Intensificacin Ecolgica en la Agricultura de los Pases Desarrollados y en Vas de DesarrolloAchim DobermannLder del Programa de Sistemas Intensivos de Arroz

Crecimiento econmico Urbanizacin migracin de la mano de obraCambios en las preferencias dietticasDemanda de agua para uso urbano e industrialContaminacin ambiental Cambio climticoDemanda de biocombustiblesPrdida de ecosistemas naturales y biodiversidad Prdida y degradacin de la tierra agrcolaDiversificacin de los sistemas de produccin existentesIncremento del costo de los insumos para los agricultoresMenos agua para riegoMayor vulnerabilidadIncremento de los precios de los alimentos

Gastos en alimentacin de los hogares de los Estados Unidos en relacin al total de ingresos disponibles

Fuente: http://www.ers.usda.gov/Briefing/CPIFoodAndExpenditures/Data/table8.htm

Precios de los granos ($/bushel), Chicago Board of TradeArrozMazTrigoSoyaHasta el 16 de Agosto, 2007

Los rendimientos mundiales de cereales deben crecer ms rpidamente de lo pronosticado para satisfacer la demanda de alimentos para humanos y animales y la demanda de biocombustiblesEscenarios para el rea de cereales: Incrementos a una tasa de +0.5%/aoSin cambioReduccin a una tasa de -0.3%/ao (como en los ltimos 20 aos)2000 Lnea Base2025 Incremento rea2025 Area constante2025 Reduccin AreaRendimiento mundial de cereales, t ha-1Dosis promedio de N en cereales, kg ha-12000 Lnea Base2025 Incremento rea2025 Area constante2025 Reduccin Area

Intereses convergentesLos precios de los alimentos bsicos deben conservarse asequibles para mantener la seguridad alimentaria y el sustento de cientos de millones de pobres en reas urbanas y rurales. La mayora de la futura demanda de cultivos que producen alimentos bsicos tiene que satisfacerse a travs de incrementos en el rendimiento.La clave para proteger ecosistemas naturales y la biodiversidad es el incremento de los rendimientos en la tierra actualmente cultivada.

Intensificacin ecolgicaSatisfacer el anticipado incremento en la demanda de productos agrcolas mientras se cumple con los estndares aceptables de calidad ambiental (Cassman 1999). Hiptesis Central: se puede lograr un ptimo balance entre alta productividad, sostenibilidad y mnimo impacto ambiental afinado el manejo que logre la mejor explotacin del potencial de rendimiento del cultivo.

Metas de la intensificacin ecolgicaRendimientos estables de 80-90% del potencial de rendimientoGermoplasma con un alto potencial de rendimiento, resistencia a estrs abitico y bitico y alta calidad del producto>50-60% de eficiencia de absorcin N de los fertilizantes mnima prdida de N Suplemento y presupuesto balanceado de nutrientes>80% de eficiencia del uso del agua en sistemas irrigadosUso mnimo de pesticidas dainosMejorar/mantener la calidad del sueloBalance positivo de energa, bajo potencial de calentamiento global y/o reduccin neta en las emisiones de gases invernaderoMantener un amplio rango de servicios crticos al ecosistemaProductos mltiples en sistemas integrados cultivos-ganadera-bioenerga

Tendencias del rendimiento de maz en Estados Unidos: Promedio nacionalFuente: CAST, Cassman et al., 2006y = 112.4 kg ha-1 ao-1[1.79 bu acre-1 ao-1] R2 = 0.80?

Fuente: NASS, USDA-ERS cropping practices surveysEficiencia de uso de N en maz en los Estados Unidos(kg grano kg-1 de N aplicado)N proveniente de los fertilizantes, kg ha-1401001601965197019751980801401201985200519901995200060N de fertilizantesb = 0.86 kg kg-1 ao-1r2 = 0.623050406070EUNEficiencia de uso de N (EUN), kg kg-1

El rendimiento promedio de maz y soya en el cinturn maicero de los Estados Unidos es ~60% del potencial de rendimiento promedio La eficiencia de absorcin del N de los fertilizantes nitrogenados en maz es < 50%Paradigmas comunes: La rotacin maz-soya es un sistema ms sostenible que maz continuoSe requiere de labranza de conservacin (siembra directa) para acumular materia orgnica en el suelo (secuestro de C y menos PCG)La intensificacin incrementa las prdidas de N y las emisiones de GIProblemas comunes en la investigacin:Los niveles del rendimiento estn muy por debajo del potencial de rendimientoFalta de afinamiento para maximizar los rendimientos y la eficiencia de los insumos basndose en las condiciones especficas de un sistema de produccin

