Medidas de adaptación al cambio climático en el cultivo de maíz

Por Clara Gabaldón-Leal e Ignacio J. Lorite Torres, del Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera de Andalucía. Centro IFAPA Alameda del Obispo, Córdoba

Todos los cambios en las condiciones climáticas tienen un impacto directo sobre el desarrollo de los cultivos. Para el conocimiento de estos impactos se emplean técnicas de experimentación y modelización, que consisten en evaluar el comportamiento de los cultivos por medio de su evaluación en condiciones climáticas adversas. Con la información obtenida en esta fase se realizan herramientas informáticas que consiguen conocer el comportamiento de los cultivos bajo estas nuevas condiciones, permitiendo determinar los impactos y posibles medidas de adaptación.

Sin embargo, los resultados obtenidos tienen un alto nivel de incertidumbre debido a que los procesos que intervienen no son todavía totalmente conocidos. Pueden ser incertidumbres ligadas al escenario de emisiones escogido, a las proyecciones climáticas, y/o al modelo de cultivo empleado. Así, componentes claves como el efecto del estrés hídrico o térmico sobre los cultivos se puede ver afectado por multitud de factores, requiriendo trabajos experimentales en instalaciones con clima y concentración de CO₂ controlado, como las existentes en el IFAPA–Alameda del Obispo.

Sin embargo, los resultados obtenidos tienen un alto nivel de incertidumbre debido a que los procesos que intervienen no son todavía totalmente conocidos. Pueden ser incertidumbres ligadas al escenario de emisiones escogido, a las proyecciones climáticas, y/o al modelo de cultivo empleado. Así, componentes claves como el efecto del estrés hídrico o térmico sobre los cultivos se puede ver afectado por multitud de factores, requiriendo trabajos experimentales en instalaciones con clima y concentración de CO₂ controlado, como las existentes en el IFAPA–Alameda del Obispo (Foto 1).

Foto 1.- Plantas de maíz dentro de un invernadero de clima controlado situado en el centro IFAPA Alameda del Obispo.

El cultivo de maíz y el cambio climático

El maíz es un cultivo ampliamente cultivado en el mundo, pero su sostenibilidad a medio y largo plazo puede verse afectada por el impacto del cambio climático. Así, su alta dependencia del regadío para su correcto desarrollo en muchas zonas de cultivo, y la alta sensibilidad de su floración a los eventos extremos de temperatura ponen en riesgo su subsistencia en muchas zonas de cultivo actual. Su cultivo se desarrolla durante los meses de primavera y verano, cuando las proyecciones de clima futuro indican un claro aumento de la temperatura.

De este modo, en Andalucía los incrementos de la temperatura comparados con el periodo base (1981-2010) oscilan entre 2ºC (en el periodo 2021-2050) y los 4ºC (en el periodo 2071-2100). Todo esto hace que sea imprescindible un estudio sobre los impactos y adaptaciones al cambio climático específicos para el cultivo de maíz en la península ibérica con el fin de asegurar su sostenibilidad a medio y largo plazo.

La primera fase del estudio ha consistido en cuantificar los impactos del cambio climático sobre el cultivo de maíz. Se han empleado bases de datos meteorológicas procedentes de modelos regionales de clima, los cuales pronostican variables climáticas futuras para la península ibérica basándose en escenarios de emisiones futuras. El uso de estos modelos de clima tiene una serie de ventajas en su empleo en estudios regionales y locales, como la alta resolución espacial, muy importante para regiones con variabilidad orográfica y rodeada de mar como la península ibérica. La siguiente fase fue el desarrollo, calibración y validación de modelos de cultivo empleando datos experimentales que proporcionan información sobre la fenología y la producción del cultivo de maíz. Estos modelos reproducen el desarrollo del cultivo en un amplio intervalo de condiciones meteorológicas, proporcionando fechas fenológicas (emergencia, floración, madurez) y componentes de la producción (biomasa, cosecha).

Integrando modelos de cultivo y de clima se determina que el aumento de temperaturas previsto tiene como consecuencia un acortamiento del ciclo de cultivo de maíz, asincronía y temperaturas extremas durante floración. Todo esto provoca una disminución en la producción, debido al menor tiempo de llenado del grano, a la asincronía entre la aparición del penacho (flor masculina) y las sedas (flor femenina) que dificulta la fecundación de los granos, y a una peor calidad del polen debido a las altas temperaturas (Foto 2). Estos impactos han sido confirmados con trabajo experimental, y así, la ocurrencia de eventos extremos de temperatura generó reducciones en la producción con temperaturas superiores a 35ºC durante floración. Estos daños fueron generados debido a la baja viabilidad del polen y a la senescencia acelerada (Lizaso et al., 2018).

