Estudio realizado por:
Bruce M. Campbell , Douglas J. Beare , Elena M. Bennett , Jason M. Hall-Spencer , John S. I. Ingram , Fernando Jaramillo , Rodomiro Ortiz , Navin Ramankutty , Jeffrey A. Sayer y Drew Shindell
Ecología y Sociedad 22(4):8.
https://doi.org/10.5751/ES-09595-220408
Resumen
Exploramos el papel de la agricultura en la desestabilización de los sistemas terrestres a escala planetaria, mediante el examen de nueve límites planetarios o «límites seguros»: modificación de los suelos, uso del agua dulce, flujos biogeoquímicos, integridad de la biosfera, cambio climático, acidificación de los océanos, agotamiento de la capa de ozono estratosférico, cantidad de aerosoles atmosféricos e introducción de organismos novedosos. Se han transgredido completamente dos límites planetarios, es decir, están en alto riesgo, la integridad de la biosfera y los flujos biogeoquímicos, y la agricultura ha sido el principal motor de esta transgresión. Tres de ellos se encuentran en una zona de incertidumbre, es decir, en una situación de riesgo creciente, con la agricultura como principal factor impulsor de dos de ellos, la modificación de los suelos y el uso del agua dulce, y un importante contribuyente al tercero, el cambio climático. La agricultura también contribuyente al cambio de muchos de esos límites planetarios que aún se encuentran en la zona segura. Para reducir el papel de la agricultura en la superación de las fronteras terrestres, se necesitarán muchas intervenciones, incluidas las de los sistemas alimentarios a un nivel más amplio.
Palabras clave: cantidad de aerosoles; flujos biogeoquímicos; integridad de la biosfera; contaminación química; cambio climático; diversidad; agua dulce; modificación de los suelos; nitrógeno; acidificación de los océanos; agotamiento del ozono; agotamiento del fósforo.
Introducción
Algunos estudiosos sugieren que el mundo ha entrado en el «Antropoceno», una era en la que las actividades humanas tienen un impacto significativo en el funcionamiento de los sistemas terrestres (Crutzen y Stoermer 2000). El profundo y casi omnipresente impacto de la agricultura en el medio ambiente está bien documentado (Foley et al. 2005, Beddington et al. 2012) y se manifiesta a través de múltiples vías de interacción, por ejemplo, el cambio en la cubierta vegetal, las emisiones de gases de efecto invernadero, el uso excesivo del agua y los impactos en la biodiversidad.
En 2009 Rockström et al. (2009a, b) introdujeron los conceptos de «límites planetarios» (PB, por sus siglas en inglés) y «espacio operativo seguro para la humanidad», que han sido revisados recientemente por Steffen et al. Los PBs están destinados a representar los procesos de los sistemas terrestres que, de superarse, podrían provocar cambios ambientales inadmisibles que podrían poner en peligro la existencia humana. Los nueve PB actualmente reconocidos (Steffen et al. 2015) son los siguientes:
1.- Modificación de uso del suelo;
2.- Uso de agua dulce;
3.- Flujos biogeoquímicos – ciclos de nitrógeno y fósforo;
4.- Integridad de la biosfera;
5.- Cambio climático;
6.- Acidificación de los océanos;
7.- Agotamiento del ozono estratosférico;
8.- Cantidad de aerosoles en la atmósfera; y
9.- Introducción de organismos novedosos.
Hay muchas maneras en que la producción agrícola, que es esencial para la supervivencia humana, está impulsando a los sistemas terrestres, o regiones dentro de ellos, más allá de los límites seguros. Examinamos hasta qué punto la producción agrícola mundial es responsable de modificar los sistemas terrestres más allá de los límites de un espacio operativo seguro para la humanidad (Rockström et al. 2009a, b).
La cuantificación de los PB es el tema de investigación y debate de este estudio. Steffen et al. (2015) sugieren que por lo menos cuatro PB ya se han superado o se encuentran en una zona de incertidumbre, es decir, con un riesgo alto o creciente: cambio climático, modificación de los suelos, flujos biogeoquímicos e integridad de la biosfera. También existe un importante debate sobre si el uso de agua dulce ha excedido los límites seguros o no (Gerten et al. 2015). Aunque muchos de los valores numéricos establecidos para los PB serán revisados, creemos que el concepto proporciona una base útil para evaluar los efectos de la agricultura en los sistemas terrestres, y puede ser utilizado para estimular una transformación urgente del sector de la alimentación y de la agricultura.
Modificaciones en los usos del suelo
El vínculo entre la modificaciones en los usos del suelo y la agricultura es claro y consistente. Según Foley et al. (2005), las tierras de cultivo y pastizales son uno de los biomas terrestres más grandes del planeta, ocupando aproximadamente el 40% de la superficie terrestre. Es decir, la agricultura es la que emplea la mayor parte del suelo de la Tierra. En los trópicos, nuevas tierras agrícolas han sido arrancadas a los bosques tropicales, la sabana y otros ecosistemas, y la expansión futura será aún mayor (Gibbs et al. 2010). También hay una retroalimentación entre las emisiones de metano y de óxido nitroso de la agricultura y las reducciones en el rendimiento de los cultivos, de manera que la expansión agrícola puede requerir una mayor expansión (Shindell 2016).
La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) se ha propuesto como un componente clave para alcanzar los objetivos relacionados con el clima. Pero tiene el potencial de modificar la capacidad de producción de alimentos e introducir cambios a gran escala en el uso de la tierra. Por lo tanto, estudios recientes sugieren que la BECCS sólo puede ser factible a escala más modesta como «actor de apoyo» para otras acciones que lo mitiguen en mayor cantidad (Boysen et al. 2017, Smith et al. 2016). Incluso con aumentos sustanciales del rendimiento e intensificación, si la humanidad quiere satisfacer la futura demanda de alimentos y biocombustibles, el área neta dedicada a la agricultura tendrá que expandirse, presionando aún más a importantes biomas.