Experimento de intensificacin ecolgica, Lincoln, NEAdviento-Borbe et al., 2007. Global Change Biol. in press Maz y soya cultivado durante el periodo 2000-2005MS-recrotacin maz-soya, manejo recomendadoMS-introtacin maz-soya, manejo intensivoMC-recmaz continuo, manejo recomendadoMC-intmaz continuo, manejo intensivoMS-RecMS-IntMC-RecMC-IntMeta de rendimiento (% del potencial de rendimiento)80-9090-10080-9090-100Densidad de plantasnormalaltonormalaltoN aplicado al maz (kg ha-1)130-140230-250180-240250-310Fraccionamiento de las aplicaciones de N en maz2424N sobre el residuo de maz en otoo (kg ha-1)050050N aplicado a la soya (kg ha-1)080080Aplicaciones de P y K (kg ha-1)045P/85K045P/85KRiego sisisisiRendimiento promedio de maz, t ha-114.715.614.015.0Rendimiento promedio de soya, t ha-14.95.0--

Aporte de C y N con los residuos del cultivo, Lincoln, NEAdviento-Borbe et al., 2007. Global Change Biol. in press Promedios para maz y soya cultivados durante el periodo 2000-2005MS-recrotacin maz-soya, manejo recomendadoMS-introtacin maz-soya, manejo intensivoMC-recmaz continuo, manejo recomendadoMC-intmaz continuo, manejo intensivo30004000500060007000MS-recMS-intMC-recMC-intAporte anual de C de los residuos, kg ha-1 ao-1708090110130120100dbcabaabC de los residuosN de los residuosAporte anual de N de los residuos, kg ha-1 ao-1(a)

Arado de labranza de conservacinArado de vertedera normal

Cambio en el C y N del suelo, Lincoln, NEAdviento-Borbe et al., 2007. Global Change Biol. in press -3000-1000100030005000MS-recMS-intMC-recMC-int-3000100300500400200-2000 020004000-100-200baaaabbb MOS NTS(b)Cambio acumulado de MOS, kg de C ha-1Cambio acumulado de NTS, kg de N ha-1Muestras de suelos colectadas en Junio del ao 2000 y 2006MS-recrotacin maz-soya, manejo recomendadoMS-introtacin maz-soya, manejo intensivoMC-recmaz continuo, manejo recomendadoMC-intmaz continuo, manejo intensivo

Eficiencia de uso de N a nivel de sistema, Lincoln, NEMS-RecMS-IntMC-RecMC-IntAplicacin anual de N, kg N ha-170172201299Remocin anual de N en el grano, kg N ha-1229238176194Cambio de N total en el suelo, 0-30 cm, kg N ha-1-30-10215340kg N en el grano kg-1 N aplicado3.271.380.880.65kg grano N +cambio de N total en el suelo kg-1 N aplicado2.841.331.951.79Eficiencia de uso de NPromedios para maz y soya cultivados durante el periodo 2000-2005MS-recrotacin maz-soya, manejo recomendadoMS-introtacin maz-soya, manejo intensivoMC-recmaz continuo, manejo recomendadoMC-intmaz continuo, manejo intensivo

Potencial de calentamiento global, Lincoln, NEAdviento-Borbe et al., 2007. Global Change Biol. in press

La intensificacin no necesariamente incrementa las emisiones de GI y el PCG total cuando se utilizan en los cultivos las mejores prcticas de manejo a niveles cercanos al potencial de rendimientoPrincipales componentes en este estudio:Correcta combinacin de variedades, fecha de siembra y poblacin para maximizar el potencial de rendimiento, la produccin de biomasa y el aporte de residuosDecisiones tcticas de manejo de agua y N que minimizan el uso de energa, logran alta eficiencia de uso de N y evitan altas emisiones de N2OEstrategia de labranza y uso de residuos que pueden manejar las grandes cantidades de residuos producidos y que favorecen la acumulacin de materia orgnica del suelo

