El arroz alimenta a más de la mitad del mundo. Desde los campos en terrazas del Sudeste Asiático hasta los campos irrigados de China e India, es la base de las comidas diarias de miles de millones de personas.
Pero los mismos suelos inundados que ayudan a que el arroz prospere también crean condiciones ideales para los microbios que liberan gases que calientan el clima.
En un nuevo estudio, nuestro equipo de científicos ambientales y agrícolas descubrió que las emisiones de gases de efecto invernadero de los arrozales casi se han duplicado a nivel mundial desde la década de 1960, con un promedio de alrededor de 1,1 mil millones de toneladas de emisiones equivalentes de dióxido de carbono por año en la década de 2010. Eso equivale aproximadamente a las emisiones anuales de 239 millones de automóviles.
Esto convierte al cultivo de arroz en la mayor fuente de emisiones en la agricultura, aparte de la ganadería, y se espera que la demanda de arroz siga creciendo.
Los agricultores tienen formas de reducir las emisiones de sus cultivos de arroz sin reducir los rendimientos. Si cada productor utilizara las mejores opciones "climáticamente inteligentes" disponibles actualmente, descubrimos que las emisiones globales de arroz podrían reducirse en aproximadamente un 10% para mediados de siglo. Sin embargo, se necesitan mayores reducciones para frenar el cambio climático, lo que requeriría el desarrollo de estrategias adicionales y más efectivas.
¿Por qué aumentaron las emisiones del arroz?
Las emisiones de arroz han aumentado por dos razones: la expansión de las áreas de cultivo de arroz y la intensificación de las prácticas de gestión.
Algo más de la mitad del aumento mundial se debe a la expansión de la superficie dedicada al cultivo de arroz. En África, por ejemplo, la superficie dedicada al cultivo de arroz se ha duplicado aproximadamente desde la década de 1960, lo que ha contribuido a duplicar las emisiones de metano en la región.
Al mismo tiempo, los productores de arroz están utilizando más fertilizantes y enmiendas orgánicas, como paja y estiércol, plantando variedades de arroz más productivas y cultivando plantas más juntas. El resultado es más arroz, pero también más emisiones de gases de efecto invernadero.
Después de cosechar el arroz, una técnica para mejorar la fertilidad del suelo es arar los tallos secos de arroz nuevamente en el suelo. Pero esto también aumenta las emisiones de metano. Jingting Zhang
Descubrimos que una práctica en particular (dejar los tallos de arroz en el campo después de la cosecha y luego ararlos en el suelo para mejorar su fertilidad) fue responsable de aproximadamente un aumento del 18% en las emisiones netas totales de arroz desde la década de 1960. La razón: aumenta la materia orgánica en el suelo, que luego los microbios descomponen, generando más emisiones de metano.
El aumento de las temperaturas globales acelera aún más la actividad microbiana en el suelo, lo que significa aún más emisiones.
Los fertilizantes son otro importante contribuyente a las emisiones. El uso de nitrógeno sintético aumentó aproximadamente un 76% después de 2000, aumentando el óxido nitroso, otro potente gas de efecto invernadero. Contribuyó con alrededor del 9% del aumento de las emisiones netas globales totales procedentes de actividades humanas.
Las prácticas de riego también afectan las emisiones. En el pasado, los campos de arroz irrigados se inundaban durante la temporada de crecimiento, lo que provocaba emisiones constantes de gases de efecto invernadero producidos por microbios que prosperan en un ambiente húmedo. Sin embargo, en las últimas dos décadas, más agricultores han aprovechado las inundaciones intermitentes, drenando periódicamente sus campos.
Este cambio redujo las emisiones de metano en comparación con las constantes inundaciones del campo. Sin embargo, encontramos un ligero aumento en las emisiones de óxido de nitrógeno a medida que los suelos alternan entre húmedo y seco, lo que estimula a los microbios a transformar el nitrógeno de la materia orgánica en gases de óxido nitroso, específicamente óxido nitroso.
El impacto de la producción de arroz en el clima.
Poner un precio climático total a la producción de arroz es más difícil que medir los gases de efecto invernadero uno por uno.
Los campos de arroz emiten metano y óxido nitroso del suelo húmedo o inundado. También eliminan dióxido de carbono de la atmósfera a medida que crece el arroz y pierden carbono del suelo entre las temporadas de cultivo.
Una evaluación global creíble requiere una contabilidad consistente de los diversos gases y cambios en el carbono del suelo, así como de las incertidumbres involucradas en el seguimiento de datos en el espacio y el tiempo.