Rockström et al. (2009a) sugirieron que no más del 15% de la superficie libre de hielo de la Tierra debería convertirse en tierras de cultivo. Steffen et al. (2015) establecieron la variable de control de la cantidad de tierras de cultivo en función de la cantidad de cubierta forestal restante, debido a que los principales biomas forestales juegan un papel muy importante en el acoplamiento entre el suelo y el clima que otros biomas. Fijaron el límite en un 75% (una media ponderada de los límites para los bosques tropicales, templados y boreales) con una zona de incertidumbre de 54-75% (el bosque restante como porcentaje del área original), y calcularon el valor actual en un 62%.
En el año 2000, había aproximadamente 15 millones de km² de tierras de cultivo y 28 millones de km² de pastos en la Tierra, lo que corresponde en torno a un 12% y un 28% de su superficie libre de hielo, respectivamente (Ramankutty et al. 2008). Las tendencias en el pasado indican que para el año 2050 se desmontarán otros 10 millones de km² de tierra para satisfacer la demanda. Esto supondrá otro 8% de la superficie terrestre libre de hielo de la Tierra dedicada a la agricultura, cruzando el PB establecido por Rockström et al. (2009a).
Hemos seguido el planteamiento de Steffen y otros (2015) sobre los límites. Aunque sin duda la agricultura ha contribuido sustancialmente a la pérdida de bosques, no es fácil calcular su contribución exacta. La expansión de las tierras de cultivo ha causado una pérdida neta de entre 7 a 11 millones de km² de bosques en los últimos 300 años (Foley et al. 2005). Entre 1980 y 2000, más del 55% de las nuevas tierras agrícolas reemplazaron a los antiguos bosques, mientras que el 28% procedía de bosques degradados (Gibbs et al. 2010). A escala mundial, aproximadamente el 30% de los bosques caducifolios templados se han convertido en tierras de cultivo. Como nota positiva, se está produciendo un aumento de los bosques en latitudes más altas en los países más ricos, aunque la pérdida continúa en los países pobres de los trópicos (Sloan y Sayer 2015). Uno de los pocos estudios para estimar el papel de diferentes factores en la pérdida de bosques es el de Blaser y Robledo (2007). Utilizando sus cifras se estima que la agricultura ha sido responsable del 75% de la deforestación en las áreas que han sido deforestadas en el período 1990-2005. Kissinger et al. (2012) y Hosonuma et al. (2012), utilizando los datos de la FAO, estiman que la agricultura es el motor de alrededor del 80% de la deforestación mundial en el período 2000-2010. Por lo tanto, reflejamos el 80% en la Figura 1.
Rockström et al. (2009a) recomiendan, incluyendo la reserva del espacio más adecuado para la agricultura, el mantenimiento de bosques de alto valor ecológico, y el mantenimiento de suelos y ecosistemas ricos en carbono en condiciones intactas o al menos cuidadosamente administradas. La intensificación sostenible de la agricultura para limitar la superficie cultivada es algo crucial.
Uso del agua dulce
De todas las actividades humanas, la agricultura, y específicamente la producción de cultivos, consume la mayor cantidad de agua, principalmente a través de la transpiración de las plantas de cultivo y la evaporación de los suelos y las estructuras de riego. La agricultura representa aproximadamente el 70% de las extracciones mundiales de agua dulce. La cantidad varía según las regiones: ~44% de la extracción total de agua en los países de la OCDE, ~87% en los países africanos, ~80% en Asia y más del 90% en algunos países árabes (World Water Assessment Programme 2012a, b, c). Se puede hacer una distinción entre el consumo de «agua azul» (recogida de aguas de ríos, embalses, lagos y acuíferos) y el consumo de «agua verde» (uso directo del agua de lluvia).
A fin de determinar el «espacio seguro» para la humanidad en relación con el uso de agua dulce, Rockström et al. (2009a) sugirieron inicialmente un PB de agua dulce de 4000 km3/año con una zona de incertidumbre de 4000-6000 km3/año, y el uso global del agua azul para ser utilizado como variable de control. El control, y la cuantificación del PB del agua dulce, es cada vez más polémico. Aunque se sugirió que el PB original debería ser comparado con el consumo de agua azul, Jaramillo y Destouni (2015a) afirman que debido a la complementariedad del agua azul y verde sugerida por Rockström et al. (2009a), el consumo total de agua azul y verde debería ser usado para controlar el PB de agua dulce en lugar de solamente el agua azul. Desde esta perspectiva, el aumento del consumo humano mundial de agua dulce durante el siglo XX y principios del siglo XXI puede que ya haya transgredido el PB de 4000 km3/año (Destouni et al. 2013, Jaramillo y Destouni 2015a, b,).
Además de estos últimos estudios basados en observaciones hidroclimáticas, otros han utilizado modelos hidrológicos globales para estimar el consumo humano de agua. Por ejemplo, Siebert y Döll (2010) utilizaron un modelo de cultivo para estimar que los cultivos regados por el agua de la lluvia consumen 4586 km3/año de agua verde en todo el mundo, y los cultivos regados 2099 km3/año (1180 km3/año de agua azul y alrededor de 919 km3/año de agua verde). Sin embargo, todavía no existe un consenso real sobre la cantidad de agua azul y verde que consume la agricultura.
