Impactos del cambio climático en plagas y enfermedades de las plantas en Brasil*
Impacts of climate change on plant diseases and pests in Brazil
Emilia Hamada1§ y Raquel Ghini1
1 EMBRAPA Environment. Rodovia SP 340, km 127.5. Caixa Postal 69. CEP. 13820-000. Jaguariúna, SP, Brazil. Tel. +55 19 33112720. §Corresponding author: emilia@cnpma.embrapa.br.
]]>* Recibido: febrero de 2011
Aceptado: junio de 2011
Resumen
La evaluación de los impactos del cambio climático en las infestaciones de plagas y epidemias de enfermedades en los cultivos, es necesaria como base para la revisión de las prácticas de manejo y para abordar la manera de mejorar la comprensión y manejo de plagas y enfermedades de plantas, causado por el cambio climático. Debido que las condiciones del clima proyectadas probablemente variarán mucho de una región a otra, se deberán realizar estudios en cada región ecológica teniendo en cuenta las condiciones ambientales específicas. Se presenta una revisión centrada en los impactos del cambio climático por el aumento de la concentración atmosférica de CO2, el aumento de radiación UV-B y la distribución geográfica de plagas y enfermedades de las plantas realizados en Brasil.
Palabras clave: concentración atmosférica de CO2, distribución geográfica, radiación UV-B.
Abstract
Assessment of the impacts of climate change on pest infestations and disease epidemics in crops is needed as a basis for revising management practices and addressing ways to improve understanding and management of pest and plant diseases under climate change. As the projected climate conditions will probably vary greatly in the future from region to region of the Earth, studies must be conducted under each ecoregion considering its specific environmental conditions. We present a review focusing on impacts of climate change on rising atmospheric CO2 concentration, on rising UV-B radiation, and on geographical distribution of plant diseases and pests of studies conducted in Brazil.
]]> Key words: atmospheric CO2 concentration, geographical distribution, UV-B radiation.
INTRODUCCIÓN
La concentración atmosférica global de gases de efecto invernadero se ha incrementado en gran medida, debido a las influencias antropogénicas, afectando a la agricultura y los ecosistemas naturales. La creciente concentración de CO2 que interactúa con elementos del clima como la temperatura y las lluvias, está influyendo el crecimiento vegetal y la productividad en un clima cambiante. Es bien sabido cómo los efectos de las infestaciones de plagas y enfermedades de las plantas en los cultivos puede dificultar la calidad y cantidad de los productos agrícolas; por lo tanto, amenazan la seguridad alimentaria. A pesar de su importancia, hay pocos estudios sobre el impacto del cambio climático sobre las plagas y enfermedades.
El cambio climático aumentará la incertidumbre en la producción de cultivos en los países tropicales, incluyendo a muchos países en desarrollo, donde los cultivos tropicales y las plantaciones pueden constituir una base importante del producto interno bruto (Ghini et al., 2011a) y esto es también motivo de preocupación en Brasil. Por lo tanto, desde el año 2009, EMBRAPA y algunas instituciones asociadas, han llevado a cabo un proyecto de investigación nacional en Brasil, con el objetivo de evaluar los impactos del cambio climático sobre las plagas y enfermedades de las plantas, malas hierbas (proyecto CLIMAPEST, http://www.macroprograma1.cnptia.embrapa.br/climapest), en cuanto a los efectos del aumento de la temperatura, radiación UV-B y la concentración atmosférica de CO2, incluyendo el establecimiento y operación del centro FACE y, la simulación de escenarios futuros de las infestaciones de plagas y epidemias de enfermedades por el cambio climático, mediante la elaboración de mapas de distribución geográfica de riesgo en Brasil. Es necesaria la evaluación de los impactos del cambio climático en las infestaciones de plagas y epidemias de enfermedades en los cultivos, como base para la revisión de las prácticas de manejo y así minimizar las pérdidas en cultivos a la par que cambian las condiciones climáticas.
