Un equipo de científicos especializados en medio ambiente y agricultura ha revelado que las emisiones de gases de efecto invernadero generadas por los arrozales han experimentado un incremento dramático en las últimas seis décadas, según un estudio publicado recientemente. La investigación, liderada por Hanqin Tian, director y profesor del Centro para la Ciencia del Sistema Terrestre y Sostenibilidad Global de Boston College, junto con Jingting Zhang, Pep Canadell del CSIRO y Shufen Pan, documenta cómo este cultivo esencial se ha convertido en un contribuyente significativo al cambio climático.

El arroz alimenta a más de la mitad de la población mundial, desde los campos en terrazas del sudeste asiático hasta las áreas irrigadas de China e India, constituyendo la base de las comidas diarias de miles de millones de personas. Sin embargo, los mismos suelos inundados que permiten que el arroz prospere también crean condiciones ideales para que los microbios liberen gases que calientan el clima, según explica el estudio.

Las emisiones promediaron aproximadamente 1.100 millones de toneladas de dióxido de carbono equivalente por año durante la década de 2010, lo que representa un aumento de casi el doble desde los años 60. Esta magnitud convierte al cultivo de arroz en la mayor fuente de emisiones en la agricultura fuera del sector ganadero, según los investigadores.

Las causas del aumento de emisiones son dobles: la expansión del área de cultivo de arroz y la intensificación de las prácticas de manejo. Poco más de la mitad del aumento global proviene de la expansión de las áreas de cultivo. En África, por ejemplo, el área dedicada al cultivo de arroz se ha duplicado aproximadamente desde la década de 1960, impulsando un aumento doble en las emisiones de metano en la región, según el estudio.

Simultáneamente, los agricultores están utilizando más fertilizantes y enmiendas orgánicas, como paja y estiércol, plantando variedades de arroz más productivas y cultivando las plantas más juntas. El resultado es más arroz, pero también más emisiones de gases de efecto invernadero, según los investigadores.

Una práctica en particular ha sido identificada como especialmente problemática: dejar los tallos de arroz en el campo después de la cosecha y luego ararlos en el suelo para mejorar la fertilidad. Esta técnica fue responsable de aproximadamente el 18% del aumento en las emisiones netas generales del arroz desde la década de 1960, según el estudio. La razón es que aumenta la materia orgánica en el suelo, que los microbios luego descomponen, creando más emisiones de metano.

El aumento de las temperaturas globales acelera aún más la actividad microbiana en los suelos, lo que significa emisiones todavía mayores, advierten los científicos.

El fertilizante es otro contribuyente importante a las emisiones. El uso de nitrógeno sintético aumentó aproximadamente un 76% después del año 2000, impulsando el óxido nitroso, otro potente gas de efecto invernadero. Esto contribuyó aproximadamente el 9% del aumento en las emisiones netas globales totales de actividades humanas, según el estudio.

Las prácticas de riego también afectan las emisiones. En el pasado, los arrozales irrigados se mantenían inundados durante toda la temporada de crecimiento, resultando en emisiones constantes de gases de efecto invernadero producidos por microbios que prosperan en el ambiente húmedo. Sin embargo, en las últimas dos décadas, más agricultores han utilizado inundación intermitente, drenando sus campos periódicamente.

Este cambio ha reducido las emisiones de metano en comparación con mantener los arrozales continuamente inundados. No obstante, los investigadores encontraron un ligero aumento en las emisiones de óxido de nitrógeno a medida que los suelos alternaban entre húmedo y seco, lo que induce a los microbios a transformar el nitrógeno en materia orgánica en gases de óxido de nitrógeno, particularmente óxido nitroso.

Para realizar una estimación global creíble, el equipo de investigación combinó tres enfoques metodológicos. Un modelo informático de ecosistemas permitió simular el crecimiento de cultivos, las condiciones del agua y los procesos del suelo para estimar cambios en metano, óxido nitroso y carbono del suelo conjuntamente. Un modelo de aprendizaje automático impulsado por 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 sitios de experimentos de campo proporcionó evidencia directa de cómo prácticas como el riego, el uso de fertilizantes y la gestión de residuos de cultivos afectan las emisiones.

Juntos, estos métodos permitieron cuantificar las emisiones desde 1961 hasta 2020, determinar qué impulsó esas emisiones y probar el potencial de técnicas de mitigación bajo condiciones climáticas futuras, según explican los autores.

Existen formas de reducir las emisiones de la producción de arroz sin sacrificar el rendimiento. El estudio encontró que reducir el uso de fertilizantes y aplicaciones de 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 del arroz en aproximadamente un 10% para mediados de siglo.

Los investigadores se sorprendieron al descubrir que reemplazar fertilizantes químicos con opciones más orgánicas no siempre es mejor desde una perspectiva de gases de efecto invernadero, aunque 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 demasiado puede aumentar las emisiones de metano y acelerar la pérdida de carbono del suelo, según el estudio.

Otra opción es convertir parte del residuo en biocarbón, quemándolo bajo condiciones de bajo oxígeno antes de mezclarlo en suelos inundados. El biocarbón puede ayudar a estabilizar el carbono del suelo y reducir las emisiones de metano, según los investigadores.

Mejorar la gestión del agua puede ser una herramienta poderosa para reducir emisiones. Drenar periódicamente los campos reduce la producción de metano, aunque puede aumentar ligeramente las emisiones de óxido nitroso. Esta estrategia es particularmente efectiva en regiones con infraestructura de riego confiable, incluidas grandes partes de Asia, según el estudio.

Gestionar el uso de fertilizantes también es una estrategia de mitigación efectiva, particularmente en sistemas altamente fertilizados, incluidas partes de China y el sur de Asia. El exceso de nitrógeno aumenta el óxido nitroso sin un aumento claro en los rendimientos de los cultivos y aumenta la contaminación del agua. Reducir la aplicación excesiva de nitrógeno reduce las emisiones y la contaminación del agua, y ahorra dinero a los agricultores en el proceso, según los investigadores.

Los efectos de la labranza, la práctica de arar el suelo entre temporadas de cultivo, tienen grandes diferencias regionales. Reducir la labranza a menudo se promueve como amigable con el clima, pero los investigadores encontraron que no siempre minimiza las emisiones netas en sistemas inundados. En arrozales en zonas templadas, incluida gran parte de Estados Unidos y China, las condiciones más frías pueden limitar la producción de metano, permitiendo que los beneficios del carbono del suelo de la labranza reducida superen el riesgo de metano. Sin embargo, en sistemas más cálidos y persistentemente inundados, las condiciones de bajo oxígeno pueden impulsar la actividad microbiana, aumentando la producción de metano y acelerando la pérdida de carbono del suelo.

En general, los investigadores encontraron que ninguna práctica única funciona en todas partes. Cada región necesitará evaluar las prácticas más efectivas para reducir emisiones, según concluye el estudio.

La conclusión es tanto esperanzadora como sobria: conjuntos específicos de prácticas optimizadas pueden ofrecer reducciones significativas de emisiones sin perder rendimientos de arroz, pero la reducción global total posible es modesta, según los autores. Para reducir las emisiones aún más se requerirá 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.

El estudio fue publicado originalmente en The Conversation bajo una licencia Creative Commons y representa el trabajo colaborativo de investigadores del Centro para la Ciencia del Sistema Terrestre y Sostenibilidad Global de Boston College y CSIRO Environment.