Proyecto: Impactos del cambio climático (reducción de la precipitación y aumento de la temperatura) en suelos y comunidades de herbáceas sujetos a distintos manejos

Los modelos científicos nos indican que en las próximas décadas nos vamos a enfrentar a cambios en variables climáticas a una tasa desconocida en nuestro planeta (IPCC 2013). Además de un incremento en la variabilidad climática, los modelos predicen para la cuenca Mediterránea un incremento de la temperatura entre 2 y 4 ºC y un descenso de la precipitación entre el 25 y 35% para el año 2100 (Giorgi y Lionello, 2007). Este cambio es demasiado rápido en comparación con el tiempo que necesitan las especies vegetales y animales en adaptarse a cambios ambientales. Desde el punto de vista de la biodiversidad esta falta de sincronía entre cambio climático y capacidad de adaptación llevará a cambios en el rango de distribución de muchas especies, y con toda probabilidad a la extinción de muchas de ellas, procesos que ya se están observando a escala global (Urban, 2015). El cambio climático también afectará al rendimiento de las especies de interés agrícola, especialmente a la agricultura de secano donde el aporte del agua de la precipitación es fundamental para la producción agrícola. Los cultivos de regadíos también se verán afectados por la reducción de precipitación porque en muchos casos la necesidad de riego se incrementará. Ambos tipos de cultivos, de secano y de regadío, se verán afectados por el incremento de la temperatura, que afectará a la fisiología de la planta y a los procesos microbianos que mantienen los flujos de nutrientes en el suelo, y que son responsables de su disponibilidad para las plantas. Además, el incremento de temperatura, afectará a otras especies que interaccionan con los cultivos, por ejemplo, especies vegetales competidoras o parásitas, especies animales depredadoras, parásitas o mutualistas (como polinizadores o dispersores de frutos) o microorganismos simbiontes, como los presentes en los nódulos de las leguminosas o la asociación entre planta y hongo micorrízico. Todo ello genera un escenario de incertidumbre que obliga a plantearse qué variedades y qué tipo de gestión agrícola es el más apropiado en un contexto de adaptación al cambio climático.

Muchas de las variedades agrícolas que se utilizan hoy en día han sido seleccionadas por su crecimiento rápido, con el objetivo de maximizar la producción al menor coste posible. Estos cultivos requieren normalmente de un abonado y regado intenso que mantenga estas tasas de producción alta, además del aporte de insecticidas y pesticidas que eliminen cualquier daño a la cosecha. En general las especies de crecimiento rápido son poco tolerantes al estrés, y es por ello que, ante un escenario de rápido cambio climático, la cantidad de insumos necesarios para mantener estos cultivos puede aumentar. Por el contrario, las variedades de crecimiento lento, muchas de ellas variedades locales en riesgo de desaparición, son más resistentes al estrés, y necesitan menos recursos hídricos y nutricionales, y aunque la producción es menor, pueden ser una alternativa mejor en un escenario de cambio climático. Por otro lado, la agricultura ecológica, conserva una rica flora y fauna edáfica asociada a las entradas de materia orgánica que aumenta la resiliencia a cambios climáticos y a la entrada de nuevos patógenos, plagas o especies invasoras.

Además de cultivos agrícolas más o menos intensivos, existen ecosistemas áridos que desempeñan un papel importante en la producción de alimentos en muchas regiones del planeta como los cultivos de raíces y tubérculos de altiplanos andinos, las estepas cerealistas de Norteamérica y Australia o gran parte de los agroecosistemas de secano de la cuenca mediterránea. En el actual contexto de Cambio Global, el funcionamiento de estos ecosistemas que sustentan la producción de alimentos es clave tanto para la mitigación como para la adaptación, en concreto al cambio climático (ej. Borron, 2006). Estos cambios climáticos conllevarán grandes efectos en la biodiversidad de grandes zonas del planeta (Maestre et al., 2012) y por tanto en las funciones y servicios ecosistémicos, como el abastecimiento de alimentos, generados por estos ecosistemas.

Una de las propuestas socio-técnicas que está cobrando fuerza para la mejora de la gestión tanto de cultivos como de agroecosistemas y los recursos que los sustentan en el contexto del cambio climático, es la agroecología. Se trata por un lado de una aproximación científica y por otro como una forma de abordar la agricultura incluyendo la dimensión social, muy relacionada con el desarrollo rural socio ecológicamente sostenible (Altieri, 1989; Wezel et al., 2009). La agroecología aplica los principios y conceptos ecológicos al diseño y gestión de los sistemas agrícolas sostenibles (Gliessman et al., 2017) para sustituir los insumos convencionales de nitrógeno, fósforo, pesticidas y combustibles fósiles para el laboreo en profundidad, por la restauración de las funciones propias de los ecosistemas que permiten la circulación de nutrientes, el control de la erosión, el control biológico de plagas, las asociaciones favorables entre especies, la regulación hídrica y el uso de energías renovables (Farley et al., 2012). Tanto la diversidad biológica silvestre como la cultivada (agrobiodiversidad) desempeñan un papel esencial en la sostenibilidad de los agroecosistemas (Altieri et al., 1989), pues están muy relacionadas con el funcionamiento de la huerta, por ejemplo en procesos de control de plagas, reciclado de nutrientes o polinización (ej. Motzke et al., 2013). La agroecología se propone además como herramienta para la fijación de C en suelos, incluso restaurándolos en algunos casos para mejorar la productividad (Borron, 2006; Lal, 2010).