Molden (2009:117) argumenta que el límite del agua sugerido por Rockström et al. (2009a) puede ser demasiado elevado porque «el concepto de límite global pasa por alto la importancia de las condiciones locales y el papel de la gestión del agua en la intensificación o mejora de los problemas». Por esta razón, Steffen et al. (2015) introdujeron límites subglobales de agua dulce que son específicos para cada cuenca con el fin de controlar la sostenibilidad del consumo de agua dulce a escalas local y regional. Una nueva reevaluación del PB de agua dulce realizada por Gerten et al. (2013) ha reducido el valor global del PB de agua dulce a aproximadamente 2800 km3/año, con un rango de incertidumbre correspondiente de 1100-4500 km3/año, lo que significa que el estado actual del uso de agua dulce ya se encuentra en la zona de incertidumbre (riesgo creciente).
Para simplificar, seguimos a Steffen et al. (2015) en su establecimiento del límite planetario global de agua dulce a 4000 km3/año y el consumo de agua azul como variable de control, pero modificamos el límite, siguiendo a Gerten et al. (2013) y Jaramillo y Destouni (2015b). Consideramos el papel de la agricultura en el estado de este PB al nivel del 84% (Fig. 1), siguiendo a Shiklomanov y Rodda (2003) quienes estimaron que el consumo de agua azul por la agricultura de regadío representa el 84% del consumo humano de agua azul.
La cantidad de agua necesaria para producir alimentos depende de lo que se cultiva y del método de producción. Con una población humana creciente y un cambio en las preferencias alimenticias hacia el consumo de una mayor cantidad de carne, se requerirá cada vez de más agua. El crecimiento de la producción pecuaria, en particular, aumenta el consumo de agua debido a la demanda adicional de agua para los cultivos destinados a la alimentación del ganado. El aumento de la producción de biocombustibles aumentará aún más las presiones sobre los recursos hídricos. Además, de acuerdo con Jaramillo y Destouni (2015b), muchos embalses construidos en todo el mundo para almacenar agua para riego de cultivos pueden estar consumiendo cantidades considerables de agua azul y verde que actualmente no se han tenido en cuenta en las estimaciones de los modelos de cultivo.
La agricultura es, y seguirá siendo, el mayor consumidor mundial de agua dulce. Además de la cantidad absoluta, el agotamiento de las aguas subterráneas en algunas regiones también es motivo de gran preocupación, con niveles que caen por encima de los 300 mm/año en la llanura del Indo-Ganges (Wada et al. 2010). Por lo tanto, debería ser una prioridad reducir el nivel de incertidumbre del consumo de agua dulce de la agricultura y las actividades humanas relacionadas a fin de estimar la próxima escasez de agua y su gestión (Jaramillo y Destouni 2015b). Aunque se proyecta que la disponibilidad de agua disminuirá en muchas regiones, «se estima que el consumo mundial futuro de agua para la agricultura (incluida la agricultura de secano y de regadío) aumentará en un 19% para 2050» (Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos 2012a, b, c: 269). Aunque la cantidad de agua utilizada por unidad de alimento producido se ha reducido casi a la mitad desde 1961 (Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos 2012a), el potencial para aumentar la eficiencia del uso del agua en la agricultura sigue siendo considerable. La gestión del agua, las reformas políticas y las inversiones en infraestructura pueden contribuir a aumentar la eficiencia y reducir el consumo. El uso de agua para el riego puede ser reducido aumentando la eficiencia del transporte (tomando agua del origen a la finca), la eficiencia de la distribución (granja a campo), y la eficiencia de la aplicación (aplicación a los cultivos; Rosegrant et al. 2009).
Flujos biogeoquímicos
Aunque Steffen et al. (2015) sugieren que los PB debieran ser calculados para múltiples elementos, seguimos un enfoque pragmático y nos limitamos a hacer un análisis del nitrógeno (N) y el fósforo (P). El nitrógeno (N) es un macronutriente esencial y el elemento que limita el crecimiento de las plantas en muchos ecosistemas terrestres y acuáticos. Las actividades humanas han transformado profundamente el ciclo global del N (Swaney et al. 2012), siendo los principales impulsores el aumento del uso de combustibles fósiles, la agricultura y la creciente demanda de N por parte de la industria, y la baja eficiencia de su uso. Las fuentes antropogénicas de N contribuyen ahora con más cantidad de N que todos los procesos terrestres naturales combinados (Rockström et al. 2009a, Canfield et al. 2010). La excesiva cantidad de N conduce a la contaminación del suelo y el aire, conduce a la pérdida de biodiversidad, contamina las aguas marinas costeras y las cuencas hidrográficas (Howarth et al. 2011, Swaney et al. 2012), y aumenta el nivel de N2O y los gases de nitrógeno reactivos en la troposfera (Robertson y Vitousek 2009, Canfield et al. 2010, Bodirsky et al. 2012). Se ha estimado que los costes ambientales de las pérdidas de N en Europa superan los beneficios económicos directos totales conjuntos del uso del N en la agricultura (Sutton et al. 2011).
El límite global de Steffen et al. (2015) para el N se ha tomado del análisis de Vries et al. (2013), que propusieron un PB de 62 Tg N/año [teragramos: 1 billón de gramos/año] a partir de la fijación de N industrial y biológico de manera intencionada, para evitar la eutrofización de los ecosistemas acuáticos. Steffen et al. (2015) introducen límites regionales para el N, y en regiones específicas donde se ha producido la transgresión, particularmente Norteamérica, Europa, el sur de Asia y China.
Las grandes cantidades de N que se requieren para la producción vegetal y ganadera dan como resultado que las actividades agrícolas sean los principales impulsores del ciclo del N (Galloway et al. 2008, Liu et al. 2010, Bodirsky et al. 2012). Según Fixen y West (2002), el uso de fertilizantes nitrogenados en la agricultura aumentó aproximadamente un 800% entre 1960 y 2000, aunque las estimaciones varían. Liu et al. (2010), por ejemplo, encontraron que el aporte total de N a las tierras de cultivo en 2000 fue de 137 Mt/año, mientras que Bouwman et al. (2009) estimaron el aporte total de N a la agricultura en 249 Mt/año. La participación de las granjas en el uso total de N antropogénico a nivel mundial (187 Mt/año) se ha estimado en el 86.1% (Galloway et al. 2008), por lo que usamos ~85% como el nivel en la Figura 1. El uso de N antropogénico global se estima en un 86.1% (Galloway et al. 2008).
