Por Alejandro Hernández, PhD
February 2023
A mudança climática é uma realidade, motivo de discussões internacionais lideradas pelas Nações Unidas1, o Acordo de Paris2, a Conferência de Mudanças Climáticas COP273 e documentadas pelo IPCC4. Em questões agrícolas, a NASA publicou seus modelos de impacto nas culturas e prevê uma queda de 24% no rendimento do milho e 17% no trigo até 2030, usando os métodos atuais de produção agrícola5.
Na América Latina, o IICA desempenha um papel de liderança na construção de pontes de diálogo para que a agricultura seja parte da solução6 . Vamos entender um pouco sobre o contexto e os desafios que enfrentaremos em poucos anos.
1. 2022, safras menores de arroz e milho, e talvez maiores de soja7
A agricultura teve um ano difícil em 2022. Segundo o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, a produção mundial de arroz em 2022 foi de 503,3 milhões de toneladas. Isso é 2% a menos que os 515,08 de 2021. O consumo global foi maior que a produção, isso é 516,9, o equilíbrio é possível devido aos 15 milhões de toneladas do ano anterior. No entanto, em todo o mundo existe apenas uma reserva de 160,4 milhões8 . No milho, a situação é semelhante, com queda global de 4,5%, 1.161 milhões de toneladas contra 1.216,9 MT do ano anterior. Os Estados Unidos têm uma queda para um total de 348,75 MT contra 382,9 MT do ano anterior, o que se somaria à queda projetada da Ucrânia para um total de 27 MT contra 42 MT de 2021, bem como da Rússia de 14 contra 15,23 MT. A produção de milho na Argentina aumentou de 49,5 para 52 MT e também no Brasil, que passou de 116 para 125 MT. Na soja, foi estimado um aumento de 10%, mas pode variar devido à estiagem vivida pela Argentina e que se estende até o início de 2023. Olhando para o futuro, é importante observar que o maior importador mundial de soja, a China , está implementando uma política de autossuficiência. Essa política poderia mudar o comércio num futuro não muito distante. Nesta safra 2022/23, as importações de soja da China foram superiores à anterior (96 versus 92MT)9 10 , mas espera-se uma queda gradual até 203011 .
2. Mudanças climáticas: secas intensificadas, inundações e extremos de frio ou calor
Eventos de seca estão se tornando mais comuns. Nos Estados Unidos, foram registrados prejuízos de 165 bilhões de dólares em 2022, dos quais 113 correspondem a danos causados pelo furacão Ian e 33 devido à seca12 . Estima-se que 2000-2020 tenha sido o período mais seco dos últimos 800 anos, sobretudo no Oeste do país13 e é impossível esquecer a bomba ciclônica de frio extremo de dezembro de 2022 que afetou 60% do país14 . O ano de 2022 fez com que a Califórnia atingisse números históricos de seca nos últimos 1.200 anos15 , o que contrasta com as enchentes do início de 202316 . Da mesma forma Portugal17 e Espanha18 viveram uma grande seca, a Europa teve uma das piores ondas de calor em meados de 2022 com temperaturas chegando a 40 graus19 , enquanto o Brasil passou da pior seca em quase um século para inundações em 202220 . A Austrália teve sua histórica seca do milênio de 1997-2009 e acaba de passar por outro período de seca de 2017-2019 que levou o país a importar trigo pela primeira vez em 12 anos como resultado de uma seca de 201921 . No futuro, a situação poderá ser ainda mais difícil, não só pela falta de chuva, mas também pela escassez e/ou dificuldade de acesso à água em geral22 . Nas condições atuais da agricultura que consome 69% da água de rios, lagos e aquíferos, os fenômenos de seca e o aumento constante do uso do recurso para irrigação, estimado de 2,6 mil Km3 para 2.9 mil Km3em 2050, podem colocar em xeque o sistema alimentar. Apesar disso, estima-se que haveria água suficiente para as culturas agrícolas, mas não para algumas regiões do mundo onde a água será escassa, como o oeste e norte da África e o sul da Ásia23 .
