a la planta en animación suspendida. El gen se apaga tan pronto como la parte superior del brote de arroz vuelve a estar sobre el agua. A diferencia de algunos rasgos que aumentan la tolerancia al estrés, el Sub1 El gen no parece reducir significativamente los rendimientos cuando no hay inundaciones, y cuando las hay, la planta vuelve a crecer con más vigor después, dice Susan McCouch, profesora de fitomejoramiento y genética en la Universidad de Cornell.
En 2009, el Instituto Internacional de Investigación del Arroz diseñó el rasgo en ocho variedades de arroz y comenzó a distribuirlas a los agricultores. Ahora lo utilizan 10 millones de agricultores, en unas 10 millones de hectáreas de tierra.
kathryn apuesta
¿Querer comer?
Aunque todavía no se ha encontrado nada comparable a la resistencia al agua en el arroz para el maíz, las empresas comerciales de semillas han estado cultivando cepas resistentes a la sequía durante más de una década. Robert Reiter, director de I+D de la división de ciencia de cultivos de Bayer, explica cómo la empresa busca razas resistentes. Primero, digitaliza la información de la secuencia de ADN y cataloga los rasgos conocidos de varios millones de líneas de plantas. Usando los datos, luego entrena algoritmos de aprendizaje automático para detectar millones de otras cepas en busca de rasgos útiles.
Por ejemplo, Bayer ha mejorado rasgos recogidos de cepas tolerantes al calor y resistentes a la sequía en México en cepas de alto rendimiento adaptadas al mercado estadounidense. Reiter dice que durante una sequía de 2012 en el medio oeste de los EE. UU., los rendimientos fueron más del doble que en 1988, la última vez que se produjo una sequía de gravedad comparable.
Pero el enfoque tiene sus límites. Las plantas solo pueden tolerar un cierto nivel de estrés, y el tiempo es un factor importante, dice. Si tiene temperaturas extremadamente altas durante el proceso de floración, verá algún impacto en el rendimiento... Lo que podemos hacer es tratar de minimizar el impacto.
Hatfield espera superar algunas de estas limitaciones mediante la simulación de futuras condiciones de crecimiento. Espera que tales simulaciones puedan ayudar a identificar vías genéticas desconocidas que las plantas podrían usar para adaptarse a cambios futuros en el clima y las condiciones de crecimiento.
Es un rompecabezas complejo en el que solo hemos comenzado a trabajar. Y Hatfield señala que es difícil dar cuenta de la combinación de factores que probablemente enfrentarán los agricultores del Medio Oeste, incluidos los cambios en los patrones de precipitación, el calor extremo, los cambios dramáticos en el clima, una gran cantidad de nuevas plagas y quizás desafíos que aún no hemos anticipado. Pero tiene claro por qué lo está haciendo.
¿Quieres comer en el futuro? él dice. Eso es lo que está en juego. Pero vamos a tener que resolverlo, porque no tenemos otra opción.