Foto 2.- Detalle del fallo cuajado del grano en una mazorca de maíz.

Como consecuencia de estos efectos, a nivel europeo se determinó que el maíz podría sufrir más por los eventos de sequía que por altas temperaturas, constatando así la vulnerabilidad de este cultivo en situaciones futuras de escasez hídrica (Webber et al., 2018). Centrados en Andalucía, y con un maíz de ciclo FAO 700, se vio que la reducción de cosecha estimada para el periodo 2021-2050 no es especialmente alta, rondando el 1% en el Valle del Guadalquivir, y alcanzando caídas en torno al 5% en zonas de la provincia de Granada (Gabaldón-Leal et al., 2015). Sin embargo, para el periodo 2071-2100 las caídas de producción fueron mayores, llegando al 7 y 20% para el Valle del Guadalquivir y la provincia de Granada, respectivamente (Gráfico 1) (Gabaldón-Leal et al., 2015).

En relación con las necesidades de agua del cultivo de maíz en Andalucía, se estima una reducción media de la evapotranspiración del cultivo (ETc) entre el 10 y el 25% para los periodos futuros evaluados, y como consecuencia de esto, las necesidades de riego bajaran hasta alrededor de un 25% en el valle del Guadalquivir y hasta un 16% la zona de Granada. Estas reducciones en las necesidades de riego fueron acompañadas por un aumento en la productividad del agua de hasta el 22% (Gabaldón-Leal et al. 2015). Esto es debido al adelanto en la fecha de madurez, evitando así los meses más cálidos, pero también a la reducción de la longitud del ciclo de cultivo y a la mejora en la eficiencia en el uso del agua asociada al cierre estomático causado por el aumento de CO₂ en la atmósfera. La pequeña reducción en las producciones comentada anteriormente, junto con la significativa caída en las necesidades de riego hace que la productividad del agua se incremente de forma clara.

Gráfico 1.- Producción por localidades en kg/ha, verde para el periodo control 1981-2010 y blanco para el periodo futuro lejano 2071-2100.

Medidas de adaptación para el cultivo de maíz

Tras el estudio del impacto del cambio climático sobre el cultivo de maíz, se analizaron posibles adaptaciones de los sistemas maiceros que permitan incrementar la sostenibilidad de estos en el tiempo. Así, el adelanto de la fecha de siembra, o la búsqueda de genotipos que tengan mayor duración o tasa de llenado del grano han mostrado resultados prometedores. Esto es debido a que estas medidas permiten escapar al cultivo de eventos extremos o revertir el efecto del acortamiento del ciclo que genera el aumento de temperaturas.

Tras analizar el comportamiento futuro del maíz en Andalucía con diferentes medidas de adaptación, se encontró que un adelanto de la fecha de siembra es capaz de recuperar gran parte de las pérdidas de producción proyectadas para finales de siglo, pero no la totalidad. Por otro lado, escogiendo un cultivar con mayor tiempo y tasa de llenado del grano también se limitan las pérdidas generadas por los impactos.

Sin embargo, estas dos adaptaciones por separado no llegan a recuperar toda la producción que se pierde por el impacto del cambio climático proyectado; en cambio, combinando ambas estrategias se consiguen evitar estas pérdidas e incluso incrementar la producción respecto al periodo base. Así, se encontró que, sembrando 30 días antes una variedad con mayor tiempo de llenado del grano y mayor tasa de llenado, la producción para las localidades del valle del Guadalquivir se redujo ligeramente en el futuro cercano y se incrementó también ligeramente en el futuro lejano. Sin embargo, en Granada la compensación de daños fue menor, y las pérdidas de producción continúan.

En relación con los requerimientos de agua del cultivo de maíz, al emplear medidas de adaptación la evapotranspiración del cultivo aumenta ligeramente comparado con los resultados sin adaptación. En cualquier caso, los valores de evapotranspiración y necesidades de riego siguen siendo menores en el futuro que en el periodo control (Gráfico 2).