O ano de 2022 fechou no Chile com uma onda de calor que provocou incêndios florestais24 , e o ano de 2023 começa com um relatório da Bolsa Argentina de Grãos que calcula que as perdas por seca na produção agrícola são de quase 2 pontos do Produto Interno Bruto. A estimativa original da soja era de 49 milhões de toneladas e caiu para 37 milhões25.
Desenvolvimento de materiais tolerantes ao estresse
Existem alguns exemplos de materiais que foram desenvolvidos para lidar com as mudanças climáticas e que detalhamos a seguir. CIMMYT e CGIAR desenvolveram o milho DroughtTego para o Quênia em parceria com a Fundação Bill e Melinda Gates26 . Comercialmente, existem materiais como Pioneer Optimum AQUAmax™, Syngenta Agrisure Artesian™, e Bayer DroughtGard™ (MON-87460-4) que otimizam o uso da água27 . Este último possui uma proteína CspB que permite um maior teor de clorofila e melhor fotossíntese em menor área foliar28 .
Na soja e no trigo existem materiais HB4 que contêm um fator de transcrição do girassol (o gene Hahb-4), que funciona como um ativador da resposta ao estresse devido à ausência de água, o que o permite ser menos sensível ao etileno, ter menos senescência, mais osmoproteção e manter a produção diante do estresse hídrico.
No entanto, um grande desafio no melhoramento de culturas está no desenvolvimento de caracteres relacionados à tolerância ao estresse já que normalmente, eles são independentes ou específicos ao estresse. É assim que uma variedade pode ser resistente à seca, mas não necessariamente ao calor, ao frio ou às inundações. Os avanços na edição de genomas são animadores, pois seriam reconhecidos como melhoramento genético convencional em um futuro muito próximo e, possivelmente, a curto ou médio prazo, permitiriam que caracteres fossem empilhados em materiais comerciais. O avanço é tão promissor que a FAO divulgou uma publicação sobre sua importância nos sistemas agrícola29 . Existem genes cuja regulação aumenta a tolerância ao estresse em diferentes níveis e que poderiam ser usados para desenvolver culturas mais resistentes a médio prazo. Por exemplo, um aumento na expressão do gene ARGOS8 (Auxin-Regulated Gene Involved in Organ Size 8) fornece tolerância à seca30 . No arroz, deletar o gene OsRR22, STL1 e DST, ou aumentar a expressão de MSL37, SNAC2, NAP, P5CS confere tolerância à salinidade31. Além disso, o aumento da expressão do gene OsNTL3 fornece tolerância ao estresse térmico, enquanto o aumento da proteção da cultura mediada pelo acúmulo de cera cuticular é alcançado quando o gene DHS é eliminado.
Num futuro imediato, não podemos esquecer as boas práticas agrícolas, nomeadamente as relacionadas com o aumento da matéria orgânica do solo.
4. Boas práticas agrícolas
A agricultura pode ser usada como uma ferramenta para o sequestro de carbono e o estabelecimento da cobertura vegetal. O preparo mínimo gera um impacto positivo, pois a matéria orgânica permite a captação de umidade. Esta prática é muito útil com a utilização de materiais com ou sem tolerância à seca. Solos com maior teor de matéria orgânica e diversidade de microrganismos, conhecidos como microbioma, permitem maior rendimento das culturas32 . Isso também pode ser alcançado usando culturas de cobertura de forma que a erosão seja evitada e o sequestro de carbono seja aumentado33 . As leguminosas e outras plantas de folhas largas tendem a ser preferidas para esta prática agrícola, assim como as culturas forrageiras34 . Uma opção a ser avaliada em um futuro próximo poderia ser o arroz perene, que é um cruzamento do arroz asiático (Oryza sativa) com um perene selvagem africano (Oryza longistamata) que resultou no arroz PR23. Este arroz pode ser colhido por vários anos, sem necessidade de replantio em relação ao arroz anual, embora com a dificuldade de manejo de pragas a longo prazo35.
5. Novas pistas para melhores culturas
Uma descoberta interessante neste 2022 foram três maneiras diferentes de tolerar a seca por plantas tropicais desde suas raízes. A Piper sp o faz por meio de compostos que fornecem estrutura e defesa na raiz, o Hibiscus rosa por meio de ácidos graxos e antioxidantes, enquanto a leguminosa Clitoria é afetada principalmente por solos ricos em carbono que permitem a presença de microrganismos simbióticos e, portanto, nódulos em suas raízes36.