Varios estudios también revelan una baja eficiencia del uso de N en los cultivos; sólo aproximadamente la mitad del N aplicado a las tierras de cultivo se incorpora a la biomasa vegetal, mientras que el resto se pierde por lixiviación (16%), erosión del suelo (15%) y emisión de gases (14%) ( Liu et al. 2010, Bodirsky et al. 2012). Según Robertson y Vitousek (2009), la rotación de cultivos, la mejora de la predicción de las necesidades de fertilizantes nitrogenados por los cultivos, el tiempo y la ubicación, junto con estrategias para recuperar las pérdidas de N, son todas ellas prácticas disponibles actualmente que pueden reducir sustancialmente la pérdida de N.
La mayor parte de la producción agrícola depende del fósforo (P) en forma de fosfato (PO43-) que se añade en fertilizantes o abonos, que reponen al suelo lo que se ha eliminado cuando se cosechan los cultivos (Cordell y White 2013). Las actividades humanas han cambiado profundamente el ciclo global del P, principalmente a través de la extracción de fosfato de roca para producir fertilizantes fosfatados para uso agrícola. El ciclo del P se acelera dos o tres veces más que las tasas de referencia (Smil 2000), lo que lleva a la eutrofización de los sistemas de agua dulce y estuarios (Diaz y Rosenberg 2008) además del aumento previsto de la producción agrícola.
Steffen et al. (2015) también proponen un enfoque de dos niveles en los límites de P en los flujos biogeoquímicos, basándose en el análisis de Carpenter y Bennett (2011). El límite se establece en 11 Tg /año en los sistemas de agua dulce que van a parar a los océanos para evitar grandes desastres anóxicos en los océanos, lo que podría explicar las extinciones de la vida marina (Handoh y Lenton 2003). Se establecen límites regionales para prevenir la eutrofización del agua dulce, y en cuanto al componente N, las regiones particulares donde se transgreden estos límites.
Smil (2000) indica que el 90% de la producción mundial de fosfato (alrededor de 148 Mt de roca de fosfato por año) se utiliza para fabricar fertilizantes para la agricultura. Investigaciones más recientes sugieren que hasta el 96% del P extraído se utiliza para la producción de fertilizantes (22,6 Mt/año de una producción total de 23,5 Mt/año), y casi todo este P se añade al suelo (Carpenter y Bennett 2011). Con el aumento de la demanda mundial de alimentos debido al aumento de la población y a los cambios en las dietas, la demanda de P podría aumentar en un 50-100% para 2050 (Cordell y White 2013), lo que llevaría a un impacto aún mayor de la agricultura en este límite ya superado. En este sentido, estimamos que el papel de la agricultura en el PB es mayor al 90% (Fig. 1).
Existen varias opciones para reducir la contribución de los agricultores a la actual transgresión de este PB (Elser y Bennett 2011, Cordell y White 2013). Las opciones más sistémicas giran en torno al uso de menos P. Para esto, una opción es equilibrar los balances de P en los suelos agrícolas y otra es aumentar el uso de P reciclado a partir del estiércol, excrementos humanos y residuos de alimentos para reducir la dependencia de P. Una solución menos sistémica, pero importante, es reducir las pérdidas de P de los explotaciones agrícolas a los sistemas acuáticos. Este tipo de escorrentía de P podría minimizarse mediante: (i) el uso de mejores prácticas de labranza; (ii) el establecimiento y mantenimiento de zonas de amortiguación en las riberas; o (iii) la restauración de humedales. Por último, la reducción de los residuos de alimentos, ya sea en el almacenamiento o en los residuos que se producen después de la comercialización, de modo que se tenga que producir menos en primer lugar, es una consideración urgente.
Cambios en la integridad de la biosfera
En su documento inicial Rockström et al. (2009a) incluyeron la «tasa de pérdida de biodiversidad» como uno de los nueve PB, pero Steffen et al. (2015) la modificaron para «considerar la integridad de la biosfera» con la intención de reflejar mejor el impacto más general de las actividades humanas en la biosfera, abarcando la diversidad genética y funcional. Los autores sugieren que la diversidad genética puede ser medida por las tasas de extinción y la diversidad funcional por el índice de biodiversidad intacta (BII).
Steffen et al. (2015) mantienen el número promedio de extinciones por millón de especies-año (E/MSY) como un indicador para medir la pérdida de diversidad genética, aunque es criticado por ser difícil de medir e inevitablemente tiene un desfase temporal. Estimaciones recientes sugieren que es probable que haya aproximadamente 5±3 millones de especies en la Tierra y algunos modelos actuales predicen tasas de extinción inferiores al 5% por década, aunque el impacto del cambio climático en las extinciones es particularmente incierto (Costello et al. 2013). Aunque el 5% por década no suene catastrófico, Steffen et al. (2015) sugieren un PB de 1 E/MSY y uno más realista de 10 E/MSY. Como punto de referencia, las tasas medias de extinción de organismos marinos en el pasado según el registro fósil son comparativamente bien conocidas, y se estima que están en el orden de 0,1 a 1 E/MSY. Sin embargo, se cree que la tasa actual es superior a 100 E/MSY, con proyecciones futuras de pérdidas del orden de 1000-10.000 E/MSY.
