Biomes and Ecosystems Supporting Agriculture

Los biomas y los ecosistemas proporcionan la base biofísica fundamental sobre la que se construyen todos los sistemas agrícolas. Desde el ciclo de nutrientes realizado por los microorganismos del suelo hasta los patrones climáticos regionales conformados por vastos sistemas forestales, la agricultura depende de una compleja red de procesos naturales. Entendiendo cómo los distintos biomas y ecosistemas apoyan la agricultura son esenciales para optimizar la productividad, aumentar la resiliencia contra el cambio climático y desarrollar prácticas sostenibles de ordenación de la tierra que trabajen con la naturaleza en lugar contra ella.

La relación entre la agricultura y los ecosistemas naturales no es unilateral, mientras que la agricultura se basa en los servicios de los ecosistemas, las prácticas agrícolas también reestructuran los paisajes, alteran la composición del suelo e influyen en la biodiversidad. Reconociendo esta interdependencia permite a los agricultores, a los agronomistas y a los encargados de formular políticas tomar decisiones informadas que equilibran la producción de alimentos con la administración ecológica.

Principales biomas Apoyo a la Agricultura

Los biomas son comunidades ecológicas de gran escala definidas por el clima, la vegetación y las características del suelo. No todos los biomas son igualmente adecuados para la agricultura, pero varios proporcionan condiciones que han apoyado la agricultura humana durante milenios. Los biomas más importantes en la agricultura incluyen bosques templados, pastizales, sabanas, regiones mediterráneas y zonas selectas dentro de zonas subtropicales. Cada bioma presenta una combinación distinta de ventajas y limitaciones que dan forma a las prácticas agrícolas.

Bosques templados

Los bosques templados, encontrados en gran parte de Europa, el este de América del Norte y partes del este de Asia, se caracterizan por temperaturas moderadas, precipitaciones bien distribuidas y suelos profundos y fértiles. Estas condiciones favorecen una amplia gama de cultivos, incluyendo granos como trigo y cebada, semillas de aceite como canola y soja, y frutas perennes como manzanas y peras.

Los suelos en bosques templados, en particular los alfisols y los mollisoles, se desarrollan a partir de la acumulación de materia orgánica de la basura de hoja y la descomposición de raíces. Estos suelos son naturalmente fértiles y bien estructurados, proporcionando buena infiltración de agua y penetración de raíces. Sin embargo, la agricultura intensiva en estas regiones ha llevado a la disminución de la materia orgánica del suelo, compactación y erosión en muchas zonas, lo que hace que hace falta de la conservación.

Grasslands

Los pastizales, incluyendo las praderas de América del Norte, las estepas de Eurasia y las pampas de América del Sur, están entre las regiones agrícolas más productivas de la tierra. Estos biomas reciben precipitaciones moderadas, típicamente entre 250 y 800 milímetros anuales, y experimentan veranos calientes e inviernos fríos. La vegetación nativa, dominada por hierbas y forbes, ha creado sobre milenios de granos profundos ricos orgánicos conocidos como baños frívolos

La región de la pradera norteamericana, por ejemplo, produce una parte sustancial del trigo, el maíz y la soja del mundo. Los sistemas de raíces profundas de las hierbas nativas de la pradera contribuyeron a los niveles de carbono orgánico del suelo que permanecen altos incluso después de décadas de cultivo. Los pastizales también son de importancia crítica para pastorear ganado, apoyar la producción de carne de vaca y leche en vastas zonas donde la cosecha de tierra no es factible.

La agricultura de pastizal se enfrenta a desafíos, especialmente la erosión del viento y del agua cuando se rompe el páramo nativo para la cultivo anual. El cúmulo de polvo de los años 30 en los Estados Unidos sigue siendo un recordatorio inestable de los riesgos asociados a la conversión de pastizales a la agricultura intensiva sin medidas adecuadas de conservación del suelo. La ordenación moderna de pastizales hace cada vez más hincapié en mantener la cubierta perenne, mantener residuos en la superficie del suelo e integrar la ganadería con la producción de cultivos a patrones de cultivo a la producción de cultivo.

Savannas

Los sávannas, que cubren grandes porciones de África subsahariana, Sudamérica y Australia septentrional, se caracterizan por una mezcla de hierbas y árboles dispersas con distintas estaciones húmedas y secas. Estos biomas apoyan la agricultura de cultivos y la producción ganadera, aunque la agricultura a menudo se ve limitada por una precipitación baja e impredecible, altas temperaturas y suelos menos fértiles que los de las regiones templadas.

