Los impactos del cambio de
clima en la productividad de
cultivos, con trayectorias
adaptativas por el futuro…
Sharon Gourdji
Presentación para el CIAT, Cali, Colombia
13 de febrero, 2013

Esquema temático
1. Un poco de mi…
2. Cuáles son los factores globales del cambio de
clima que afectan a los cultivos? Podemos
modelar sus impactos?
3. Cómo podemos identificar los sistemas (en el
mundo) que seran los más afectados?
4. La adaptación: qué es, y cómo pueden los
científicos contribuir en este aspecto?
5. La adaptación como desarollo
– No todo el estres ambiental es cambio de clima

1. Un poco de mi…
• Educación:
– B.A. en matemáticas
– M.A. en economía
– Ph.D. en ingeniero ambiental con enfoque en estadística
espacial (usando modelos para entender el ciclo de carbono
biosférico)
• Ahora, post-doctorado en el laboratorio de David Lobell
en Stanford University, Center on Food Security & the
Environment
• Aquí en CIAT por 3 meses con un programa que se llama
“Fulbright NEXUS”
– En DAPA, extendiendo el proyecto de Tortillas en el Comal (o
TOR), evaluando el potencial para adaptación al cambio de clima
por los productores pequeños de maíz y frijol en Centroamérica

2. Impactos del cambio de clima en
la productividad de cultivos
• Cambios en:
– Temperatura
– Precipitación (cantidad y estacionalidad)
– Humedad de suelo (impacto neto de T y P)
– Concentraciones de CO2 & O3 en la atmósfera
• Cambios en T, P, CO2 son de los gases
invernaderos; en O3, de la polución del aire
(e.g. emisiones de NOx y CO de carros)

Cambios en T
T: calentamiento más
rápido en la tierra vs.
oceanos, y en los
polos vs. los trópicos
Latitudes Tmin Tmax
Tropicos (23N – 23S) 0.16 0.18
Templados (23-45N; 0.30 0.39
23-45S)
Polares (>60N, <60S) 0.35 0.51
Tasas de calentamiento (˚C/decada) de
1980-2012 en las bandas latitudinales
Lobell & Gourdji, 2012

Cambios en P Historico
Proyectado
• Ciclo hidrológico
más rápido con
lluvias más intensas
– Pero los cambios en
la cantidad total de
P no son grandes
relativos a la
variabilidad natural
– Cambios en la
estacionalidad?
Lobell & Gourdji, 2012
Cambios lineares desde 1980 a 2008, expresados
como # de desviaciones estándares (relativos a la
variabilidad de 1960 a 2000); Lobell et al., 2011

Humedad del suelo
Mas sequía
agricola en el
futuro debido a
las tasas más
alta de ET (y
menos
precipitaciones
en los sub-
trópicos?) Cambios proyectados a 2080-2099 relativo
a 1980-1999 con el SRES A1B escenario;
Dai, 2011

CO2/ O3 de la atmósfera
• CO2 aumentando….
– Fertilizante para los cultivos
C3, pero afecta la calidad
nutricional? Estimula
también las malas hierbas?
– Mejora la eficiencia en el
uso del agua por cultivos C3
y C4 (e.g. maiz); puede ser
beneficio en los sistemas sin
riego
• Cambios en O3 de la
tropósfera de la polución
del aire; hace daño a la
maquinaria de fotosintesis

Impactos netos?
• Puede ser muy dificil modelar todos los
impactos y sus interacciones en escalas
más grandes que en un solo terreno
– CO2 & O3 frecuentemente están excluidos
de los estudios de impactos globales
– Es dificil saber cuáles de los procesos
llegarán a ser los más importantes
– Las proyecciones pueden ser muy sensibles
a las suposiciones

Ejemplo con cacao en Nicaragua
Del informe “Predecir el impacto del cambio climático sobre
las áreas de cultivo de cacao en Nicaragua” de CIAT, Junio 2012

Filosofía para manejar el cambio de
clima
• Mitigación: absolutamente necesaria para evitar riesgo
a los sistemas planetarios que soportan la vida en el
largo plazo
• Adaptación: en un sistema complejo sin modelos
perfectos del futuro, mira bien lo que esta pasando
cuando los cambios climáticos empiezan a pasar….
– Dónde y cuándo será el cambio de clima un estres grande
en la subsistencia de la gente?
– Cómo ya se estan adaptando a los cambios climaticos
evidentes?
– Cuáles otros cambios socioeconómicos están ayudando o
dificultando la habilidad de adaptarse?
– Dónde y cuándo no vale la pena preocuparse demasiado
por el cambio de clima porque hay otros problemas más
urgentes?