En relación con los beneficios de la aplicación de riego al cultivo de maíz en las condiciones climáticas del sur de Europa, se ha estudiado el efecto que tiene este aporte sobre la temperatura de la planta. Se ha comprobado que el riego no solo protege de la sequía, también reduce la gravedad de las olas de calor. Este efecto positivo se consigue ya que al proporcionar humedad en la parte baja de las plantas se crea un efecto mitigador de la temperatura del cultivo ocasionado al emplear la energía disponible en transpirar/evaporar agua. Este efecto hace que se reduzca la temperatura de la superficie de la planta (Gabaldón-Leal et al. 2016).

En cualquier caso, trabajos de investigación a nivel europeo (Webber et al., 2018) muestran la importancia de planificar las medidas de adaptación a escala local. Así, debido a la alta variabilidad de las condiciones climáticas y físicas de los sistemas agrícolas mediterráneos, las recomendaciones generales pueden suponer perjuicios muy importantes a escala local. El empleo de herramientas de ayuda a la toma de decisiones emerge como un instrumento de gran utilidad para asegurar una gestión eficiente de los recursos hídricos que asegure la sostenibilidad de estos sistemas a medio y largo plazo.

Sin embargo, ante un escenario de severas restricciones en el suministro de agua para el regadío, las medidas de adaptación relacionadas con el cambio de cultivo se constituyen como una alternativa útil y que debe ser considerada. Dado que los incrementos en la temperatura en periodos más cálidos crearán aumentos relativamente mayores en la demanda de agua, el uso de cultivos sembrados en otoño (como el trigo) emerge como una alternativa para mejorar la sostenibilidad de los sistemas de cultivo en el sur de Europa. Así, los cereales de invierno sitúan su ciclo de cultivo en meses con temperaturas (y demanda de agua) menores que los de maíz, y por lo tanto podrían ser una alternativa muy válida en condiciones de sequía y restricciones en el suministro de riego.

Gráfico 2.- Necesidades de riego (mm) durante el periodo control (1981-2010), futuro cercano (2021-2050) y futuro lejano (2071-2100), con y sin adaptación, para las cinco localidades analizadas.

Conclusiones

El impacto del cambio climático sobre el cultivo de maíz en las condiciones del sur de Europa podría ser reducido, pero siempre y cuando se apliquen de forma correcta algunas medidas de adaptación. Así, medidas relacionadas con la fecha de siembra y el regadío consiguen que los impactos pudieran ser muy limitados en el futuro. Sin embargo, esta reducción de los impactos podría verse amenazada si la disponibilidad de agua para el riego del maíz se ve reducida, lo cual podría ser muy probable, no solo por la reducción de precipitaciones sino también por la mayor competencia por los recursos hídricos de otros cultivos y sectores. Ante esta situación la búsqueda de cultivos alternativos con menores requerimientos de riego será imprescindible, y comprometería la subsistencia del cultivo de maíz en algunas zonas del sur de Europa.

Bibliografía

Christensen, J.H., Christensen, O.B., 2007. A summary of the PRUDENCE model projections of changes in European climate by the end of this century. Clim. Change 81, 7–30.

Gabaldón-Leal, C., Lorite, I.J., Mínguez, M., Lizaso, J., Dosio, A., Sánchez, E., Ruiz-Ramos, M., 2015. Strategies for adapting maize to climate change and extreme temperatures in Andalusia. Spain. Clim. Res. 65, 159–173.

Gabaldón-Leal, C., Webber, H., Otegui, M. E., Slafer, G. A., Ordóñez, R. A., Gaiser, T., ... & Ewert, F. (2016). Modelling the impact of heat stress on maize yield formation. Field Crops Research, 198, 226-237.

IPCC. 2014. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Core Writing Team, Pachauri RK, Meyer LA (eds). IPCC: Geneva, Switzerland, 151 pp.

Lizaso, J. I., Ruiz-Ramos, M., Rodríguez, L., Gabaldon-Leal, C., Oliveira, J. A., Lorite, I. J., ... & Rodríguez, A. (2018). Impact of high temperatures in maize: Phenology and yield components. Field Crops Research, 216, 129-140.

Webber, H., Ewert, F., Olesen, J. E., Müller, C., Fronzek, S., Ruane, A. C., ... & Wallach, D. (2018). Diverging importance of drought stress for maize and winter wheat in Europe. Nature communications, 9 (1), 1-10.