La diversidad funcional describe el papel general de la biosfera en el funcionamiento de los sistemas terrestres. Steffen y otros (2015) sugirieron un BII del 90% como PB con un gran intervalo de incertidumbre (90-30%). Newbold et al. (2016) estiman que el uso del suelo y las presiones relacionadas ya han reducido la integridad de la biodiversidad local más allá del PB en el 58% de la superficie terrestre mundial. El BII está probablemente en la zona de incertidumbre, y aquí es donde lo ubicamos en la Fig. 1.
A falta de una nueva información, sugerimos un 80% como el papel de la agricultura en la integridad de la biosfera PB (Fig. 1), es decir, el mismo valor que los considerados por los cambios en el uso del suelo, dado que las pérdidas de diversidad genética y funcional son causadas por esos cambios en los usos del suelo. Por lo tanto, la agricultura ha superado la integridad de la biosfera más allá del PB, al menos para uno de sus componentes. La pérdida de biodiversidad no es sólo una función del hábitat, y la integridad de la biosfera puede tener más que ver con la diversidad funcional que con la diversidad genética (Steffen et al. 2015). Los bosques del mundo se están fragmentando rápidamente debido a una enorme expansión de las inversiones en infraestructura, y la agricultura es un componente clave de los nuevos paisajes (Sloan y Sayer 2015). Se considera que los ejes de desarrollo son una forma de transformar la agricultura de los países en desarrollo para obtener una mayor productividad. Estos ejes de desarrollo corren el riesgo de fragmentar y ocupar los bosques existentes, especialmente en los trópicos, con consecuencias potencialmente desastrosas para la integridad de la biosfera (Laurance et al. 2015). El cambio climático y la fragmentación del hábitat están facilitando la propagación de especies exóticas invasoras en hábitats naturales a un nivel sin precedentes, con consecuencias alarmantes para la biodiversidad y la función de los ecosistemas.
Cambio climático
Las actividades agrícolas emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero, no solamente CO2, mientras que la deforestación, para aumentar el espacio destinado a la agricultura, libera cantidades significativas de CO2. Toda la cadena alimentaria y sus actividades conexas, desde la producción de fertilizantes hasta la distribución de productos alimenticios básicos, también emiten cantidades significativas de CO2. En conjunto, esto sitúa a la agricultura como una de las actividades antropogénicas más importantes que contribuyen al cambio climático. Además, el cambio climático en sí mismo influirá en las condiciones de la agricultura y tendrá importantes ramificaciones para todo el sistema agrícola.
Rockström et al. (2009a) propusieron un enfoque dual para el cambio climático utilizando tanto la concentración atmosférica de CO2 como el fenómeno del forzamiento radiativo de la parte superior de la atmósfera como variables de control a escala global, sugiriendo 350 ppm de CO2 y 1 W/ m² por encima del nivel preindustrial como los dos límites (US EPA 2011). Esto se basó en (i) un análisis del equilibrio del sistema climático por forzamiento de los gases de efecto invernadero; (ii) el comportamiento de las grandes capas de hielo polar bajo climas más cálidos que los del Holoceno; y (iii) el comportamiento observado del sistema climático a una concentración actual de CO2 de aproximadamente 387 ppm y +1.6 W/m² (+0.8/-1.0 W/m²) de forzamiento radiativo neto. Rockström et al. (2009a) señalaron que la sensibilidad climática a la llamada «retroalimentación lenta», por ejemplo, la disminución del volumen de la capa de hielo y la desaparición del efecto de enfriamiento de los aerosoles deben tenerse en cuenta al establecer el límite. Existe otra interacción importante entre los límites de aerosoles y el límite máximo de cambio climático (Mahowald et al. 2017). Se calcula que el aumento de los suplementos de nutrientes procedentes de la deposición atmosférica está provocando un aumento de la absorción de dióxido de carbono. Como las emisiones de aerosoles de fuentes industriales se reducen para mejorar la calidad del aire, estas mejoras en la absorción de carbono pueden reducirse.
La agricultura contribuye aproximadamente entre 5.0 a 5.8 Gt CO2/año, basándose en el potencial de calentamiento global de 100 años, o ~11% del total de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero, sin incluir el cambio en el uso de la tierra impulsado por la agricultura (Smith et al. 2014). Los países en desarrollo producen en su conjunto la mayoría de las emisiones relacionadas con la agricultura a nivel mundial y se espera que las emisiones aumenten más rápidamente, dado el potencial de aumentar la producción agrícola en los países en desarrollo (Smith et al. 2014). Las emisiones agrícolas también son significativas a nivel nacional, contribuyendo con un promedio del 35% de las emisiones en los países en desarrollo y del 12% en los países desarrollados (Richards et al. 2015). La inclusión de las emisiones de todo el sistema alimentario, desde la producción hasta el consumo, aumenta la contribución del 14-24% (incluido el cambio de uso de la tierra impulsado por la agricultura) al 19-29% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero (Vermeulen et al. 2012). Esta cifra incluye toda la cadena de suministro, la fabricación de fertilizantes, la producción agrícola propiamente dicha, el procesamiento, el transporte, la venta al por menor, la gestión de los alimentos domésticos y la eliminación de desechos. Hemos utilizado el 25% como el papel que desempeña la agricultura (incluido el cambio de la cubierta vegetal impulsado por la agricultura) en el estado de este límite planetario (PB) (Fig. 1).