Residuos del procesoCO2

Reemplazo parcial de fertilizantes en la produccin agrcolaUsos en horticultura/agricultura orgnica?N2OCH4CH4

majada, orinaCH4Carne Etanol

Destilados del grano Grano8 M bu ao-1= 15,000 ha GranoLixiviacin NO3 N2O

CO2

Produccin de maz y soya - Rendimientos de grano y residuos ...en relacin al clima y manejo- Todos los ingresos y salidas tienen sus equivalentes en PCG- Secuestro de C en el suelo, calidad del suelo y del aguaPlanta de Etanol (24 M galones ao-1)- Produccin de etanol en relacin al ...uso de grano y energa- Emisiones de gases invernadero- Destilados del grano y otros sub-productosCorral (28,000 cabezas de ganado)- Alimentos, energa y otros insumos- Ganancia de peso de animales y eficiencia en la alimentacin- Produccin de majada y orina- Emisiones de gas es invernaderoLixiviacin NO3Biodigestor de Metano- Majada, orina y residuos del proceso- Produccin de biogas (metano)- Produccin de biofertilizantes , valor en reemplazo de fertilizantesBiofertilizantesLa primera refineria de biocombustibles a escala comercial de ciclo cerrado, Mead, Nebraskawww.e3biofuels.comCO2

100% energa termal

Cada punto representa 5000 ha de arroz RiegoSecano, inundadoSecano, no inundado

Principales sistemas de arroz con riego:

Arroz un solo ciclo (clima temperado)Arroz-arroz o arroz-arroz-arroz: ~24 Mha de tierra (40% del suplementom mundial) de arroz)Arroz-trigo: ~17 Mha terreno (China, Panicie Indo-Gngica)Arroz-maz, arroz-arroz-maz, arroz-maz- maz: ~2 Mha

IrrigadoSecano tierra bajaSecano tierra altaSusceptibles a inundacinTotal/ media 2003Area cosechada, Mha:83.846.416.310.4156.9Porcentaje: 53.429.610.46.6--Rendimiento, t ha-1: 5.442.521.301.653.9Produccin, Mt: 4561172117611Porcentaje: 74.619.13.52.8--

Central LuzonFilipinasArroz-ArrozMekong DeltaVietnamArroz-ArrozArrozOeste de JavaIndonesiaArroz-ArrozDelta del Ro RojoVietnamArroz-ArrozMazSur de ChinaArroz-Arroz(hbridos)EFMAMJJASONDMeses Arroz TSArroz TLArroz TSArroz TL Arroz TSArroz-primaveraArroz-veranoMazArroz precozArroz tardoDelta del CauverySur de IndiaArroz-ArrozLeguminosasLeguminArroz TL Arroz TSPlanicie Indo -Gngica & SC ChinaArroz-TrigoArroz TLTrigoSistemas intensivos de arroz de tierras bajas en AsiaCentro de JavaIndonesiaArroz-ArrozMazArrozMazArroz

Arroz barato para pobres urbanos y rurales sin tierraSustento de >50 millones de familias de agricultoresControl de la erosinControl de inundacinPurificacin del agua (N, P)Biodiversidad control natural de plagasRegulacin de enfermedadesRegulacin del climaRecreacin Cultura

Sin incrementos en el potencial de rendimiento desde el IR8Reduccin de la tasa de crecimiento del rendimiento a

Barreras tecnolgicas limitan el rendimiento?Falta de incentivos econmicos?Deterioro del recurso base y de la infraestructura?Plagas recurrentes?Menores inversiones R&D?Tendencia lineal actual de rendimiento (t ha-1)-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4IR8IR64IR36IR26IR72PSBRc18NSIC Rc158

Principales objetivos para sistemas de arroz con riegoLa intensificacin ecolgica del arroz para revitalizar el crecimiento del rendimiento y cerrar las brechas de rendimiento existentes Mejorar las variedades e hbridos (resistencia al estrs abitico y bitico, calidad del grano) y calidad de la semillaIncrementar la eficiencia de uso de los insumos: mano de obra, agua, nutrientesDisminuir el uso de insecticidas para mejorar el control natural de plagasManejo sostenido de los diversos sistemas de arrozValorar y manejar los servicios al ecosistema a nivel de cuencaReducir las prdidas poscosechaMejorar el acceso a informacin y cadenas de mercadeo de los agricultoresAumentar el potencial de rendimiento ingeniera gentica para fotosntesis C4 en arroz.Cambio climtico: impacto, adaptacin, mitigacin.Biocombustibles: impacto en el arroz con riego y bioenerga obtenida de la paja y cscara del arroz.