La agricultura en las regiones de sabana depende en gran medida del tiempo y la fiabilidad de las precipitaciones. Los agricultores deben navegar por el riesgo de sequías e intensas precipitaciones que pueden causar erosión del suelo y el lixiviamiento de nutrientes. Las prácticas agroforestales, que integran los árboles con cultivos y ganado, han demostrado ser eficaces en los sistemas de sabanas mejorando la fertilidad del suelo mediante la fijación de nitrógenos, proporcionando sombra que reduce el estrés hídrico y diversificando los ingresos agrícolas mediante variedades de madera y la producción de cultivos.

Biomes mediterráneos

Los biomas mediterráneos, que se encuentran en regiones como el sur de Europa, California, el centro de Chile, la región del Cabo de Sudáfrica y el suroeste de Australia, se definen por inviernos suaves y húmedos y veranos secos. Estas condiciones son ideales para cultivos que prosperan en una temporada de invierno y toleran sequías de verano, incluyendo trigo, cebada, olivos, uvas, cítricos y diversas nueces.

El riego es una característica definitoria de la agricultura mediterránea, ya que la precipitación es insuficiente para la mayoría de los cultivos anuales. El desarrollo de sistemas de riego eficientes, como riego por goteo y micro-aprendices, ha permitido a los agricultores mantener altos rendimientos al minimizar el uso de agua. Sin embargo, la escasez de agua y la competencia para los recursos hídricos de los usuarios urbanos e industriales son desafíos continuos.

Biomes tropicales y subtropicales

Las selvas tropicales y las zonas subtropicales presentan tanto oportunidades como limitaciones para la agricultura. Si bien estas regiones reciben abundantes precipitaciones y calor durante todo el año, lo que permite un crecimiento continuo de las plantas, los suelos suelen estar muy climatizados, ácidos y bajos en fertilidad nativa debido a la rápida descomposición y al alcantarillado de nutrientes. La mayoría de los nutrientes en las selvas tropicales se almacenan en la biomasidad viviente en lugar del suelo, haciendo la agricultura de corteza y que se que se que se quema.

A pesar de estas limitaciones, los biomas tropicales apoyan una producción agrícola significativa de productos básicos como el aceite de palma, el caucho, el cacao, el café, la caña de azúcar y las frutas tropicales. Los sistemas de plantación son comunes, pero pueden conducir a la deforestación, pérdida de biodiversidad y degradación del suelo si no se administran sosteniblemente. Los sistemas de café y cacao cultivados de afeitado, que preservan el ciclismo y el hábitat para la vida silvestre, representan un enfoque más ecológicamente racional.

Condiciones de suelo y clima

La productividad de la tierra agrícola se determina principalmente por la calidad del suelo y las condiciones climáticas, que interactúan de manera compleja, influyendo en qué cultivos pueden cultivarse, cuánto rendimiento se puede esperar y qué prácticas de gestión son necesarias para sostener la producción a largo plazo. Entendir estas interacciones es esencial para tomar decisiones informadas sobre el uso de la tierra, la selección de cultivos y la gestión de insumos.

Tipos de suelo y potencial agrícola

El suelo no es un medio uniforme. Sus propiedades físicas, químicas y biológicas varían ampliamente entre biomas e incluso dentro de campos individuales. Los suelos más fértiles para la agricultura, como los mollisoles encontrados en pastizales y alfisoles encontrados en bosques templados, se caracterizan por un alto contenido de materia orgánica, una buena estructura, disponibilidad de nutrientes adecuada y una capacidad favorable para el agua.

En cambio, los óxidos, comunes en regiones tropicales, están muy climatizados y ácidos, con baja fertilidad nativa. Requieren insumos significativos de cal, fertilizante y materia orgánica para ser productivos para el cultivo anual. Vertisols, encontrados en regiones con distintas estaciones húmedas y secas, tienen alto contenido de arcilla que los hace hinchar cuando se seca, planteando retos para la sal y el crecimiento de raíz.

La textura del suelo, que se refiere a las proporciones relativas de arena, silencia y arcilla, influye en la infiltración de agua, el drenaje y la retención de nutrientes. Los suelos abundantes, con una mezcla equilibrada de tamaños de partículas, son generalmente considerados ideales para la agricultura. Los suelos arenosos se agotan rápidamente y son propensos a la lixiviación de nutrientes, mientras que los suelos de arcilla pueden ser influenciados y difíciles de la actividad de contenido en agregados.

