1. CAMBIO CLIMÁTICO Y AGRICULTURA SUSTENTABLE Dr. Erick Zagal Departamento de Suelos y Recursos Naturales

2. Introducción. Elementos claves del dilema Crecimiento de la población mundial Emisiones de gases de efecto invernadero y cambio climático Agricultura (agro-ecosistemas) productiva y sustentable Producción segura de alimentos (seguridad alimentaria). Calidad e inocuidad.

3. Crecimiento de la población mundial En las próximas décadas (año 2050) la población mundial actual de 6.5 billones aumentará a 9 billones de personas (FAO, 2008) y por sobre 10 billones hacia el año 2100 (UNDP, 2010). Esto significa que la demanda por alimentos aumentará en un 70%. Por lo tanto, en un período equivalente a 40 años, deberemos incrementar el rendimiento anual de los cereales básicos (arroz, maíz, trigo), en forma sostenida y equivalente a 1.75% del actual promedio de rendimiento.

4. (Cassman et al., 2011)

5. El aumento de la producción de alimentos  Tasas lineares de incremento de rendimiento significan que las tasas relativas de ganancia en rendimiento están disminuyendo, esto porque los rendimientos promedios están aumentando, mientras que el incremento absoluto de rendimiento permanece constante  Por ejemplo en el año 1966, el promedio global era 2.260 kg ha -1, mientras que la tasa de incremento era ≈63 kg ha -1 (tasas relativa de incremento 2.8%). Al año 2006 el promedio global fue 4.760 kg ha -1, lo que significa que la tasa relativa ha caído a 1.3% (estaría en el límite de lo que se necesita para responder a la demanda futura de alimentos).

6. El aumento de la producción de alimentos  La producción de alimentos se puede aumentar expandiendo el área de cultivo; o intensificando y sosteniendo la producción en suelos de buena calidad, y sin apropiarse y degradar más suelos marginales.  Es necesario asumir actualmente que los primeros ya han sido incorporados a la producción y por lo tanto el cambio del uso del suelo de ecosistemas naturales ricos en C (ej. praderas, bosques) solo generará más GEI.  Esto implica el uso de cultivos y variedades de alto rendimiento, y un manejo del suelo y agronómico diseñado a optimizar las condiciones de crecimiento.

7. (Cassman et al., 2011)

8. El aumento de la producción de alimentos  El área de cultivo de los cereales ha disminuido desde 1980 a una tasa anual de 1.8 Mha. El incremento del área de trigo, maíz y arroz se produce a expensas de otros cereales.  Adicionalmente se pueden perder cerca de 100 Mha (7% del área agrícola actual) hacia el año 2030, por conversión a uso no agrícola (FAO, 2002).  Además tendencias globales en rendimiento enmascaran tendencias emergentes al nivel nacional (Ej. Rendimientos alcanzando tasa cero de incremento)

10. Cambio climático y rendimiento en cereales Easterling et al (2007) evaluaron la sensibilidad del rendimiento en cereales, resumiendo resultados de simulaciones de cultivos como el maíz, trigo y arroz, en muchas localidades y diferentes escenarios de temperatura, CO2 y precipitación. El estudio incluye casos con y sin prácticas de manejo de adaptación al cambio climático (ej. fecha temprana o tardía de siembra, cultivares con diferencias en la maduración, corta v/s larga, otros).

15. Cambio climático y rendimiento en cereales El estudio demuestra: Existe una enorme variabilidad en la respuesta (rendimiento) al incremento de T (valores + y – para todas la regiones, cultivos, y con o sin prácticas agronómicas de adaptación). Una consistente disminución en los rendimientos fue coherente solo en ambientes de baja latitud y cuando las simulaciones no incluyeron prácticas de manejo de adaptación El manejo de adaptación en los cultivos, reduce, y algunas veces, elimina los efectos proyectados en el rendimiento a causa del cambio climático.