Iniciar el MSA 10 DDT o 20 DDS.Regar cuando el agua este a una profundidad de 15-20 cm. Mantener una lmina de inundacin de 5-cm al momento de la floracin.Mojado y secado alterno (MSA)Mayor productividad de agua:15-30% de ahorro en agua, nada/poca prdida de rendimientoIncremento de la produccin total en esquemas con riego con limitada disponibilidad del agua Mayor rentabilidad en sistemas de pozos profundos o pozos superficiales

Sistemas de conocimiento intenso que afectan:Nivelacin del terrenoEstablecimiento del cultivoControl de malezasManejo de nutrientes

Manejo de Nutrientes por Sitio Especfico (SSNM)Nutrientes a la medida de las necesidades especficas del campo Incrementos de 10% en rendimiento + rentabilidad, 30-40% de incremento de la EUN Presupuestos sostenibles de nutrientes Beneficios ambientales Bases cientficas slidas de conocimiento intensivo Principios genricos, reglas simples y herramientas para uso local + 10 aos en asociacin entre sector pblico-privado 2. Usar efecti-vamente los nutrientes ya existentes3. Llenar el dficit entre las necesidad totales y el suple-mento nativo del suelo1. Establecer una meta rendimiento-las necesidades totales del cultivo

3 Reducciones, 3 GananciasCampaas en el sur de Vietnam:3 Reducciones: reducir la cantidad de semillas, no rociar para insectos que comen hojas, reducir el excesivo N al inicio del cultivo 3 Ganancias: menor incidencia de insectos y enfermedades, mayor rendimiento, ingresos extras (10%) Procedimiento de investigacin participativa con los agricultores Estrategia de comunicacin en los medios para mensajes clave Novela radial con mensajes sobre manejo del cultivo y del ambiente

Producir ms alimentos que sean ms nutritivos para eliminar la extensiva mala nutricin Producir materia prima para biocombustiblesPreservar los ecosistemas naturales, la biodiversidad y el amplio rango de otros servicios al ecosistemaAjustarse a los cambios climticos

Desarrollar soluciones integradas: G x E x MNuevos retos = nuevas oportunidades

**Comment: I can update this slide to the most recent numbers.Grain futures for different delivery monthsRice prices have doubled in the past 5 yearsVolatility in maize futures in recent months: is this uncertainty about supply-demand balance due to ethanol as new market?Seasonality: response to calamities such as drought/heatWheat: current drought in AustraliaRice: drought in parts of Asia, ChinaSoybean in 2005New drivers that may cause more permanent increases, particularly in grains such as maize in recent months:Livestock revolution food consumption patterns in AsiaEthanolSome short-term response mechanisms may exist or have been assumed to exist:Possibility to increase harvest area of cereals in LA and SSAShift from corn-soybean rotation to more continuous corn in North AmericaDiversification of rice systems into rice-maize or rice-rice-maizeExpansion of irrigation and cropping intensityMany are problematic:Net loss of cereal area rather than gainMore inputs (water, N, other nutrients) Unknown impact on system sustainability

Currently: wheat is planted in NE, but most of this crop has already been sold to take advantage of the higher futures. Farmers have locked in yields of 60 bu and now want to know how to get those safely.*Depending on whether the world cereal harvest increases (assumed by IFPRI in their IMPACT model but difficult because of little land left), remains constant, or decreases (as in the past 20 years), world cereal yields have to rise by 23 to 50% until 2025. Use of even relatively small amounts of grain for biofuel production would further increase the pressure to raise cereal yields.*There is evidence from several developed countries that NUE in certain crops has increased significantly in the past 20 years. We show two examples:maize in the USArice in JapanAnother one would be winter wheat in W Europe, but I dont have the data. The common ground is that in all cases investments were made in R & E and general crop improvement, along with other country-specific drivers.

*There are other examples for such closed cycles at pilot stage:Oilseed biodiesel + high protein animal feed after oil extraction with wheat straw used to provide heat and power the processNew Zealand (R. Sims):Fractionate biomass into various components, washing, pre-heating, hydrolysis of hemicellulose to chemicals such as furfural, lignin, and dried cellulose**Cropping systems:all very intensive systems with 2-3 crops per year and relatively high inputs, typical Green Revolution areastriple cropping: NISF, CLRRI, PTRRCdouble cropping of riceone rice-wheat siteabout 25 farms per site plus one LTE at each site for mo*