Para ello, combinamos tres enfoques:
Un modelo informático del ecosistema nos permitió simular el crecimiento de los cultivos, las condiciones del agua y los procesos del suelo para evaluar conjuntamente los cambios en el metano, el óxido nitroso y el carbono del suelo.
Un modelo de aprendizaje automático con inteligencia artificial mejoró las estimaciones donde las mediciones eran escasas para cubrir todas las regiones arroceras del mundo.
Y un metaanálisis de más de 1.200 experimentos de campo proporcionó evidencia directa de cómo prácticas como el riego, el uso de fertilizantes y el manejo de residuos de cultivos afectan las emisiones.
Juntos, nos permitieron cuantificar las emisiones desde 1961 hasta 2020, determinar qué condujo a esas emisiones y probar el potencial de las técnicas de mitigación en condiciones climáticas futuras.
Qué funciona y qué no para la mitigación del cambio climático
Hay formas de reducir las emisiones derivadas de la producción de arroz sin sacrificar el rendimiento.
Nuestro estudio encontró que reducir el uso de fertilizantes y residuos, gestionar el riego para permitir períodos secos entre inundaciones y reducir la labranza podrían, en conjunto, reducir las emisiones globales de gases de efecto invernadero provenientes del arroz en aproximadamente un 10% para mediados de siglo.
Nos sorprendió descubrir que reemplazar los fertilizantes químicos con opciones más orgánicas no siempre es mejor desde la perspectiva de los gases de efecto invernadero, a pesar de que se valora en la agricultura orgánica.
Mantener cantidades moderadas de paja y otros residuos de cultivos en el campo puede ayudar a aumentar la fertilidad del suelo, pero demasiadas pueden aumentar las emisiones de metano y acelerar la pérdida de carbono del suelo. Otra opción es convertir parte del residuo en biocarbón, quemándolo en condiciones de bajo oxígeno antes de mezclarlo con el suelo inundado. El biocarbón puede ayudar a estabilizar el carbono del suelo y reducir las emisiones de metano.
El arroz se cultiva desde hace mucho tiempo en campos inundados, lo que fomenta la producción de metano. Al secar periódicamente los campos, los investigadores han descubierto que los agricultores pueden reducir las emisiones de metano de sus campos. Jingting Zhang
Mejorar la gestión del agua puede ser una herramienta poderosa para reducir las emisiones. El secado periódico del campo reduce la producción de metano, aunque puede aumentar ligeramente las emisiones de óxido de nitrógeno. Esta estrategia es particularmente eficaz en regiones con infraestructura de riego confiable, incluidas grandes zonas de Asia.
La gestión del uso de fertilizantes también es una estrategia de mitigación eficaz, especialmente en sistemas con un alto contenido de fertilizantes, incluidas partes de China y el sur de Asia. El exceso de nitrógeno aumenta el óxido nitroso sin un aumento claro del rendimiento de los cultivos y aumenta la contaminación del agua. Reducir la aplicación excesiva de nitrógeno reduce las emisiones y la contaminación del agua y, en el proceso, ahorra dinero a los agricultores.
Los efectos de la labranza, la práctica de arar la tierra entre estaciones, tienen grandes diferencias regionales. A menudo se promueve la reducción del procesamiento como algo bueno para el clima, pero descubrimos que no siempre minimiza las emisiones netas en los sistemas inundados. En los campos de arroz de zonas templadas, incluidas gran parte de Estados Unidos y China, las condiciones más frías pueden limitar la producción de metano, permitiendo que los beneficios de carbono del suelo derivados de la reducción de la labranza superen los riesgos del metano. Sin embargo, en sistemas más cálidos y permanentemente inundados, las condiciones de bajo oxígeno pueden aumentar la actividad microbiana, aumentando la producción de metano y acelerando la pérdida de carbono del suelo.
En general, descubrimos que ninguna práctica funciona en todas partes. Cada región deberá evaluar las prácticas más efectivas para reducir las emisiones.
Techo climático para la producción de arroz
La conclusión es a la vez esperanzadora y aleccionadora: conjuntos específicos de prácticas optimizadas pueden generar reducciones significativas de emisiones sin perder rendimientos de arroz, pero la reducción global global posible es modesta.
Para reducir aún más las emisiones, se necesitará una mejor orientación para ayudar a los agricultores a determinar los mejores niveles de enmiendas orgánicas, como paja o biocarbón, y nuevos enfoques que puedan reducir las emisiones sin socavar la producción de arroz.
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