Cambios en los ciclos biogeoquímicos
La agricultura jugó un papel importante en los cambios en el ciclo del carbono y en el balance de energía y de agua y, además, contribuyó al incremento en la liberación a la biósfera de contaminantes y gases parcialmente responsables del calentamiento global (Foley et al. 2005). Algunas estimaciones señalan que la combustión de energía fósil y la deforestación incrementaron 30% la concentración de CO2 atmosférico en los últimos 300 años, y que más de la mitad de este aumento tuvo lugar en los últimos 40 años, potenciado por la agricultura. A su vez, el incremento en la concentración de metano y otros gases también contribuyó al calentamiento global (Chapin et al. 2000).
En la escala global, la cantidad de recursos (nutrientes y agua) disponibles para la agricultura ha disminuido, rápida o lentamente, como resultado de la degradación física, química y biológica de los suelos causada por la intensificación en su uso (Figura 3), y también por el consumo directo de los cultivos. Por ello, la productividad de los cultivos se ha mantenido a través del reemplazo de recursos por insumos (fertilización y riego) y del mayor aprovechamiento de los recursos por parte del cultivo. Esto tuvo lugar tanto a través del uso de cultivares más eficientes como de la reducción de la competencia con malezas o del ataque de plagas y patógenos mediante el uso de agroquímicos. No obstante, en ambientes muy subsidiados el transporte de fertilizantes fosforados y nitrogenados desde los sitios de fabricación hacia los sitios cultivados ha generado un excedente de nutrientes en algunas áreas agrícolas. Esto ha resultado en procesos fuertes de contaminación (Carpenter et al. 1998). El incremento del flujo de fósforo a los océanos se atribuye al aporte excesivo en los suelos agrícolas y a las crecientes tasas de erosión. Entre 1950 y 1995 se aplicaron 600x106 t de fertilizantes fosforados en el mundo, principalmente en áreas cultivadas. La mayor parte permanece en los sitios agrícolas, pero entre 3 y 20% llega al agua superficial por erosión o lavado, lo cual resulta en la eutrofización de los cuerpos de agua (Carpenter et al. 1998). La producción industrial de fertilizantes nitrogenados ha aumentado de manera lineal desde 1940. En EE.UU., sólo 18% del fertilizante aplicado se traduce en productos cosechables, lo cual deja un excedente promedio de 174 kg/ha. Como en el caso del fósforo, este excedente puede acumularse en suelos, exportarse hacia el agua por erosión o lixiviación, o bien puede entrar en la atmósfera por volatilización de amoníaco y producción óxidos de nitrógeno, que contribuyen al calentamiento global y puede catalizar la destrucción del ozono (Carpenter et al. 1998).
En Argentina, las evidencias indican que la disponibilidad de nutrientes en los suelos agrícolas ha disminuido como consecuencia de su degradación (Michelena et al. 1989) y de la extracción sostenida por parte de los cultivos. Ochenta y cinco por ciento del área cultivada con trigo o maíz se fertiliza principalmente con nitrógeno, mientras que esta práctica se aplica en menos de 30% de la superficie con girasol o soja. No obstante, en vistas del pronunciado crecimiento de la producción de granos, los aportes de nutrientes resultan insuficientes para revertir el balance negativo entre lo que se exporta con cada cosecha y lo que se restituye por medios naturales o artificiales. Como consecuencia, el área con altos contenidos de fósforo en el suelo disminuyó marcadamente en los últimos veinte años (Díaz Zorita 2005). Por otra parte, la pérdida de suelo a menudo limita la posibilidad de las raíces de explorar los sectores en los cuales el agua o los nutrientes están disponibles para el cultivo. En suelos de la Pampa Ondulada con larga historia agrícola y avanzado nivel de deterioro, la abundancia de raíces del cultivo de maíz se redujo en 60%, y el tamaño del canopeo entre 5 y 13% con respecto a aquellos que crecieron en suelos menos deteriorados (Cárcova et al. 2000). Esto afectó las posibilidades de absorción de los nutrientes disponibles.
Algunos factores reguladores de procesos físicos químicos y biológicos han sido alterados por la actividad humana (e.g., la temperatura del aire y del suelo, el nivel de CO2 atmosférico y de O3 troposférico, la cantidad de radiación UVB recibida y el pH del suelo). Por ejemplo, en las plantas con ruta metabólica C3 una concentración elevada de CO2 puede incrementar el rendimiento y la eficiencia en el uso de los recursos, o puede reducir la toxicidad de O3 y la resistencia a enfermedades. El aumento de la temperatura acelera el desarrollo y reduce la duración de las etapas de desarrollo, reduce la eficiencia en el uso de los nutrientes, aumenta el consumo de agua y afecta la sincronía entre el efecto de la temperatura y el del fotoperíodo (Fuhrer 2003).