16. Estrategias de mitigación Las emisiones anuales a nivel global de N 2 O son alrededor de 2.8 GtCO 2 -eq año -1 y aquellas de CH 4 cerca de 3.3 GtCO 2 -eq año -1 (60% y 50% del total global de emisiones antropogénicas respectivamente). Ver Figura (no incluye emisiones de CO 2 por deforestación u otro cambio de uso del suelo. En el sector forestal; contribuye por sobre un 17% de las emisiones globales de GEI

18. Estrategias de mitigación Cambio del uso del suelo Pérdida global acumulada de aprox. 200 Gt C Estimaciones actuales de esta fuente de emisiones: ≈ 1.6 Gt C / año Principales emisiones en el trópico (tala forestal)

19. Estrategias de mitigación Las estrategias de mitigación son numerosas (Wolfe, 2013). Muchas de ellas son costo neutrales o podrían potencialmente aumentar ganancias en el predio, en tanto que benefician el medio ambiente y aumentan la resiliencia al cambio climático. Muchas de ellas implican un aumento en el secuestro de C, lo cual no solo juega un rol importante en la mitigación al cambio climático sino que también mejoran la calidad del suelo, productividad de los cultivos y la resiliencia al cambio climático. En particular, el aumento en la eficiencia de uso del N, puede tener un impacto muy relevante en la reducción de la producción de los fertilizantes-N (cuando el maiz, trigo y arroz, ocupan cerca del 50% manufacturado)

20. Estrategias de mitigación

24. Smith et al (2007) estimó el potencial global de mitigación del manejo en suelos agrícolas, hacia el año 2030 de los 3 gases en 760-830 MtCO 2 -eq año -1, con un adicional del cultivo del arroz de 160-190 MtCO 2 -eq año -1, (rango basado en diferentes escenarios económicos y relacionado a futuro valores de mercado del C).

26. Estrategias de adaptación La adaptación es necesaria para asegurar la productividad agrícola y aumentar la resiliencia a la variabilidad climática La estrategia debe estar orientada a un manejo del suelo y agronómico específico para una cambio climático dado (las incertidumbres existentes en los actuales modelos de predicción atentan en contra de su logro).

28. Estrategias de adaptación Un análisis de 69 estudios publicados de modelación (Easterling, 2007), encontró que la efectividad de adaptación como las estrategias descritas en la Tabla variaba a través de las regiones y la magnitud del calentamiento. En promedio demostraba cerca de un 10% de beneficio en rendimiento comparado a rendimientos sin adaptación.

29. Agricultura de conservación (CA) La CA es un ejemplo de la posible sinergia entre soluciones agronómicas de adaptación y mitigación al cambio climático; y la protección del medio ambiente, desarrollo sustentable y bienestar personal. Con una base ecológica, busca conservar los recursos suelo, agua y nutrientes al interior del predio mientras mantiene rendimientos y calidad Típicamente incluye, mínima labranza, mantiene vegetación sobre el suelo todo el año, diversifica las rotaciones de cultivo, reincorpora los residuos, y el uso de compost, estiércoles u otras enmiendas orgánicas.

30. Agricultura de conservación (CA) Todas estas prácticas tienden a mantener o construir MO en el suelo, lo que tiene efectos positivos en los servicios del ecosistema, atribuibles a la calidad del suelo, tales como productividad de los cultivos, mejora en el ciclo de nutrientes y agua, actividad microbiana y drenaje. Las prácticas en CA pueden incrementar la resiliencia al cambio climático (ej. mejor WHC del suelo, sistemas de cultivos más diversos), aumentar el secuestro de C en el suelo y biomasa, y reducir los requerimientos de fertilizantes-N y otros insumos, contribuyendo así a la mitigación del cambio climático.

31. Mitigación de GEI y secuestro de C El secuestro de C en el suelo, es la diferencia neta de flujos de entrada y salida en éste al largo plazo. Dos condiciones debieran cumplirse para que éste ocurra: La entrada de C no debe descomponerse rápido vía organismos heterótrofos (emisión a la atmósfera). La adición de C no debiera ‘gatillar’ la degradación de grandes cantidades C nativo (pre-existente) y por lo tanto emisión a la atmósfera; por ej. efecto ‘priming’. Para que el secuestro de C en suelos agrícolas, contribuya a la mitigación del cambio climático, cambios en la práctica de manejo, deben directa o indirectamente, afectar una transferencia neta de C desde CO 2 atmosférico al ‘stock’ (almacenamiento/reserva) de C terrestre (vía vegetación o suelo).