De acuerdo con Ghini et al. (2011a), la capacidad de adaptación de algunos sistemas agrícolas, puede ayudar a minimizar el impacto negativo del cambio climático, con la adopción de nuevos cultivares y otras prácticas; los países en vías de desarrollo probablemente tendrán más dificultades para adaptarse al cambio climático. Los enfoques interdisciplinarios, se deben adoptar para evaluar los efectos del cambio climático sobre las plagas y enfermedades, debido a la complejidad de los procesos bióticos y abióticos involucrados y la falta de conocimiento de cada proceso, agregando incertidumbre a las futuras proyecciones climáticas.
Se presenta una revisión de estudios realizados en Brasil, centrada en la investigación de tres enfoques principales, relacionados con los efectos del cambio climático sobre las plagas y enfermedades: el enriquecimiento del CO2, el aumento de los niveles de radiación UV-B, y los cambios de la distribución geográfica de las plagas y patógenos en el dosel de las plantas.
Enfoques de investigación
Impactos del aumento de la concentración atmosférica de dióxido de carbono
La concentración atmosférica de dióxido de carbono (CO2) ha llegado a niveles significativamente más altos que los valores de los últimos 800 mil años (Lüthi et al., 2008) y se prevé un aumento de forma continua (IPCC, 2007). Hay un número relativamente grande de estudios sobre los efectos beneficiosos de la mayor concentración de CO2 atmosférico en el crecimiento vegetal, pero no es bien sabido si estos efectos se llevarán a cabo en presencia de plagas y patógenos. La morfología y la fisiología de las plantas podrían ser afectadas, así como el ciclo de éstas, los patógenos y su interacción con los hospederos.
]]> Bajo un ambiente controlado, Santos (2011) evaluó el impacto de las concentraciones elevadas de CO2 en el desarrollo de la marchitez causada por Ceratocystis fimbriata, un patógeno del eucalipto muy importante en Brasil. Las plántulas que crecieron bajo altas concentraciones de CO2 presentaron una menor gravedad e incidencia de la enfermedad así como un periodo de incubación más largo. El desarrollo de las plántulas de eucalipto fue significativamente mayor en los tratamientos con inyección de CO2.Cámaras con techo abierto (CTA) se instalaron en EMBRAPA Environment (Jaguariúna, estado de São Paulo, Brasil; 22° 41' latitud S, 47° longitud W), desde 2005, para evaluar los efectos del aumento de la concentración de CO2 en enfermedades de las plantas (Figura 1). La CTA son cilindros sin techo de 1.9 m de diámetro y 2 m de altura, construidos con marco de aluminio cubiertos con plástico transparente. Los ensayos incluyeron tres tratamientos: CTA con concentración elevada de CO2, CTA con ambiente atmosférico y, el testigo sin CTA. Los tratamientos fueron asignados al azar en bloques con tres repeticiones. El muestreo de aire, medición de gas e inyección de gas se realizan automáticamente cada 10 min, las 24 horas del día (Figura 1).
En estas instalaciones, Lessin y Ghini (2009) estudiaron los efectos de altas concentraciones atmosféricas de CO2 en la de la gravedad del mildiu de la soya (Microsphaera diffusa), y en el crecimiento y nodulación de ésta. Las concentraciones medias de CO2 de los CTA con y sin inyección de CO2 y, de un testigo sin CTA fueron de 504 ppm, 429 y 424 ppm, respectivamente, durante el día. Durante 83 días, cuatro cultivares de soya con diferentes niveles de resistencia al mildiu fueron evaluados: FT-ESTRELA (altamente susceptible), EMBRAPA 48 (susceptible), FT-COMETA (moderadamente resistente) y FT-5 (FORMOSA) (resistente). La alta concentración de CO2 resultó agravando la enfermedad de los cuatro cultivares, sin efecto alguno sobre la esporulación del patógeno. Además, hubo un aumento de la altura, peso seco de las raíces y nodulación de Bradyrhizobium spp., excepto en el cultivar Formosa.
