12.11: Producción de Alimentos y Fibra por la Biosfera - Agricultura

El uso más importante del suelo y la biosfera para los humanos es la agricultura, la producción de alimentos y fibra mediante el cultivo de cultivos y ganado. La agricultura está muy estrechamente ligada a la práctica de la química verde de muchas maneras. Los productos químicos agrícolas, incluidos fertilizantes, herbicidas e insecticidas, se producen y aplican a cultivos y tierras en enormes cantidades. La producción anual de millones de kilogramos de estos productos químicos exige la práctica adecuada de la química verde y la ingeniería. El uso juicioso de cantidades relativamente pequeñas de herbicidas permite plantar cultivos en suelos cubiertos con residuos de cultivos del año anterior con poco o ningún cultivo de suelo. Esta práctica de la agricultura de baja labranza, ahora llamada labranza de conservación (ver Sección 11.11), está en consonancia con la mejor práctica de la química verde y la ecología industrial. La biomasa orgánica producida por las plantas puede ser utilizada como fuente renovable de materia prima y combustible. Algunas plantas ahora están siendo genéticamente diseñadas para producir productos químicos específicos.

La práctica de la agricultura es absolutamente esencial para la supervivencia de la humanidad. Para seguir alimentando a las crecientes poblaciones mundiales manteniendo e incluso potenciando la capacidad del suelo para producir alimentos, es necesario que la práctica de la agricultura sea lo más verde posible. En el pasado y todavía hoy, esto muchas veces no ha sido cierto. El cultivo de suelo por humanos ha desplazado plantas nativas, destruido hábitat de vida silvestre, contaminado el suelo con pesticidas, llenado ríos y cuerpos de agua con sedimentos, y de otra manera perturbado y dañado el medio ambiente. Podría decirse que las prácticas agrícolas representan la mayor incursión de la antrosfera en las otras esferas ambientales. En el lado positivo, el crecimiento de los cultivos domésticos elimina temporalmente el dióxido de carbono de gases de efecto invernadero de la atmósfera y proporciona materias primas orgánicas y combustible de biomasa sin ninguna adición neta de dióxido de carbono a la atmósfera.

La base de la agricultura es el desarrollo de plantas domésticas a partir de sus ancestros silvestres. (Lo mismo puede decirse de los animales, pero sólo se han domesticado un puñado de especies animales, aunque cada una consta de muchas razas diferentes). Nuestros antepasados prehistóricos aprendieron a seleccionar plantas con características deseadas para la producción de alimentos y fibra, desarrollando nuevas especies que a menudo requieren del cuidadoso esfuerzo de expertos botánicos para relacionarlas con sus ancestros silvestres. Sólo alrededor de 1900 se aplicaron los principios científicos de la herencia a la fitomejoramiento, eventualmente con excelentes resultados. Utilizando métodos científicos, los agricultores lograron una “revolución verde” en las décadas de 1950 y 1960 que resultó en variedades de arroz y trigo, especialmente, que habían aumentado enormemente los rendimientos. Las técnicas utilizadas incluyeron mejoramiento selectivo, hibridación, polinización cruzada y retrocruzamiento para desarrollar variedades de grano que, combinadas con fertilizantes químicos y pesticidas, conducen a rendimientos de cultivos mucho más altos. India, un país al borde de la inanición en la década de 1940, aumentó su producción de granos en un 50%. Desarrollos como variedades enanas de arroz de mayor rendimiento y maduración más rápida permitieron una mejor nutrición para una población mundial cada vez mayor, al menos posponer los inevitables problemas que derivarán del crecimiento poblacional. Al criar plantas resistentes al frío, sequía e insectos, la productividad general de los cultivos se ha incrementado aún más. Se han logrado mayores valores nutricionales para el grano, como el desarrollo de variedades de maíz que tienen niveles más altos de aminoácido lisina.

Uno de los principales avances en el mejoramiento de plantas ha sido el desarrollo de híbridos producidos mediante el cruce de cepas de plantas de reproducción real. El llamado “vigor híbrido” es bien conocido, y muchos híbridos tienen rendimientos mucho mayores que sus cepas parentales. El maíz, un fotosintetizador notablemente productivo, ha demostrado ser el más adecuado para la producción de híbridos, en parte debido a la separación de las flores masculinas que crecen en la parte superior de las plantas de las flores femeninas adheridas a las mazorcas de maíz en ciernes. Al plantar hileras de maíz que alternan entre dos cepas diferentes y cortando las borlas de la parte superior de las plantas que van a producir la semilla de maíz, se producen fácilmente variedades híbridas de maíz. Más recientemente, se han desarrollado técnicas para cultivar híbridos de otro tipo de plantas.

Existen, por supuesto, muchos factores además de las cepas genéticas de las plantas que están involucradas en la alta productividad de los cultivos. Los efectos del clima han sido mitigados por el desarrollo de variedades de cultivos que resisten el calor, el frío y la sequía. La provisión de agua por riego artificial ha aumentado considerablemente la productividad de los cultivos y es esencial para la productividad de los cultivos en algunas regiones, como las áreas de cultivo de hortalizas de California. Las prácticas de riego continúan siendo más eficientes con la sustitución de irrigadores por aspersión derrochadores por sistemas que aplican agua directamente al suelo, o incluso directamente a las raíces de las plantas. El control computarizado del riego puede hacerlo mucho más eficiente. Ambientalmente, el uso generalizado de herbicidas ha tenido excelentes beneficios, junto con algunos efectos nocivos, al permitir una mayor productividad de los cultivos con menos labranza de la tierra.