32. Mitigación de GEI y secuestro de C Limitaciones generales al secuestro de C por el suelo. La baja tasa de conversión del C contenido en los residuos a COS (≈ 13% en promedio, según varios estudios). La cantidad de C que puede ser secuestrada en COS es limitada (no es infinita). El incremento neto anual disminuye en la medida que el suelo se acerca a un nuevo equilibrio. Ver Tabla. El proceso es reversible. Si la práctica de manejo que incrementa el stock de C en el suelo termina, C será liberado desde el suelo. La adición de MO (enmiendas orgánicas ) para una mejora de las condiciones de producción de cultivos debe optimizar la sincronía demanda-suplemento (incremento en la eficiencia de uso del nutriente; disminución de pérdidas y así aumento en la sustentabilidad del ecosistema).

34. Mitigación de gases y secuestro de C La agricultura convencional y la cero labranza Revisiones recientes comparando los dos manejos, muestran pequeñas diferencias en el C orgánico del suelo (COS), especialmente si se consideran las variaciones en profundidad y densidad aparente (especialmente en climas temperados; el efecto podría ser mayor en climas tropicales). Más que un verdadero aumento se sostiene que existiría una distribución en profundidad más que un aumento en la cantidad de C total. La figura muestra que COS fue mayor en cero labranza a los 0-5 y 5-10 cm; pero que a 0-35 cm éste fue similar en los dos sistemas.

36. Mitigación de GEI y la cero labranza Una complicación extra cuando se evalúa este manejo del suelo y su efecto en el secuestro de C y mitigación del cambio climático, es el impacto que estas prácticas tienen en las emisiones de óxido nitroso (N 2 O) Los resultados son controversiales y muestran aumentos, disminuciones, o no efectos en las emisiones de N 2 O bajo cero labranza. Un factor clave controlando estas emisiones es el estado de aireación del suelo; así el impacto podría ser sitio- región específico; aspecto que en un marco de potencial de calentamiento global, tiene que ser considerado porque emisiones, aunque pequeñas de N 2 O, pueden contrarrestar aumentos en el secuestro de C por los suelos, al menos en el corto plazo. Ver Figura.

39. La mitigación de GEI y la cero labranza De esta forma la adopción de CL y su efecto en la emisión de N 2 O podría depender de la región. Regiones sub-húmeda fría y árida, tendrían emisiones iguales o menores a las generadas por la LT. Por el contrario en regiones húmedas la emisión de N 2 O, las emisiones podrían ser iguales o mayores a las generada en LT. Ver Figura.

41. Secuestro de C y cambio climático Desde el punto de vista de mitigación al cambio climático, el foco debiera estar en revertir la tendencia de convertir praderas y bosques a tierra agrícola; y drenar humedales. Sería más beneficioso que cuantificar pequeños y a veces dudosos incrementos de C en el suelo, a través de cambios en prácticas agrícolas. Por otro lado, estrategias para aumentar la eficiencia del uso del N por los cultivos, podrían ser más significantes para la mitigación del cambio climático que pequeños aumentos en el stock de C del suelo (implicaría por ejemplo, menores emisiones de GEI de su fabricación, su aplicación y fuentes indirectas).

42. AGRICULTURA SUSTENTABLE

43. Componentes críticos de los agro-ecosistemas Biodiversidad (planta, insecto, microorganismos) Mejoramiento de cultivares para condiciones de estrés. Manejo del suelo y nutrientes. Materia orgánica del suelo. Estabilidad/conservación estructural del suelo Manejo del agua (en escasez o exceso) Monitoreo mejorado y control de pestes, patógenos y malezas.