Posteriormente, Lessin y Ghini (2011) evaluaron los efectos del aumento de la concentración atmosférica de CO2 en la severidad de la roya asiática de la soya, causada por Phakopsora pachyrhizi y el crecimiento de las plantas. Las concentraciones de CO2 del aire de la CTA con y sin inyección de CO2 y, un tratamiento testigo sin CTA fueron 664 ppm, 463 ppm y 448ppm, en promedio, respectivamente. La alta concentración de CO2 reduce la severidad de la enfermedad, pero no la cantidad de uredosporas producidas; también estimuló el crecimiento y nodulación de las plantas.
Braga et al. (2006), tienen la hipótesis de que las atmósferas con CO2 elevado, podrían conducir a la producción de fitoalexinas en distintos cultivares de soya, independientemente de su resistencia al ataque de hongos. Dos cultivares de soya (Glycine max, IAC-14 y IAC-18) que difieren en la resistencia al agente causal de la enfermedad del cancro del tallo, fueron sometidos a 320 y 720 ppm de CO2 en cámaras con techo abierto en el Instituto Botánico (São Paulo, SP).
Los autores observaron que la exposición a niveles elevados de CO2, estimula la fotosíntesis en las hojas y los cotiledones y la mejora a la producción gliceolina por el elicitor en el cultivar resistente (IAC-18). No se observaron cambios en los parámetros de crecimiento (biomasa y el área de los tejidos fotosintéticos) y, la respuesta de las fitoalexinas en el cultivar susceptible (IAC-14), a pesar de la estimulación de la asimilación fotosintética en los cotiledones con altos niveles de CO2. Estos resultados corroboran la hipótesis que la exposición a atmósferas enriquecidas con CO2, pueden cambiar las respuestas de defensa inducidas de la soya contra los patógenos.
El impacto de la elevada concentración atmosférica de CO2 sobre la enfermedad del tizón del arroz, causada por Pyricularia grisea se evaluó en CTA en EMBRAPA Environment, Jaguariúna, SP, por dos años por Gória (2009). La aparición y severidad de la enfermedad fue mayor para las plantas cultivadas con una concentración elevada de CO2, así como el crecimiento de éstas. No se detectaron diferencias significativas en el análisis químico y microbiológico de la rizosfera en la atmósfera con inyección de gas.
El proyecto CLIMAPEST construyó la primera instalación FACE (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) en América Latina y fue instalada en EMBRAPA Environment. Otros seis experimentos con CTA fueron instalados en todo el país (Belém, PA; Petrolina, PE; SeteLagoas, MG; Londrina, PR; Jaguariúna, SP y Vacaria, RS). En estos estudios, la gravedad de las enfermedades y plagas, la maleza, el desarrollo de la planta, la interacción con microrganismos, la nutrición vegetal, la producción y otros temas están siendo evaluados (Figura 2).
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CLIMAPEST-FACE está diseñado para evaluar los efectos de la alta concentración de CO2 en las malezas, plagas y enfermedades del café, así como del crecimiento, morfología y fisiología vegetal (Figura 3). Doce anillos de 10 m de diámetro (seis con niveles elevados de CO2 y seis sin niveles elevados), se han construido cada uno con controladores separados que miden la concentración de CO2, la humedad y la temperatura, precipitación, velocidad y dirección del viento, presión barométrica, la temperatura del suelo y la humedad. La instrumentación del sistema se basa en la tecnología de redes de sensores inalámbricos, lo que facilitará la instalación y mantenimiento del sistema y aumentará su portabilidad.
Impacto del aumento de radiación UV-B
Según Li et al. (2010), a cerca de las condiciones de 1979 a 1992, del Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS), se estima que el incremento máximo de la dosis anual de radiación UV del hemisferio norte será de 14% en el periodo 2010-2020, mientras que un incremento del 40% se espera entre 2010 y 2020 en el hemisferio sur. Los efectos del aumento de la radiación UV-B en las interacciones planta-patógeno, han sido estudiados en unos pocos patosistemas. Además, hay pocos resultados sobre los efectos sobre la microbiana beneficiosa, sobre todo en agentes de control biológico, microrganismos simbióticos y los microbios no cultivables.