Sin embargo, existe muy poca información sobre el efecto que el cambio climático tendrá para especies de interés agrícola en nuestro entorno geográfico, y como variedades locales y tratamientos no convencionales influirán sobre la producción de alimentos basada en estas especies. Por ello, se hace necesario evaluar las posibles alteraciones inducidas por el cambio climático en suelos sujetos a distintas formas de manejo agrario, y cómo estas alteraciones pueden a su vez determinar la productividad de cultivos y agroecosistemas, y sus respuestas a cambios en los patrones de temperaturas y precipitaciones. Especialmente en ecosistemas áridos y semiáridos, como los presentes en la cuenca mediterránea, los cultivos dependerán cada vez más de las precipitaciones como única fuente de agua, por ello, para garantizar la capacidad de producir alimentos en estos ecosistemas, será fundamental la gestión encaminada a optimizar al máximo la eficiencia en el uso de agua (Turner, 2004).

Objetivo

Por todo lo expuesto anteriormente, el principal objetivo del presente proyecto será caracterizar el efecto de dos tipos de impactos del cambio climático (reducción de las precipitaciones y aumento de la temperatura) y la combinación de ambos, sobre la funcionalidad del suelo y sobre comunidades herbáceas y especies y variedades de interés agrícola, en ambientes con baja disponibilidad hídrica y bajo distintos tipos de manejo. En concreto se explorará las dos siguientes hipótesis:

  • Las variedades locales serán más resilientes (mayor resistencia a plagas y menores oscilaciones del crecimiento y de la producción) a los cambios previstos en temperatura y precipitación que las variedades
  • Las especies cultivadas con los criterios empleados en la agricultura ecológica mostrarán también mayor resiliencia a los cambios en temperatura y precipitación previstos con el cambio climático.

 

El proyecto pretende estudiar diferentes tipos de especies y tratamientos entre los que se encuentran:

  • Diferentes comunidades herbáceas: pastizal y cultivo;
  • Diferentes tipos de especies cultivadas;
  • Diferentes variedades cultivadas: comerciales y tradicionales, importadas y autóctonas;
  • Cultivos con diferentes tipos de fertilizantes: de origen orgánico y sintético;
  • Diferentes estructuras de cultivos: monocultivo y cultivo

En concreto, evaluaremos cómo los cambios en temperatura y precipitación previstos afectarán a las características de suelos y plantas:

  • Cambios en las tasas de crecimiento relativo de las especies
  • Cambios en las tasas de depredación /parasitismo.
  • Cambios en la actividad microbiológica del suelo

Contextualización en el CEI CamBio

El presente proyecto se enmarca en uno de los objetivos del Campus de Excelencia Internacional de Medio Ambiente, Biodiversidad y Cambio Global (CEI CamBio), el de “promocionar una ciencia integradora, que aúne las distintas ramas del saber, desde una aproximación de síntesis de las cuestiones ambientales que responda a los retos del Cambio Global para producir conocimiento nuevo y útil a la sociedad, que especialice y diferencie al CEI CamBio.”

El Cambio Global afecta a la multifuncionalidad de los ecosistemas a través de diferentes impulsores directos de cambio (Cardinale et al., 2012), definidos como cualquier factor de origen antrópico que altera directamente el funcionamiento de los ecosistemas (Millennium Assessment, 2005). En España, la intensificación de los usos del suelo y el cambio climático constituyen los dos impulsores directos de cambio que mayor presión ejercen sobre la biodiversidad (Evaluación de los Ecosistemas del Milenio de España, 2011). Integrando investigación en Ecología y en Agroecología, el presente proyecto pretende contribuir a arrojar luz sobre los retos que plantea el cambio climático en agroecosistemas en zonas áridas y posibles formas de abordarlos.

Zona de estudio

El presente proyecto se desarrollará en el Campus de la Universidad Pablo de Olavide, en la provincia de Sevilla, donde la temperatura media anual ronda los 18ºC y la precipitación media anual los 650mm, distribuidas según el patrón típico del clima mediterráneo con veranos muy calurosos y secos.

La parcela cedida por la Universidad Pablo de Olavide para este proyecto ocupa una superficie total de entorno a los 500 m2.

Métodos

Para llevar a cabo la investigación propuesta contaremos como 26 cúpulas (“open top chambers”) de 1,2×1,2m que aumentarán la temperatura 2-­‐3ºC y 26 cubiertas de reducción de la precipitación que reducirán ésta en cerca de un 35% (Maestre et al. 2013). Cada parcela estará separada 1,5 de las adyacentes.

De esta forma contaremos con 4 tratamientos con 13 parcelas cada uno:

  • Aumento de la temperatura
  • Reducción de la precipitación
  • Combinación del aumento de la temperatura y la reducción de la precipitación
  • Control

Durante la fase de diseño muestral evaluaremos la posibilidad de abordar en años consecutivos, distintos escenarios de manejo: comunidad actual de vegetación y cultivos con distintas variedades (comerciales/convencionales – locales/tradicionales), distinto manejo del suelo (mayor o menor laboreo), distintos fertilizantes (abono de origen animal – sintético).

Las variables micrometeorológicas medidas serán:

  • Humedad relativa y temperatura del aire
  • Humedad del suelo
  • Volumen de precipitación

Equipo de trabajo

El presente proyecto está coordinado por el Catedrático del Área de Ecología Antonio Gallardo Correa y el Profesor Titular del Área de Ecología Luis Villagarcía Saiz. Asimismo, se contratará un investigador postdoctoral a tiempo completo con formación de grado en Biología y de posgrado y Doctorado en Ecología, y preferiblemente con experiencia en Agroecología.