44. AGRICULTURA SUSTENTABLE

45. Agricultura sustentable Producción de cultivos y ganado se adapta a condiciones de cambio climático, porque se diseña para minimizar la degradación del suelo y ecosistema Agricultura de conservación (mínima, zero) Conservación del suelo y agua, y biodiversidad Manejo integrado de plagas (incluyendo control biológico) Mejoramiento de la estabilidad del suelo y su fertilidad (aumento de la materia orgánica del suelo) Uso eficiente del agua y los nutrientes. Agroforestería. Intercropping (‘cultivos intercalados’)

46. Algunas consideraciones futuras (Cassman et al., 2011) La tasa de ganancia relativa del rendimiento de los mayores cultivos a nivel global debe aumentarse por sobre el 1.3% para suplir la demanda por la población La tasa cero de incremento que se alcanza en algunos países (promedios nacionales) exacerba el problema. Evidencias preliminares sugieren que esta condición se produce a rendimientos entre 70-80% del rendimiento potencial.

47. Algunas consideraciones futuras Sin embargo mayores rendimientos se debn alcanzar en agro-ecosistemas de producción que también reduzcan las emisiones de GEI por unidad de producción y al mismo tiempo proteja la calidad del agua y del suelo. Un proceso denominado intensificación ecológica. La investigación debe incluir la agronomía, fisiología vegetal y genética para aumentar el rendimiento potencial de los cultivos, aumentar la tolerancia a la T y sequía y en forma relevante aumentar la eficiencia de uso de los nutrientes y el agua.

48. Gracias !

55. .

60. Cambio climático Se proyecta que el cambio climático aumentará el CO 2 (hoy > 380 ppm), la temperatura del día y/o la noche, alterará las cantidades de precipitaciones, frecuencia e intensidad, así como la extensión de la estación de crecimiento de muchas regiones de cultivos. El alza de temperatura reducirá el rendimiento de los cultivos sustancialmente si no se adoptan acciones de mitigación y adaptación.

61.  Norte Grande: En el sector altiplánico aparece un aumento de las precipitaciones en primavera y verano. Temperatura. ↑3-5 o C  Norte Chico: Incremento de las precipitaciones en otoño en todo el territorio y sólo en la zona andina durante el invierno.  Chile Central: Pérdida generalizada de precipitación. Temperatura ↑3-5 o C  Región Sur: Pérdidas de pluviosidad durante el verano.  Región Austral: Pérdidas estivales de 25% pero se normaliza hacia el invierno. A escala global, el C del suelo respirado a la atmósfera por cada 1 o C de aumento es aprox. 11.1 – 33.8 Pg C (IPPC, 2007) Cambio Climático Impactos Esperados en el sector Desert cDesert climate limate

62.  Estrategia Nacional de Cambio Climático (ENCC-2006).  Ejes estratégicos de la Estrategia Nacional: 1.Mitigación: Se estima que el sector agropecuario genera entre el 14-18% de las emisiones de GEI. Sus opciones de mitigación son plantaciones forestales, biocombustibles, mejores prácticas agrícolas (reducir fertilizantes nitrogenados). 2.Adaptación: mejoramiento de eficiencia de riego, desarrollo de nuevas variedades (biotecnología) y conservación de la biodiversidad. 3.Desarrollo de Capacidades: técnicas, profesionales, institucionales. Ejemplos de iniciativas interinstitucionales vinculadas al tema: Estrategias nacional de cuencas Política de glaciares Ordenamiento territorial Compromisos nacionales

63. Agricultura (agro-ecosistemas) productiva y sustentable Existen modos (formas) alternativos de manejo del suelo y agro-ecosistemas en relación (adaptación y mitigación) al cambio climático:  Modo de Explotación  Modo Sustentable

70. Reservas de C y su intercambio en ecosistemas terrestres El manejo de los suelos por el hombre Prácticas agrícolas afectando la materia orgánica (MOS) del suelo.

72. Agricultura sustentable y cambio climático La agricultura sustentable contribuye a la mitigación del calentamiento global de tres formas: Reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero con manejo del suelo de conservación (ejemplo, cero labranza) Capturando CO 2 (aumentando los procesos de fotosíntesis) desde la atmósfera y conservándolo en el suelo Generando energía renovable a partir de biomasa vegetal (etanol, biodiesel)

74. Gases de efecto invernadero y cambio climático CO 2 CH 4 N 2 O Halocarburos