Climate Factors

El clima determina la energía y el agua disponibles para el crecimiento de las plantas, así como la duración de la temporada en crecimiento y los riesgos asociados con fenómenos meteorológicos extremos. Las variables climáticas clave que afectan a la agricultura incluyen temperatura, precipitación, radiación solar y humedad atmosférica. Cada especie de cultivo tiene requisitos específicos y tolerancias para estas variables, y la agricultura exitosa depende de la selección de cultivos a las condiciones climáticas locales.

La temperatura influye en la tasa de desarrollo de plantas, incluyendo germinación, expansión de hojas, floración y maduración de frutas. Los cultivos son categorizados a menudo por sus necesidades de temperatura, como cultivos de temporada fría como el trigo y la cebada, que funcionan mejor a temperaturas entre 15°C y 20°C, y cultivos de temporada caliente como maíz y algodón, que prosperan a temperaturas entre 25°C y 35°C.

La precipitación proporciona el agua que las plantas necesitan para el crecimiento y desarrollo. La cantidad, el tiempo y la fiabilidad de las precipitaciones son factores críticos. Regiones con precipitaciones adecuadas y bien distribuidas, como bosques templados y pastizales, son generalmente más adecuadas para la agricultura de lluvia que zonas con precipitación baja o muy variable, como las sabanas y las zonas mediterráneas.

La radiación solar genera fotosíntesis y determina la producción potencial de biomasa. Los cultivos cultivados en regiones con radiación solar alta, como áreas tropicales y subtropicales, tienen el potencial de altos rendimientos si el agua y los nutrientes no están limitando. Sin embargo, la radiación excesiva también puede causar estrés térmico y fotoinhibición, especialmente en cultivos adaptados a entornos de menor luz. La humedad atmosférica afecta las tasas de transpiración y la incidencia de enfermedades; la humedad alta.

Microclima y Variabilidad Local

Dentro de un bioma dado, topografía local, elevación, aspecto de pendiente, y proximidad a los cuerpos de agua crean microclimas que pueden diferir significativamente del clima regional. Estos microclimas influyen en el potencial agrícola a escala agrícola. Las pendientes de cara sur en el hemisferio norte reciben más radiación solar y son más calientes y más secos, haciéndolos adecuados para cultivos amantes del calor, mientras que las pendientes de cara norte son suelos más frescos y moister.

Ecosystem Services Supporting Agriculture

La agricultura no opera aisladamente de los ecosistemas naturales que la rodean. Los ecosistemas saludables proporcionan una amplia gama de servicios esenciales para la productividad y sostenibilidad agrícolas. Estos servicios incluyen polinización, regulación de plagas, ciclismo de nutrientes, filtración y retención de agua, formación y conservación del suelo, y regulación del clima.El valor de estos servicios es enorme, pero a menudo se dan por sentado hasta que se trastorne por la pérdida de hábitat, la contaminación o prácticas agrícolas insostenibles.

Pollination

La polinización es uno de los servicios más críticos de los ecosistemas para la agricultura. Se estima que el 75% de los principales cultivos alimentarios del mundo, incluyendo frutas, verduras, nueces y semillas de aceite, se benefician de la polinización animal. Las abejas, las abejas administradas y las abejas nativas silvestres, son los polinizadores más importantes, pero las mariposas, las polinización dependen de muchos cultivos anuales.

Los servicios de polinización silvestre son particularmente valiosos porque a menudo complementan la polinización administrada y proporcionan un amortiguador contra las pérdidas de colonias de abejas. Los hábitat naturales adyacentes a tierras agrícolas, como los hedgerows, los bosques, los márgenes de campo y las tiras de floración, apoyan a las comunidades polinizadoras diversas proporcionando sitios de anidación y recursos de forraje durante toda la temporada.

Las prácticas agrícolas que reducen el uso de pesticidas, especialmente de insecticidas que son tóxicos para las abejas, y que proporcionan recursos florales mediante el cultivo de cubiertas e intercropping pueden apoyar la salud y abundancia de los polinizadores. La integración del hábitat de los polinizadores en los paisajes agrícolas es cada vez más reconocida como un componente clave de los sistemas agrícolas sostenibles.

Control de plagas naturales

Los ecosistemas apoyan a los depredadores naturales y parasitoides que regulan las poblaciones de plagas, reduciendo la necesidad de pesticidas sintéticos. Las aves, los murciélagos, los insectos depredadores como escarabajos de damas y cordones, las arañas y las avispas parasitarias contribuyen a la supresión de plagas en los campos agrícolas.