Enfoque y método estadístico
• Los impactos del cambio de clima en escalas
grandes es un problema perfecto para los
modelos estadísticos (asumiendo datos
suficientes)
– Procesos extremadamente complejos, aún más con
los rendimientos agrícolas los cuales son afectados
por factores biofísicos y socioeconómicos
– Con bases de datos grandes, quizas se puede
encontrar señales pequeñas en todo el ruido
– Si se puede entender los controladores de cambio en
las últimas décadas, quiza se puede mejorar los
modelos de proceso para predicción del futuro

Algunas publicaciones

3. Cuáles sistemas productivos serán
los más afectados en el mundo
debido al cambio de clima a largo
plazo? En una escala global, dónde
debemos enfocar nuestras
inversiones y recursos en este tema?
(trabajo de CCAFS)

Identificando sistemas en riesgo
Podemos usar
modelos para
proyectar los
impactos (e.g.
modelos estadísticos
sobre la influencia
de la temperatura
en los rendimientos
de trigo en riego)
Proyecto con CCAFS, D. Lobell/ S. Gourdji

Exposición al calor extremo
reproductivo
• O usar modelos muy sencillos, e.g. sabemos que
el calor extremo durante la etapa reproductiva
puede arriesgar los rendimientos de cultivos
– Cómo ha cambiado en el pasado este métrico y cómo
va a cambiar con tasas fijas de calentamiento en el
futuro?
T crítica (˚C)
Arroz 36
Calculamos el métrico usando
Maíz 35
temperaturas críticas y
calendarios por cada cultivo Soya 39
Trigo 34

Hasta ahora, no vemos mucha exposición al
calor extremo reproductivo, pero en el futuro, si
vamos a ver más….
Tasas proyectadas para los años 2000 + 2˚C
Tasas promedias en los años 2000
Gourdji et al., in review

Exposición en escala global
Los cambios
históricos más
significativos
están en trigo
Los aumentos
proyectados
más no-lineales
están en arroz y
maíz
Gourdji et al., in review

Nota en los datos climáticos
• Base de datos climaticos
diarios es una fusión de las
estaciones del Global
Historical Climatology
Network & Global Surface
Summary of the Day
• A cada punto, interpolamos
anomalías de la climatología
de WorldClim usando
“angular distance weighting”
con estaciones en radio de Códigos y base de datos disponible por
100km investigadores en CIAT bajo solicitud…

4. Cómo podemos soportar la
adaptación agrícola?
• Una estrategia clara es desarrollar semillas
mejoradas con tolerancia al calor y sequía, con
alto potencial de rendimiento…
• E.g., sabemos que la producción de trigo,
particularmente en Sur Asia, está amenazado
por el calentamiento futuro (y ya lo está
debido al estres por calor al final de ciclo)
– Ha habido algún progreso en mejorar la tolerancia
a calor en las variedades de alta potencial del
rendimiento en las últimas décadas?

Perfil de temperatura típico del trigo
En países tropicales y sub-
tropicales, el trigo es cosecha
sembrado en el invierno,
con aumento de
espigadora
temperatura hasta el fin del
ciclo siembra
Y el estres del
calor ya es una
limitación
grande de
producción ….
Kosina et al., 2007

Usamos datos de 25 años de ensayos
internacionales del trigo con riego de CIMMYT…
Todos con control de plaga y (la mayoría) con riego, pero
con gran variabilidad de rendimientos en la base de datos
Gourdji et al., 2013

Ensayos de 3 viveros
con estrategias
diferentes:
– Elite Spring Wheat
Yield Trial
(ESWYT), n=959
– Semi-Arid Wheat
Yield Trial
(SAWYT), n=259
– High Temperature
Wheat Yield Trial
(HTWYT), n=135
Solo los ensayos de SAWYT no tienen riego, pero
ponemos todos en el mismo modelo estadístico…

Modelo estadístico
Con variables de tiempo reconstruidos, hacemos un
modelo:
Yield = βW + cj + αn + (αn x year) + ε
W: variables ambientales por las 3 etapas
(vegetativa, reproductiva, llena de granos)
cj : promedios por país
αn : promedios por vivero
αn x year: cambios en tiempo por vivero
ε: errores

Progreso genético por vivero y temperatura
durante la etapa de llena de granos
ESWYT SAWYT
Desde 1983
Desde 1993 Desde 1993
• El único progreso en ESWYT ha sido en las temperaturas más frías,
cerca de lo óptimo para producción
• En SAWYT, vemos el opuesto, pero no tiene el mismo potencial de
rendimiento como en ESWYT