Las actividades agrícolas, como las labranzas y el manejo de los rastrojos, alteran los regímenes de temperatura y humedad y el intercambio de gases en el perfil del suelo, lo cual influye en la mineralización de los nutrientes y la materia orgánica (Magid et al. 1997; Myers et al. 1997). Estos cambios afectan tanto a las poblaciones de microorganismos e invertebrados del suelo como a sus interrelaciones (Yeates & Bongers 1999; Berkelmans et al. 2003; Zak et al. 2003; Brussaard et al. 2007). La diversidad de microorganismos del suelo protege a los cultivos de las enfermedades producidas por patógenos edáficos, pero el cultivo, el tipo de suelo y el manejo juegan un papel importante en el establecimiento de estas interacciones (Back et al. 2002; Norris et al. 2003; Bezemer et al. 2005; Brussaard et al. 2007; Sánchez-Moreno & Ferris 2007). Las fluctuaciones en la temperatura y en el pH del suelo se consideran factores críticos en la interacción entre algunos nematodos y hongos patógenos (Back et al. 2002). Por otra parte, los incrementos en la disponibilidad de fósforo disminuyen la colonización de las raíces por micorrizas, que aumenta la absorción radical de agua y nutrientes (Pankhurst 1997; Facelli & Facelli 2005). Las características estructurales del suelo condicionan la actividad y diversidad de lombrices, nematodos y protozoos (Pankhurst 1997; Yeates & Bongers 1999). Las lombrices ocupan estratos superficiales del suelo, frecuentemente modificados por las actividades de manejo agrícola. Su abundancia y diversidad guardan estrecha relación con la incorporación de la materia orgánica, la infiltración del agua, la aireación, la penetración de las raíces y la actividad microbiana del suelo. También la porosidad del suelo modifica la importancia de protozoos o de nematodos como consumidores de bacterias; los protozoos pueden penetrar por espacios más pequeños que los nematodos (Grupta & Yeates 1997; Pankhurst 1997).
El efecto de la agricultura sobre las características físicas, químicas y biológicas del suelo no solamente regula el rendimiento del cultivo, sino también impacta sobre la emisión de sustancias volátiles que pueden funcionar como atrayentes o repelentes de otros organismos (Baldwin & Preston 1999; van Tol et al. 2001; Norris et al. 2003; de la Fuente et al. 2006). En condiciones experimentales, Lenardis y colaboradores (2007) observaron que cultivos de trigo y coriandro que crecían en suelos con distinto nivel de deterioro emitían señales químicas que afectaban la composición de la cadena trófica de cultivos de trigo vecinos.
Cambios en el uso de la tierra
Los seres humanos transformamos entre 40 y 50% de la tierra libre de hielos al reemplazar pastizales, bosques y humedales por sistemas agrícolas y urbanos (Chapin et al. 2000). La expansión agrícola entre 1860 y 1920 fue de 430 millones de hectáreas y tuvo lugar principalmente en las zonas templadas de América del Norte y de los países que a partir de 1922 conformaron la URSS. Entre 1920 y 1978, una superficie similar fue transformada, en particular, en las regiones tropicales de África, Asia y América del Sur. A partir de entonces, la tasa de expansión disminuyó considerablemente (Evans 1993). El cambio en el uso de la tierra estuvo asociado, además, al nivel de desarrollo tecnológico de los países y al tipo de cultivos producidos (Mannion 1995). Por ejemplo, desde 1960, el área destinada a la producción de cereales y oleaginosos fue mayor en los países en desarrollo que en los países desarrollados. Por otra parte, los rendimientos fueron crecientes y mayores en los países desarrollados, que utilizan niveles de insumos más elevados que los países en desarrollo. No obstante, en el caso de los oleaginosos, los aumentos del rendimiento fueron mayores en los países en desarrollo y han llegado a niveles muy altos en los últimos años (Figura 2). Estas transformaciones, tendientes a incrementar el área cultivada, incluyeron acciones como la eliminación de rocas, el drenado de suelos, la elevación del fondo de los lagos, el secado de mares, el riego de zonas áridas, la deforestación, la generación de un horizonte orgánico mediante el agregado de abonos y residuos, la reducción de limitantes físicas, químicas y biológicas a través de actividades culturales del laboreo del suelo y la aplicación de fertilizantes, herbicidas y pesticidas (Evans 1993; Mannion 1995; Ghersa 2006). Más de 87% de las posibilidades de expansión futuras de tierras cultivadas involucran a países en desarrollo, y contemplan la eliminación de bosques como el amazónico, la irrigación de zonas áridas y el drenaje de humedales, con los consiguientes daños ecológicos (Evans 1993).
Al nivel global, desde 1960 hasta la actualidad el área de cultivos y pasturas (Figura 4), el consumo de fertilizantes nitrogenados y fosforados, el uso de riego y la producción de pesticidas crecieron simultáneamente (Figura 5) (Tilman et al. 2001). En Argentina, las áreas con cultivos y con pasturas no crecieron conjuntamente, sino que la expansión de la actividad agrícola desde 1960 ocurrió, en gran medida, a expensas de la reducción del área de pastizales naturales y praderas cultivadas (Figura 4). Por otra parte, el incremento sostenido del uso de fertilizantes y productos fitosanitarios comenzó recién a partir de los años 90 (Figura 5) y estuvo relacionado con mejoras en los precios relativos de estos productos.
Figura 4. Área global de pasturas y cultivos sin considerar la ex URSS (superior, adaptado de Tilman et al. 2002) y área argentina (inferior, FAO 2008) de pasturas y cultivos desde 1960 hasta 2000.
Figure 4. Global grassland and cropland area without considering ex USSR (upper, adapted from Tilman et al. 2002) and Argentinean grassland and cropland area (FAO 2008) from 1960 to 2000.
Figura 5. Uso global de fertilizantes y fitoquímicos sin considerar la ex URSS (adaptado de Tilman et al. 2002) y en la Argentina desde 1960 hasta 2000 (CASAFE 2008).
Figure 5. Global use of fertilizers and phytochemicals without considering ex USSR (upper, adapted from Tilman et al. 2002) from 1960 to 2000 and Argentinean use of fertilizers and phytochemicals (CASAFE 2008) from 1980 to 2000.
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