Los estudios de campo muestran que las granjas con hábitats naturales diversos a su alrededor experimentan una presión de plagas más baja y requieren menos aplicaciones plaguicidas en comparación con las granjas aisladas de áreas naturales. Esto es porque los enemigos naturales pasan de hábitats a campos a forraje en insectos plagas. Sin embargo, las aplicaciones de insecticidas de espectro amplio pueden interrumpir este servicio matando tanto a plagas como a enemigos naturales, lo que conduce a la resurgición de plagas y brotes secundarios.

El control biológico de conservación, que implica la gestión del entorno agrícola para mejorar la supervivencia y eficacia de los enemigos naturales, es un enfoque práctico para aprovechar los servicios de los ecosistemas para la gestión de plagas. Prácticas como el mantenimiento de bancos de escarabajos, plantar tiras de floración, reducir labranza para proteger hábitats de sobreinjerencia, y proporcionar sitios de anidación artificial para aves y murciélagos pueden contribuir a mejorar la regulación de plagas.

Ciclismo de nutrientes

El ciclismo nutritivo es el proceso por el cual elementos esenciales como nitrógeno, fósforo, potasio y carbono se transforman y se mueven a través del medio ambiente. En los sistemas agrícolas, el ciclismo de nutrientes es impulsado por organismos del suelo, incluyendo bacterias, hongos, protozoos, nematodos y gusanos de tierra, así como por raíces de plantas y residuos de plantas.

La materia orgánica del suelo es el depósito central de nutrientes en la mayoría de los suelos agrícolas. Mejora la estructura del suelo, la capacidad de retención de agua y la capacidad de intercambio de cationes, haciendo que los nutrientes estén más disponibles para los cultivos. La descomposición de materia orgánica por microbios del suelo libera nutrientes lentamente con el tiempo, sincronizando la disponibilidad de nutrientes con la demanda de cultivos.

Prácticas agrícolas que construyen materia orgánica del suelo, como la compostura, aplicación de estiércol, cobertura de cultivo, reducción de la labranza y rotación de cultivos, mejora el ciclismo de nutrientes y mejora la fertilidad del suelo. Por el contrario, la labranza intensiva, eliminación de residuos de cultivos, y monocultivo continuo agotan la materia orgánica del suelo y alteran el ciclismo de nutrientes, lo que conduce a la disminución de la fertilidad del suelo y la dependencia de los insumos externos.

Filtración y retención de agua

Los ecosistemas naturales regulan el flujo de agua a través de paisajes, filtrando contaminantes, recargando aguas subterráneas y moderando extremos de inundaciones y sequías. Los humedales, zonas maduras y bosques son particularmente eficaces para retener el agua y eliminar sedimentos, nutrientes y contaminantes de la escorrentía. Estas funciones tienen beneficios directos para la agricultura mejorando la calidad del agua para el riego y el ganado, reduciendo la erosión y manteniendo flujos de base en corrientes durante períodos secos.

El suelo es un componente crítico del ciclo del agua. Los suelos sanos con alto contenido de materia orgánica y buena estructura actúan como una esponja, absorbiendo precipitaciones y liberando lentamente a plantas y aguas subterráneas. Esto reduce el escorrentamiento y la erosión durante los eventos de lluvias pesadas y amplía la disponibilidad de humedad del suelo durante períodos secos. En contraste, los suelos degradados con baja materia orgánica y estructura compactada han reducido la capacidad de infiltración, lo que ha provocado una mayor erosión.

Las prácticas agrícolas que mantienen o mejoran la salud del suelo, como la agricultura sin límites, la cobertura de cultivos y el uso de vegetación perenne, aumentan la infiltración y retención de agua, reduciendo la necesidad de irrigación y mejorando la resiliencia a la sequía. La protección y restauración de los humedales y los corredores ribereños dentro de los paisajes agrícolas también proporcionan valiosos servicios de regulación del agua, la colocación de granjas contra los efectos de fenómenos meteorológicos extremos.

Formación y conservación del suelo

La formación del suelo es un proceso lento impulsado por el clima del material padre y la acumulación de materia orgánica de residuos vegetales y animales. Los ecosistemas naturales mantienen procesos de formación del suelo y evitan la pérdida del suelo a través de la erosión. La cubierta de vegetación protege la superficie del suelo del impacto de gota, reduce la velocidad del viento y une el suelo con sistemas de raíz.