Wollenberg et al. (2016) estiman que la agricultura debe reducir sus emisiones en 1 Gt CO2/año para 2030 si se quiere que el mundo permanezca dentro del objetivo de los 2 °C, mientras que al mismo tiempo se debe alimentar a una población humana creciente y más próspera. Usando dos enfoques diferentes y con precios de hasta 20 dólares por tonelada de CO2, estiman que sólo se puede lograr entre el 21 y el 40% de la mitigación necesaria; esto incluye el uso generalizado de prácticas y agronómicas y de cría de ganado que aumenten la eficiencia. La gran diferencia entre los resultados de mitigación deseados y los resultados plausibles indica que se necesitarán opciones técnicas y normativas más innovadoras, por ejemplo, soluciones de alta tecnología como razas ganaderas que produzcan menos metano y una mayor retención de materia orgánica en los suelos. Al mismo tiempo, también será necesario reducir los cambios en el uso de la tierra debido a la tala para la agricultura, disminuir la pérdida de alimentos y desechos y cambiar los patrones alimenticios.
Acidificación de los océanos
La acidificación de los océanos está provocada por las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, de las cuales cerca del 25% han sido absorbidas por el agua de mar, donde se forma ácido carbónico. Esto ya ha causado un aumento del 34% en la acidez del agua de mar desde 1800, y a menos que reduzcamos las emisiones de CO2, esto causará un incremento del 150% en la acidez de los océanos superficiales para 2100 (Hönisch et al. 2012). Esta es la tasa más rápida de cambio químico en los océanos durante millones de años.
Muchos grupos taxonómicos marinos, por ejemplo, corales y ostras, utilizan aragonita o calcita para construir conchas protectoras o esqueletos que se deterioran fácilmente cuando se acumulan altos niveles de CO2 (Rodolfo-Metalpa et al. 2011). Los arrecifes de coral están formados por aragonita y cuando el «estado de saturación de aragonita» (Ω arag) está por debajo de 1, entonces los arrecifes se disuelven. Los arrecifes de coral se forman en aguas que están sobresaturadas con aragonita (Ω arag > 3); por debajo de estos niveles los arrecifes se debilitan y son fácilmente erosionables por los perforadores, por ejemplo, algas y esponjas, y los herbívoros, por ejemplo, erizos de mar y peces loro.
Rockström et al. (2009b) propusieron un límite de acidificación oceánica donde, «el estado de saturación de aragonita oceánica se mantenga en el 80%, o por encima, del promedio mundial de las aguas marinas superficiales de la época preindustrial, es decir Ω arag con un valor de 3.44.” Actualmente Ω arag es aproximadamente un 84% de los valores preindustriales y desciende rápidamente (Gattuso et al. 2015).
El sector agrícola contribuye directamente a la acidificación oceánica porque es una fuente importante de emisiones de CO2. También hay efectos indirectos, por ejemplo, mediante la acidificación de las cuencas hidrográficas donde están situadas las tierras cultivables, así como mediante la aportación de nutrientes procedentes de los fertilizantes a los mares y océanos. La producción de nitrógeno reactivo para fertilizantes destinados a la agricultura es una de las características principales del Antropoceno; los aportes de nitratos a las aguas costeras estimulan el crecimiento de algas, lo que reduce los niveles de oxígeno disuelto a medida que se pudre. El CO2 producido durante la respiración microbiana aumenta la acidez y se suma a los efectos regionales de la acidificación oceánica (Ekstrom et al. 2015). A falta de información adicional, utilizamos el 25% como el papel desempeñado por la agricultura para impulsar el cambio en este límite planetario (Fig. 1), siendo esta la proporción de las emisiones de CO2 generadas por el cambio de la cubierta vegetal impulsado por la agricultura en relación con las emisiones totales de CO2 durante la era industrial (Ciais et al. 2013).
Las soluciones locales al problema mundial de la acidificación oceánica pasa por cambios en las prácticas agrícolas. La iniciativa Carbono Azul de la UICN reconoce la capacidad de la vegetación costera (algas, pastos marinos, manglares) para prevenir la escorrentía del agua ácida, capturar y almacenar carbono, así como elevar el pH de las aguas costeras. El cultivo de algas marinas y la restauración gradual de los manglares en áreas que han sido convertidas en criaderos de camarones son formas en que la agricultura puede operar de manera más segura dentro de nuestros PB (Siikamäki et al. 2013).
Reducción de ozono estratosférico
Rockström et al. (2009a) consideran que el PB para los niveles de ozono es una disminución como máximo del 5% en los niveles de ozono para cualquier latitud con respecto a los valores de 1964-1980. Hasta la fecha, el agotamiento del ozono está dominado por los halógenos liberados por las emisiones de clorofluorocarbonos, y el N2O desempeña un papel relativamente menor. Sin embargo, se prevé que la reducción de la capa de ozono atribuible al N2O seguirá aumentando, ya que «el N2O es actualmente la emisión más importante que reduce la capa de ozono y se espera que siga siendo la más importante a lo largo del siglo XXI» (Ravishankara et al. 2009:123).
El N2O de los suelos es la principal fuente de N2O antropogénico, y se asocia principalmente con los fertilizantes nitrogenados y el estiércol aplicado a los suelos. Se prevé que el aumento del uso de fertilizantes nitrogenados y la mayor producción de estiércol animal incrementarán las emisiones agrícolas de N2O en un 35-60% hasta 2030 (Smith et al. 2008). Crutzen et al. (2008) calculan una fuente antropogénica de N2O de 5,6-6,5 Mt/año con una contribución de la agricultura de 4,3-5,8 Mt/año. De ello se deduce que entre el 66 y el 90% de las emisiones antropogénicas de N2O pueden atribuirse a actividades agrícolas. Montzka et al. (2011) calculan cifras que sugieren que el 49-83% de las emisiones antropogénicas globales de N2O provienen de actividades agrícolas. Dadas las emisiones históricas de clorofluorocarburos, la influencia actual de la agricultura es bastante baja; hemos utilizado un valor del 5% en la Figura 1, reconociendo que la participación de la agricultura aumentará en el futuro.
