Estudio encuentra que el sorgo energético combina las virtudes de los cultivos bioenergéticos anuales y perennes

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Algunas plantas perennes como el miscanthus están ganando terreno como cultivos bioenergéticos debido a sus ventajas de sostenibilidad, pero tardan varios años en establecerse y no son ideales para la rotación de cultivos. El maíz y otros cultivos anuales son más fáciles de manejar con la agricultura tradicional, pero por tratarse de cultivos utilizados para la alimentación humana generan cierto rechazo.

El sorgo energético, una planta anual robusta con los beneficios ecológicos de una planta perenne, puede combinar lo mejor de ambos cultivos.

Un estudio realizado por investigadores del Centro para la Innovación Avanzada de Bioenergía y Bioproductos (CABBI) del Departamento de Energía de EEUU. (DOE) encontró que el sorgo energético (Sorghum bicolor) se comporta más como miscanthus por su alta eficiencia para capturar la luz y por como utiliza el agua para producir abundante biomasa. Tiene mayores emisiones de nitrógeno, similar al maíz, pero los investigadores creen que un manejo cuidadoso de los fertilizantes podría reducir esos niveles.

El estudio, publicado en Global Change Biology: Bioenergy, ofrece un primer vistazo importante al comparar el sorgo energético con el maíz y el miscanthus cultivados en el Medio Oeste de EEUU, proporcionando datos críticos para los modelos biogeoquímicos y ecológicos utilizados para pronosticar el crecimiento, la productividad y la sostenibilidad de los cultivos. Fue dirigido por la ex Investigadora Postdoctoral del CABBI Caitlin Moore y su asesor, Carl Bernacchi, Fisiólogo Vegetal del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y Profesor Adjunto de Biología Vegetal y Ciencias de los Cultivos en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC).

El sorgo parece ser un «cultivo intermedio», con un ciclo de crecimiento anual, pero con la capacidad de usar mucha menos agua que el maíz para producir «una tonelada» de biomasa, dijo Moore, ahora investigador en la Escuela de Agricultura y Medio Ambiente de la Universidad de Western Australia. «Ciertamente es prometedor como cultivo que respalda la economía de la bioenergía».

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Los investigadores realizaron comparaciones a escala de ecosistema de los flujos de carbono, nitrógeno, agua y energía del Sorghum bicolor con maíz y Miscanthus x. giganteus en UIUC Energy Farm durante la temporada de cultivo 2018, un año cercano al promedio en términos de temperatura, lluvia y humedad del suelo. Los flujos reflejan «la respiración del ecosistema»: cómo el agua, el dióxido de carbono (CO2), el nitrógeno (N) y la energía se mueven entre las plantas y la atmósfera, dijo Moore.

La sostenibilidad ecológica a largo plazo de los cultivos bioenergéticos depende de qué tan bien «respira» el sistema. Un cultivo ideal utilizaría el agua y la luz de manera eficiente para maximizar la cantidad de biomasa, mantener el carbono en el suelo en lugar de liberarlo a la atmósfera y aprovechar eficientemente el fertilizante nitrogenado, que puede filtrarse al agua o reaccionar con el suelo para producir óxido nitroso (N2O), un potente gas de efecto invernadero.

El miscanthus y otras plantas perennes grandes ofrecen la mejor opción para la producción de biomasa y el secuestro de carbono, ya que cuentan con amplios sistemas subterráneos para almacenar carbono y nitrógeno y requieren menos fertilizantes que los cultivos anuales. Pero esos beneficios pueden anularse si el carbono y el nitrógeno se alteran a medida que la tierra se convierte para otros usos, como ocurre con la rotación de cultivos. Eso podría dificultar que los administradores de tierras roten entre cultivos de alimentos y combustibles para mantenerse al día con las demandas del mercado y al mismo tiempo maximizar el almacenamiento de carbono a largo plazo.

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El maíz, por otro lado, es altamente productivo pero requiere una gran cantidad de agua y nitrógeno, y pierde carbono almacenado en su ecosistema a través de la cosecha y la labranza.

El sorgo energético se sitúa en algún punto intermedio. Como cultivo anual, se puede rotar fácilmente con otros cultivos como la soja y el maíz. Es sensible al fotoperiodo, por lo que produce generosos rendimientos de biomasa al final de la temporada cuando se cultiva en regiones con días largos. Y debido a que es tolerante a la sequía, el sorgo energético puede cultivarse en regiones con pocas precipitaciones, lo que alivia la presión sobre la tierra cultivable existente.

La pregunta, antes de este estudio, era si el sorgo energético se comportaba más como miscanthus o como maíz, y qué significaba eso para el ecosistema. El equipo de CABBI utilizó torres de flujo de covarianza de remolinos y lecturas del suelo subterráneo para registrar datos sobre los ecosistemas de las plantas, desde la velocidad del viento y la turbulencia hasta la temperatura del aire, los gases atmosféricos, la humedad del ambiente y la humedad del suelo. También midieron el intercambio de energía observando el «albedo», una medida de la reflectividad de la superficie. En el calor del verano, las plantas evapotranspiran, lo que libera humedad y exceso de energía en el aire; las hojas con alta reflectividad no absorben tanto calor y energía.

Los investigadores encontraron que durante la temporada alta de crecimiento en julio (en el hemisferio norte), cuando los tres cultivos estaban en su máximo potencial productivo, los flujos de carbono, agua y energía del ecosistema de sorgo eran más similares a los del ecosistema de miscanthus, mientras que los flujos de nitrógeno se parecían más maíz.

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El maíz tuvo la productividad más alta, pero también la evapotranspiración más alta, con la energía del sorgo y el miscanthus más alineados. En general, el sorgo energético tuvo la mayor eficiencia en el uso del agua. El maíz fue el más eficiente para convertir la luz en biomasa a través de la fotosíntesis, con miscanthus en el extremo inferior y sorgo en el medio, probablemente porque las dos últimas plantas tienen copas frondosas y densas, mientras que el maíz se cultiva en hileras para maximizar la penetración de la luz, dijo Moore.

El flujo de N2O fue mayor en el maíz y el sorgo energético en comparación con el miscanthus. Los investigadores concluyeron que probablemente usaron demasiado fertilizante en el sorgo, a pesar de que recibió la mitad de la cantidad que el maíz. Las lluvias de junio que anegaron los campos bajos de sorgo podrían haber exacerbado las pérdidas de nitrógeno. Los científicos sospechan que el sorgo tiene una necesidad mucho menor de nitrógeno, similar al miscanthus.

Las observaciones continuas de los flujos de los tres cultivos serán un próximo paso importante para comparar sus respuestas a la sequía, las inundaciones y otros eventos climáticos extremos y evaluar las diferencias biogeoquímicas de un año a otro. Una comprensión detallada de la interacción entre el tipo de cultivo, el clima y el manejo será fundamental para pronosticar la sostenibilidad a largo plazo de estos cultivos bioenergéticos clave, que desempeñarán un papel importante para garantizar que EEUU. cumpla con Ley de Independencia y Seguridad Energética de 2007, indicó el estudio.

 
 
 
 
 

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