En Brasil, Saber (2011) evaluó el efecto de la radiación B ultravioleta sobre la diversidad de bacterias epifitas de dos cultivares de soya, la resistencia de las cepas aisladas a la radiación e investigó el potencial antagonista de los microorganismos filósfera natales de soya. En general, el análisis de DGGE mostró diferencias significativas en la comunidad de bacterias epifitas de los cultivos de soya, de acuerdo a la etapa de desarrollo de la planta, así como comparado con el aumento de la radiación entrante. Costa (2011) estudió el efecto del incremento de la radiación UV-B sobre los agentes biológicos de control de enfermedades de la planta (Trichoderma y Clonostachysrosea) y observó que, la radiación UV-B presenta una fuerte acción deletérea en los conidios de ambos hongos.
Impactos en la distribución geográfica
Las tendencias de aumento del CO2 atmosférico y, el aumento de la temperatura media mundial estará acompañado por una variabilidad climática mucho mayor y los eventos relacionados con el clima serán más extremos, de acuerdo con el IPCC (2007). Detrás de éstas tendencias es mucho más espacial y temporal la heterogeneidad de las proyecciones de los impactos del cambio climático, difiriendo entre las distintas regiones del globo (Chakraborty y Newton, 2011).
]]> Hay una gran variación en las respuestas de diferentes patosistemas, a las variables del ambiente relacionadas con el cambio climático. La distribución de plagas y patógenos son fijados por la distribución, la susceptibilidad y el manejo de los cultivos, los vectores y otros organismos relacionados con la enfermedad, las plagas y el medio ambiente favorable. Por lo tanto, seguramente habrá cambios en la distribución geográfica a causa del cambio climático global en el escenario fitosanitario brasileño.Los modelos de circulación general (MCG) son aquellos referentes al proceso de intercambio de energía entre el espacio, la atmósfera, los océanos y la tierra, que incluyen especificaciones de la geografía, la composición química de la atmósfera, el océano y muchas otras condiciones (IPCC, 2007). Por lo tanto, proporcionan la mejor orientación acerca de cómo cambiará el clima en respuesta al forzamiento antropogénico, y a su vez, donde las distribuciones de los hospederos han sido relacionados con variables climáticas, los modelos pueden predecir los cambios en el rendimiento de los cultivos y la fenología, si las respuestas económicas a los continuos cambios son ignorados (Shaw y Osborne, 2011).
Los métodos utilizados en las predicciones de la alteración de la distribución geográfica de plagas y enfermedades en el marco del cambio climático varían. Probablemente lo más común es buscar dónde los modelos predicen que se moverán los nichos climáticos, basados en estudios de laboratorio o de experimentos de campo.
Hamada et al. (2006) compararon dos metodologías de los mapas de distribución espacial de enfermedades de plantas asociadas a los efectos del cambio climático en Brasil, y lo aplicaron a un caso de estudio del minador de la hoja de café (Leucopter coffeella). Este trabajo aplica las herramientas de geo-procesamiento, los datos del clima y un modelo biológico de la cantidad probable de generaciones de insectos. Ambos métodos se centraron en la década de 2080 (simulación del periodo 2071 a 2100) para el escenario A2.
Uno de los métodos adoptados como el clima futuro, es el aumento de la temperatura media global, usando un valor fijo para Brasil y, en el otro adoptando un aumento de la temperatura con variación espacial, en formato de cuadrícula, que se obtiene por el promedio de cuatro GCM del tercer informe de evaluación (TAR) del IPCC (2001). Aumentos del número probable de los ciclos de los minadores de la hoja de café se observaron en el futuro, en ambos métodos de producción de mapas. Sin embargo, los aumentos fijos de la temperatura media causaron una subestimación del número de ciclos en el futuro, en comparación con el aumento de la adopción de las temperaturas que varían espacialmente. Además de la diferencia estacional, se observó diferencia regional en la aparición del número probable de la generación del minador de la hoja café.
Los probables impactos del cambio climático en la enfermedad de Sigatoka negra del plátano (causada por Mycosphaerella fijiensis) en Brasil, fueron estudiados por Ghini et al. (2007). Mapas de distribución de la enfermedad fueron elaborados utilizando TAR-IPCC escenarios A2 y B2. Los mapas obtenidos revelaron que habrá una reducción del área favorable para la enfermedad en el país debido a una reducción en la humedad relativa a niveles por debajo de 70% en el futuro proyectado por el GCM del IPCC. Esta reducción será gradual en las décadas 2020, 2050 y 2080, y será más pronunciada en el escenario A2 que en el B2.