5. Adaptación o desarrollo?
• Necesitamos más que soluciones tecnológicas;
aumentando la resiliencia de los productores
se ayudaran a adaptarse al cambio (y
variabilidad) de clima
• Pero cómo se puede aumentar la resiliencia de
los productores pequeños?!!
– Es una pregunta del gobierno y economía; muchas
décadas de experiencia con los proyectos de
desarollo, con muchos fracasos y éxitos de los que
podemos aprender

Ejemplos de la parte socioeconómica
en la adaptación…
• Semillas mejoradas con más tolerancia al calor y
sequía: cómo promover el uso?
• Manejo de agua: quién puede pagar estos sistemas?
• Manejo de riesgo: servicios
financieros, diversificación, oportunidades de
empleo rurales?
• Conectando los productores con mercados
globales, especialmente con las ventajas
comparativas cambiando con el cambio de
clima, pero a la misma vez conservando la seguridad

Caso práctico en Nicaragua
La sequía temporal
(enero a abril) es un
problema grande
para los productores
pequeños en el
país, especialmente
donde la profundidad
del agua del suelo es
alta

Cosecha de agua
• Sistemas de cosecha de
agua pueden ayudar para
sembrar 3 veces al año, y
suministrar riego de deficit
durante las épocas
tradicionales
• Requiere conocimientos
técnicos y capital para
invertir; cómo se puede
replicar estos éxitos con
muy pequeños
productores?

Percepciones del cambio de clima
en Nicaragua
• Muchas personas están reportando que:
– La fecha del principio de la temporada lluviosa es
más variable que antes
– La temporada lluviosa no dura tanto como antes
(5 vs. 7 meses)
– La canícula es más larga y intensa
– Más seca en general
– Los dos últimos años eran super-secos!

Que dicen los datos?
Podemos
probar estas
afirmaciones
con 44 años de
datos diarios de
precipitación en
Masatepe

primera postrera
canícula

Tendencias de lluvia en Masatepe
• Aumentos
significativos en la
intensidad de
lluvia (de todo el
año) y número de
días secos durante
la temporada
lluviosa
• Pero NO hay tendencias significativas en la cantidad
de lluvia (por año o temporada), la fecha de sembrar
en la temporada Primera, o la longitud de la
temporada lluviosa

Menos lluvia
durante la
canícula, pero NS
Única tendencia significativa
en diciembre…

2012 muy bajo comparado con la variabilidad histórica
de 1963-2006, pero no tenemos más datos que estos….

Qué significa?
• Aumento de temperatura, combinado con lluvias
mas intensos (con mas escorrentia) 
desminución en la humedad del suelo??
• La variabilidad de clima (en temporalidad/
cantidad de lluvia) se pueden ser más
preocupantes para los productores pequeños que
las señales moderadas del cambio de clima hasta
ahora
– 2 años secos en fila no es cambio de clima, pero si, se
puede morir de hambre antes de que hay un cambio
significativo!
– El manejo de agua (e.g. sistemas de cosecha de lluvia)
es buena idea sin reparar en el cambio de clima

Trabajo aquí en el proyecto “Tortillas
en el comal”
Evaluar las opciones
de adaptación
(relacionados con la
intensificación
sostenible) por los
productores
pequeños de maíz y
frijol en
Centroamérica…

Dos metas (1.)
1. Analizar los cambios climáticos por municipio
desde los años 1960’s en Nicaragua y
correlacionarlos con la producción,
rendimientos, adopción de semilla mejorada
y riego, y tasas de migración  podemos
ver una relación? (Tendremos datos
suficientes??)

Dos metas (2.)
2. Estimar la potencial de sistemas de cosecha
de agua y semillas mejoradas con tolerancia
al estres a mitigar los impactos proyectados
del cambio de clima en 2050
– Cuestión biofísica, también económica; cómo
pueden pagar los productores más pequeños
por estas tecnologías?
– También, tienen el potencial de aumentar los
rendimientos y reducir la variabilidad interanual,
i.e. el desarollo!!

Conclusiones
• El cambio de clima afectará los sistemas
productivos de agricultura en el mundo en el
largo plazo
• Los estudios estadísticos pueden ayudarnos a
entender lo que esta pasando y mejorar nuestros
modelos del futuro
• Es dificil separar la adaptación al cambio de clima
del manejo del la variabilidad de clima y el
proceso de desarrollo para los productores
pequeños

15 participantes de
Latinoamérica y 5 de EEUU y
Canada
Temas del programa:
• Ciencia, tecnología y
innovación
• Empresas emprendedoras
• Energía sostenible
• Adaptación al cambio y
variabilidad del clima
Mas información:
Reunion en Banff, Canada, noviembre 2012 www.cies.org/nexus/

Preguntas?
Contacto: Sharon Gourdji
sgourdji@stanford.edu