Actualmente existen numerosas opciones para mitigar las emisiones antropogénicas de N2O, y para la agricultura las más efectivas incluyen un uso más eficiente de fertilizantes en las tierras de cultivo (Ravishankara et al. 2009). Limitar las futuras emisiones de N2O mejoraría la recuperación de la capa de ozono de su actual estado de progresiva reducción. Esto también reduciría la presión antropogénica sobre el sistema climático.
Presencia de aerosoles en la atmósfera
Las partículas de aerosol en la atmósfera son perjudiciales para la salud humana y se sabe que afectan al clima (Ramanathan et al. 2007). De hecho, las emisiones de aerosoles»carbono negro» pueden ser el segundo contribuyente más importante al calentamiento global después de las emisiones de dióxido de carbono (Bond et al. 2013). Se sabe que la quema de residuos de cultivos es una importante fuente de aerosoles atmosféricos (van der Werf et al. 2010) aunque hay poco consenso sobre las cifras exactas. La evaluación de la literatura establece que la proporción de las emisiones antropogénicas de carbono negro y orgánico se sitúa en torno al 3-14% (Bond et al. 2013).
El PB para la carga de aerosoles atmosféricos utiliza como variable de control la «profundidad óptica de aerosoles» (AOD). No se ha establecido ningún límite global, ya que la AOD es muy variable en la superficie de la tierra. En cambio, Steffen y otros (2015) establecieron una frontera regional sobre el subcontinente indio debido a su influencia potencial en la revitalización de los monzones. El fondo AOD sobre el subcontinente indio sería de ~0,15 (Chin et al. 2014) y el límite se fijó en 0,3 (Steffen et al. 2015). La AOD está, sin embargo, muy ligada a las estaciones y espacialmente no homogéneo, con valores sobre la planicie del Indo-Ganges cercanos a 1,0 en la estación seca.
La AOD está influenciada por la totalidad de los aerosoles presentes en la atmósfera, pero debido a que casi todas las emisiones se originan en la superficie, también está correlacionada con pequeñas partículas de materia de la superficie (PM). La exposición anual promedio ponderada de PM de la población es de ~38% de carbono orgánico y negro y ~11% de amoniaco (Shindell 2015), lo que indica que las emisiones relacionadas con la quema agrícola contribuyen alrededor del 3% y las relacionadas con la producción y uso de fertilizantes alrededor del 11% del PM global, aunque las emisiones relacionadas con la agricultura son la fuente dominante de PM en algunas áreas densamente pobladas (Bauer et al. 2016). Debido a que la Carga Global de Enfermedades se estima que cerca de 3.2 millones de muertes prematuras al año se pueden atribuir a pequeñas partículas de materia (Lim et al. 2012), esto sugiere que la contribución de la agricultura a la carga de aerosoles atmosféricos podría ser responsable de aproximadamente 450.000-660.000 muertes prematuras anualmente, basándose en este análisis y otro estudio (Lelieveld et al. 2015). En conclusión, la agricultura contribuye sustancialmente a la acumulación de aerosoles atmosféricos y este PB es probablemente transgredido regularmente (estacionalmente) en zonas contaminadas y tiene efectos extremadamente perjudiciales para la salud humana. Prohibir la quema a cielo abierto de residuos agrícolas y utilizar los fertilizantes de manera más eficiente redundaría en beneficios sustanciales.
Introducción de organismos novedosos
Este PB fue ampliado por Steffen et al. (2015) a partir de la «contaminación química» descrita originalmente por Rockström et al. (2009a) para incluir otros nuevos tipos de materiales u organismos producidos mediante ingeniería, por ejemplo, organismos transgénicos, aunque gran parte de la discusión todavía está relacionada con los productos químicos. Steffen et al. (2015:1259855-8) afirman que «todavía no existe un análisis acumulado a nivel mundial de la contaminación química en el que se pueda basar una variable de control o un valor del límite [planetario]». Esto se debe a que la miríada de productos químicos que se producen y se movilizan durante el Antropoceno desafía cualquier intento de cuantificación (Conway y Pretty 2013). Sin embargo, el impacto de los productos químicos antropogénicos en el funcionamiento de los ecosistemas ha sido descrito en muchos estudios de casos (Milton et al. 2011, Pease 2011) y la agricultura está implicada en ello. Muchos plaguicidas, por ejemplo, se utilizan ampliamente tanto en la agricultura como en la acuicultura y suelen ser biológicamente activos. En una revisión del papel del impacto global de los insecticidas agrícolas en las aguas dulces, Stehle y Schulz (2015) informan que las concentraciones del 50% de los insecticidas detectados superaron los umbrales reglamentarios.
No está claro que sea apropiado ampliar este PB para incluir los organismos modificados genéticamente (OMG). Hay preocupaciones ambientales (y otras) relacionadas con el uso de transgénicos en la agricultura, aunque el campo está repleto de controversias (Trumbo y Powell 2016). Las preocupaciones no comprobadas incluyen aquellas relacionadas con la supuesta alergia, la inseguridad alimentaria, el flujo transgénico que amenaza la integridad de la biodiversidad y la diseminación de rasgos indeseables a las malezas. También hay preocupaciones acerca de los derechos de propiedad intelectual (DPI) sobre las semillas, aunque los DPI no están asociados al concepto de PB. Abberton et al. (2016) ofrecen un resumen sobre cómo utilizar y adaptar las herramientas genómicas para acelerar la reproducción de cultivos mayores y menores con el objetivo de impulsar la producción, diversificar el suministro de alimentos y mejorar la adaptación al cambio climático o mitigar sus efectos. Un meta-análisis del maíz y la soja transgénicos indica que producen más que sus contrapartes convencionales al tiempo que reducen los costes de producción y aumentan los márgenes brutos (Areal et al. 2013). Las investigaciones también muestran que los cultivos transgénicos redujeron el uso de plaguicidas químicos en un 37%, mientras que aumentaron ambos rendimientos en un 22% y las ganancias de los agricultores en un 68% (Klümper y Qaim 2014). Una revisión reciente sugiere que el proyecto de cultivos transgénicos parece ser muy prometedor para desarrollar cultivos más nutritivos y eficientes en el uso de insumos para los sistemas agrícolas mundiales bajo un clima cambiante (Ortiz et al. 2014). Los organismos de ingeniería pueden ayudar a la sociedad a transformar la agricultura en una dirección positiva, por ejemplo, reduciendo el uso de otras «entidades novedosas» como los productos químicos en los plaguicidas. Se trata, sin duda, de un límite planetario muy complejo que requiere una reflexión profunda para definir adecuadamente sus componentes.