La conservación del suelo es uno de los servicios ecosistémicos más importantes para la sostenibilidad agrícola a largo plazo. La erosión del suelo, causada por el agua y el viento, elimina el tope rico en nutrientes que sustenta el crecimiento de los cultivos. Una vez perdidos, el tope puede tomar cientos o miles de años para regenerarse. La pérdida del suelo de los campos agrícolas tiene costos directos a través de la reducción de los rendimientos y mayores necesidades de insumos, así como impactos fuera del sitio como sedimentación de los hábitats.

Las prácticas de conservación que mimic natural ecosystem functions, including contour farm, terracing, strip-cropping, conservation latifunding, and permanent cover crops, help maintain soil integrity and prevent erosion. La integración de árboles, arbustos y pastos perennes en paisajes agrícolas a través de los búferes agroforestales y ribereños proporciona una protección adicional del suelo y contribuye a la sostenibilidad a largo plazo de los sistemas agrícolas.

Gestión humana y gestión de los ecosistemas

La relación entre la agricultura y los ecosistemas se basa en las decisiones y prácticas de gestión humanas, mientras que los ecosistemas naturales prestan servicios esenciales a la agricultura, la agricultura intensiva o mal gestionada puede degradar estos servicios y socavar la productividad a largo plazo. Los sistemas agrícolas sostenibles son los que trabajan en asociación con los procesos naturales, manteniendo y mejorando los servicios de los ecosistemas al mismo tiempo que satisfacen las necesidades de alimentos, fibras y producción de combustible.

Muchas de las prácticas de gestión que apoyan los servicios de los ecosistemas son bien comprendidas y cada vez más adoptadas por los agricultores de todo el mundo, entre ellas:

  • Sistemas de conservación de agricultura que minimizan la perturbación del suelo, mantienen cubiertas de residuos de cultivos y diversifican las rotaciones de cultivos para construir la salud del suelo y reducir la erosión
  • Agroforestería que integra árboles con cultivos y ganado para proporcionar sombra, rompevientos, hábitat para organismos beneficiosos, y corrientes de ingresos adicionales
  • Gestión integrada de plagas que enfatiza el control biológico, las prácticas culturales y el uso selectivo de pesticidas para mantener la regulación natural de plagas
  • Manejo de agua que utiliza el riego de manera eficiente, protege la calidad del agua y mantiene la función hidrológica en el paisaje
  • Hábitat conservación que mantiene áreas naturales dentro de paisajes cultivados para apoyar a los polinizadores, enemigos naturales y otras especies silvestres beneficiosas

Las políticas y los incentivos económicos que apoyan estas prácticas, como los pagos por servicios de los ecosistemas, programas de conservación y asistencia técnica, son importantes para fomentar una adopción generalizada. A medida que la población mundial crece y aumenta la demanda de alimentos, el desafío es intensificar la producción agrícola de maneras que no agotan la base de recursos naturales y que mantienen los servicios de los ecosistemas de los que depende la agricultura.

Mirando hacia adelante: Agricultura y Ecosistemas en un clima cambiante

El cambio climático está alterando las condiciones en que opera la agricultura. El aumento de las temperaturas, los cambios de los patrones de precipitación, la mayor frecuencia de fenómenos meteorológicos extremos y la dinámica de plagas y enfermedades afectarán a la capacidad de los biomas y ecosistemas para apoyar la producción agrícola. Algunas regiones pueden ser más adecuadas para ciertos cultivos, mientras que otras pueden experimentar una reducción de la productividad o la pérdida de potencial agrícola.

Las estrategias de adaptación basadas en los ecosistemas que aprovechan los procesos naturales para amortiguar los efectos climáticos están cobrando atención, entre ellas la restauración de los humedales para absorber las aguas inundadas y recargar las aguas subterráneas, mantener la cubierta forestal a un clima local moderado y reducir la erosión, y diversificar los sistemas agrícolas para difundir el riesgo y aumentar la resiliencia. La protección y el mejoramiento de la salud del suelo es una de las medidas más eficaces que los agricultores pueden adoptar para adaptarse a la variabilidad del clima, ya que los suelos saludables.

Al mismo tiempo, la agricultura contribuye al cambio climático mediante emisiones de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, el metano y el óxido nitroso. La ordenación sostenible de los biomas y los ecosistemas ofrece oportunidades para la mitigación del cambio climático, en particular mediante la secuestro de carbono en los suelos y la biomasa. Prácticas como la agroforestería, la cobertura de cultivos, la reducción de la la la labranza y una mejor gestión de pastoreo pueden aumentar el almacenamiento de carbono en los paisajes agrícolas.