Agricultura y Cambio climático; el probable efecto del CO2 atmosférico sobre la nutrición mineral de plantas
El dióxido de carbono (CO2) es un gas de efecto invernadero (GEI) cuya concentración en la atmósfera se ha incrementado sostenidamente desde 280 ppm a inicios de la revolución industrial hasta 400 ppm en la actualidad. De acuerdo a los modelos predictivos, la concentración de este GEI se duplicará a fines del presente siglo, posicionando al CO2 como uno de los principales contribuyentes al cambio climático global.
Aun cuando no existe duda respecto a que el elevado CO2 (eCO2) favorecerá la fotosíntesis en la mayoría de las especies vegetales, particularmente especies C3, su efecto sobre la biomasa y la productividad de los cultivos es menos predictivo debido a las múltiples interacciones que normalmente ocurren entre el CO2 atmosférico y otras variables del ambiente.
Entre las interacciones con el ambiente, el efecto de la fertilización con CO2 está condicionado por la nutrición mineral debido al fuerte control de los nutrientes en la estimulación del crecimiento de las plantas. Como consecuencia, el proyectado incremento en productividad atribuible a la fertilización con CO2 puede no ser realista, y estar sobre ponderado debido a que los nutrientes requeridos para sostenerlo exceden las tasas estimadas de suplemento disponible en el suelo [1].
Esta relación entre el eCO2 y la nutrición mineral de plantas ha sido escasamente revisada en la literatura, y es relevante en un escenario de cambio climático particularmente en ambientes con escasa pluviometría, o en suelos donde la disponibilidad de nutrientes es naturalmente baja.
Efecto del eCO2 en la absorción de nutrientes
La evidencia indica que el eCO2 reduce la conductancia estomática induciendo cierre parcial de estomas en hojas. Esta respuesta fisiológica aumentaría la eficiencia de uso del agua por los cultivos debido a la disminución en la transpiración. Como consecuencia, se reduciría la adquisición de nutrientes cuya movilidad en el suelo depende del flujo de masas impulsado por la transpiración [2].
Entre los nutrientes que se mueven por flujo de masas, la evidencia de la literatura indica que la reducción de mayor magnitud ocurre en la adquisición de nitrógeno (N). En tanto, la información no es consistente respecto al efecto del eCO2 en otros nutrientes probablemente por problemas metodológicos derivados del escaso número de observaciones y de ambientes que tienden a subestimar el real impacto sobre la nutrición de plantas.
Recientemente, la utilización de metodologías que incorporan un gran número de réplicas, genotipos y condiciones ambientales, conocidas como meta-análisis, han permitido estimar con mayor precisión el real efecto del eCO2 sobre la adquisición de elementos minerales por las plantas.
Relevante en este nuevo enfoque metodológico ha sido la utilización de ambientes más naturales para la provisión de CO2, como los sistemas OTC (Open Top Chamber) y FACE (Free Air CO2-Enrichment). Entre ambos sistemas, FACE está entregando información más ajustada a la realidad al permitir que el CO2 interaccione con todos los factores del ambiente (ver Figura principal).
Efecto del eCO2 en el valor nutricional de la producción
Utilizando meta-análisis con información generada desde miles de observaciones alrededor del mundo con técnicas OTC o FACE en 130 especies/cultivares C3, se determinó que el eCO2 reduce 8% la concentración promedio de minerales en la planta (el ionoma). Entre los nutrientes, la reducción fue de mayor impacto en el N, y afectó también a elementos que no necesariamente se mueven por flujo de masas en el suelo, como el fósforo (P) o el potasio (K) (Figura 1) [3].
Resultados similares se informan en meta-análisis realizados en el grano de trigo, en donde el N, hierro (Fe) y zinc (Zn) fueron los más afectados [4]. Este estudio muestra que, si bien la concentración (mg g-1) de todos los minerales se reduce en respuesta a eCO2, estos se incrementan cuando se expresan por unidad de superficie (g m-2) indicando mayor absorción de nutrientes desde el suelo (Figura 2) [4].
La significativa reducción en la concentración de N en respuesta al eCO2, atribuible a un efecto de dilución y que explica la reducción en la concentración de proteínas observada en muchas especies, va a alterar la estequiometría (proporción) de los nutrientes en la planta, y probablemente las recomendaciones de fertilización.
Este efecto del eCO2 sobre el N (y la proteína), así como sobre otros minerales esenciales en la nutrición de las plantas, puede tener un impacto significativo en la nutrición humana. Particular mención se debe hacer a la reducción en la concentración de Fe y Zn en el grano de cereales, si se considera que estos minerales son deficientes en la dieta de gran parte de la población mundial [5].
El descubrimiento que el eCO2 afecta la calidad nutricional de la producción es una nueva evidencia de la dificultad de predecir las implicancias del cambio climático global sobre la productividad de los cultivos, e impone nuevos desafíos para reducir su impacto sobre la agricultura y la salud humana.
PHLOEM, Abril de 2017
www.phloem.cl
Referencias
- Wieder WR, Cleveland CC, Smith WK, Todd-Brown K. 2015. Future productivity and carbon storage limited by terrestrial nutrient availability. Nat. Geosci. 8: 441–444. doi:10.1038/ngeo2413.
- McGrath JM, Lobell DB. 2013. Reduction of transpiration and altered nutrient allocation contribute to nutrient decline of crops grown in elevated CO2 concentrations. Plant Cell Environ. 36: 697–705.
- Loladze I. 2014. Hidden shift of the ionome of plants exposed to elevated CO2 depletes minerals at the base of human nutrition. eLife: e02245. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.02245.
- Broberg MC, Högy P, Pleijel H. 2017. CO2-induced changes in wheat grain composition: meta-analysis and response functions. Agronomy 7: 32. doi:10.3390/agronomy7020032.
- Myers SS, Zanobetti A, Kloog I, et al. 2014. Increasing CO2 threatens human nutrition. Nature 510: 139-143.