Conclusiones
Al tiempo que se adapta al cambio climático y reduce el impacto de la agricultura, la humanidad tendrá que abordar el hecho de que por lo menos mil millones de personas no tienen acceso a suficientes calorías (FAO 2014), y más de dos mil millones de personas carecen de suficientes nutrientes (OMS y FAO 2014), mientras que, paradójicamente, al mismo tiempo más de dos mil millones de personas consumen demasiadas calorías (Ng et al. 2014). Este subconsumo y el exceso de consumo han llevado a una creciente «triple carga» de desnutrición (IFPRI 2015) y abordar este problema es un reto social importante. En este contexto está el hecho de que se prevé que la población humana mundial llegará a unos 9.000 millones de personas para 2050, y que los patrones de consumo de alimentos están cambiando rápidamente a medida que la prosperidad media aumenta, lo que lleva a un mayor consumo de alimentos en general y, en particular, de carne (Kearney 2010). Una preocupación particular con respecto a los PBs es el cambio en la dieta que lleva al sobreconsumo porque esto tiene un impacto desproporcionado por persona. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de gestionar la demanda en lugar de satisfacerla (Ingram 2017).
De los nueve PB, cinco se encuentran en las zonas de alto riesgo o de riesgo creciente, siendo la agricultura el principal impulsor de cuatro de ellos y un impulsor significativo del restante (Fig. 1). También es un factor importante de muchos de los PB que todavía se encuentran en la zona segura. Existen numerosos posibles puntos de intervención para reducir el impacto de la agricultura en los PBs (Sayer y Cassman 2013). Sin embargo, se requerirá nada menos que un sistema radicalmente transformado, con numerosos cambios en todos los aspectos de la producción, con mayor atención a la gestión a nivel de paisaje y con cambios en todos los aspectos más amplios del sistema alimentario (Beddington et al. 2012, Ingram y Porter 2015). Esto se debe a que todas las actividades del sistema alimentario, desde la agricultura, pasando por el procesamiento, la logística y el comercio minorista, hasta el consumo, afectan en cierta medida a los PB (Ingram 2011) y, por lo tanto, ofrecen una amplia gama de posibilidades de mitigación.
Aunque la gestión de la demanda es fundamental para mitigar los impactos sobre los PB, no cabe duda de que habrá que cultivar más tierras, pero será necesario seleccionar cuidadosamente y gestionarlas para reducir el impacto sobre los PB. También deberían aplicarse mejores estrategias de ordenación de la tierra, orientadas a los beneficios ambientales, sociales y económicos. Los siguientes ejemplos son proporcionados por Foley et al. (2005):
– i) el aumento de la producción agrícola por unidad de superficie terrestre, por unidad de aportación de fertilizantes y por unidad de agua consumida;
– (ii) mantener y aumentar la materia orgánica del suelo en las tierras de cultivo, que es un factor clave para la capacidad de retención de agua, la disponibilidad de nutrientes y el secuestro de carbono;
– (iii) emplear prácticas agroforestales que proporcionen alimentos y fibras pero que mantengan los hábitats de las especies amenazadas; y
– (iv) mantener la biodiversidad local y los servicios ecosistémicos asociados, tales como la polinización y el control de plagas.
Será necesario buscar soluciones a nivel del paisaje, incluyendo, por ejemplo, el uso de vegetación costera para prevenir la escorrentía del agua ácida, la restauración de los manglares y el establecimiento y mantenimiento de amortiguadores en las riberas. Las opciones para usar menos P podrían incluir aumentar el uso de P reciclado presente en el estiércol, excrementos humanos y residuos alimenticios. Reducir los desperdicios de alimentos, ya sea en el almacenamiento o en los desperdicios que se producen después del mercado, de manera que se tenga que producir menos, es una necesidad urgente. Es probable que la reducción del consumo de carne y productos lácteos sea crucial. Las soluciones de alta tecnología pueden consistir en criar ganado vacuno para reducir las emisiones de metano y modificar la calidad de los cultivos para mejorar la eficiencia de las actividades de la cadena alimentaria después de la explotación agrícola, como la elaboración y el almacenamiento de alimentos.
En resumen, es necesario un enfoque más equilibrado del consumo y la producción, en general, en el que la agricultura desempeña un papel clave en un sistema alimentario global complejo y altamente integrador. Un enfoque holístico también debería crear oportunidades que ayuden a facilitar la transición hacia un sistema alimentario más sostenible (Ingram et al. 2016). La «mejora» de la agricultura y del sistema alimentario en general se percibe con razón como un paso significativo hacia el desarrollo sostenible de nuestro planeta.
Agradecimientos
Este trabajo se realizó como parte del Programa de Investigación del CGIAR sobre Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS), que se lleva a cabo con el apoyo de los donantes del Fondo CGIAR y a través de acuerdos bilaterales de financiamiento. Para más detalles visite https://ccafs.cgiar.org/donors#.WcVFTcZryUk. Las opiniones expresadas en este documento no pueden ser tomadas para reflejar las opiniones oficiales de estas organizaciones.
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