A pesar de esto, áreas extensas de Brasil se mantendrán favorables para la aparición de la enfermedad, especialmente en el período de noviembre a abril, que actualmente es el periodo más favorable. También Jesús Júnior et al. (2008), estudiaron la Sigatoka negra del plátano, comparando la distribución geográfica mundial de ésta, con la adopción de las proyecciones TAR-IPCC de GCM (escenarios A2 y B2) y el periodo actual. Las predicciones sugieren los mismos resultados obtenidos por Ghini et al. (2007) en Brasil y, teniendo en cuenta el aspecto mundial, las áreas favorables para la enfermedad también se reducirán y extensas áreas continuarán siendo favorables para la aparición de la Sigatoka negra.
Los impactos potenciales del cambio climático en la distribución espacial de los nematodos (Meloidogyne incognita races) y el minador de hoja (Leucoptera coffeella) para el cultivo de café en Brasil, fueron estudiados por Ghini et al. (2008). Los escenarios futuros enfocados en las décadas de los 2020, 2050 y 2080 de (escenarios A2 y B2) se obtuvieron a partir de cinco GCM por TAR-IPCC. Los mapas de distribución geográfica se prepararon utilizando modelos para predecir el número de generaciones de nematodos y el minador de hoja. Los mapas obtenidos en el escenario A2 permitieron la predicción del aumento de la infestación del nematodo y de la plaga, debido a un mayor número de generaciones por mes, que aquellas producidas bajo la climatología normal de 1961 hasta 1990. El número de generaciones también aumentó en el escenario B2, pero fue menor que en el escenario A2 para ambos organismos.
Teniendo en cuenta los mapas de las proyecciones del clima futuro de GCM por TAR-IPCC, un equipo de expertos evaluó cualitativamente los impactos potenciales del cambio climático en enfermedades de las plantas de importancia económica para Brasil. Estas evaluaciones y los aspectos metodológicos relacionados fueron descritos en un libro editado por Ghini y Hamada (2008), incluyendo las enfermedades de 14 cultivos: papa, tomate, pimientos, melones, arroz, cereales, maíz, soya, plátano, caña de azúcar, café, cítricos caucho y eucalipto; y también los impactos sobre los nematodos y los agentes de control biológico y químico.
Recientemente, un libro fue editado por Ghini et al. (201 1b), utilizando un procedimiento similar pero actualizando los futuros mapas climáticos de Brasil, tal como se presenta en la Figura 4, usando las proyecciones GCM basadas en el Cuarto Informe de Evaluación (AR4) del IPCC (2007), y evaluando cualitativamente los posibles impactos del cambio climático en las epidemias de enfermedades de las plantas, las enfermedades bacterianas de piña, acacia, lechuga, brassica, castañas de cajú, cebolla, coco, eucalipto, fruta de hueso, papaya, yuca, mango, fresa, pino, sorgo y uva.
]]> Ghini et al. (2011c) simularon escenarios futuros para las epidemias de la roya del café (Hemileia vastatrix) en Brasil mediante el uso de un modelo que estima el periodo de incubación de agentes patógenos y la salida de tres GCM (CSIRO-Mk3.0, el INM-CM3.0 y MIROC3.2. medres) del Cuarto Informe de Evaluación (AR4) del IPCC (2007). La norma climatológica de 1961 -1990 fue comparada con los periodos de 2011-2040, 2041-2070 y 2071-2100, con los escenarios A2 y B1 de la emisión de gases de efecto invernadero. Las variables climáticas que se utilizaron fueron las temperaturas mensuales máximas y mínimas.
CONCLUSIONES
Los mapas obtenidos en el escenario A2, mostraron una tendencia hacia la reducción en el periodo de incubación en futuros escenarios en comparación al periodo 1961-1990 y, una reducción en el período también se observó en el escenario B1, aunque menor que en el escenario A2.
LITERATURA CITADA
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