No tomate, as plantas respondem com um aumento do composto antioxidante licopeno, bem como dos açúcares do amido em condições de estresse hídrico37.
Em Arabidopsis descobriu-se que existe um orquestrador da resposta ao estresse hídrico SPEECHLESS (SPCH) diretamente relacionado aos estômatos. Os estômatos são os locais por onde a planta deixa entrar gases como o C02, mas também onde perde água. A Arabidopsis usa um composto relacionado ao estresse, o ABA, que inibe a síntese estomática mediada por SPCH38.
Sem dúvida, estamos perante um futuro em mudança e será fundamental adaptar a produção agrícola a esta nova realidade, onde é urgente adaptar as culturas por métodos mais expeditos, como bem afirmam os especialistas do CIMMYT39.
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1 United Nations Environment Programme (2022). Emissions Gap Report 2022: The Closing Window — Climate crisis calls for rapid transformation of societies. Nairobi. https://www.unep.org/emissions-gap-report-2022
2 https://www.un.org/es/climatechange/paris-agreement
4 IPCC, 2022: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [P.R. Shukla, J. Skea, R. Slade, A. Al Khourdajie, R. van Diemen, D. McCollum, M. Pathak, S. Some, P. Vyas, R. Fradera, M. Belkacemi, A. Hasija, G. Lisboa, S. Luz, J. Malley, (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA. doi: 10.1017/9781009157926.001.
5 Jägermeyr, J., Müller, C., Ruane, A.C. et al. Climate impacts on global agriculture emerge earlier in new generation of climate and crop models. Nat Food 2, 873–885 (2021). https://doi.org/10.1038/s43016-021-00400-y
6 https://www.iica.int/es/programas/cambio-climatico
7 https://yaleclimateconnections.org/2023/01/the-u-s-had-18-different-billion-dollar-weather-disasters-in-2022/
8 Williams, A.P., Cook, B.I. & Smerdon, J.E. Rapid intensification of the emerging southwestern North American megadrought in 2020–2021. Nat. Clim. Chang. (2022). https://doi.org/10.1038/s41558-022-01290-z
9 https://www.theguardian.com/us-news/2022/dec/24/huge-winter-storm-bomb-cyclone-us-life-threatening-cold-holidays
10 https://www.mercurynews.com/2022/02/14/current-drought-is-worst-in-1200-years-in-california-and-the-american-west-new-study-shows/
11 https://cnnespanol.cnn.com/2023/01/10/fotos-inundaciones-california-enero-2023-trax/
12 Reuters. 2022. Portugal drought worsens, raising fears for crops and water supply. https://www.reuters.com/markets/commodities/portugal-drought-worsens-raising-fears-crops-water-supply-2022-02-21/
13 https://www.france24.com/en/live-news/20220212-spain-portugal-hit-by-winter-drought
14 https://www.bbc.com/mundo/noticias-internacional-62156589
15 https://www.efe.com/efe/america/sociedad/brasil-de-la-peor-sequia-en-casi-un-siglo-a-miles-evacuados-por-las-lluvias/20000013-4733571
16 https://www.theguardian.com/australia-news/2019/may/15/australia-to-import-wheat-for-first-time-in-12-years-as-drought-eats-into-grain-production
17 https://www.wri.org/applications/aqueduct/water-risk-atlas
18 FAO & WWC. Towards a Water and Food Secure Future. White paper 2015, 61.
19 https://www.infobae.com/america/america-latina/2022/12/15/intensa-ola-de-calor-provoca-incendios-forestales-en-la-zona-central-de-chile/
20 https://www.infobae.com/economia/campo/2023/01/12/sequia-estiman-que-ya-se-perdio-el-25-de-la-soja-y-la-cosecha-se-encamina-a-ser-una-de-las-3-peores-de-los-ultimos-15-anos/
21 https://www.cimmyt.org/news/use-of-forecasting-in-agriculture-praised-by-bill-melinda-gates-foundation/
22 Sheoran S, Kaur Y, Kumar S, Shukla S, Rakshit S, Kumar R. Recent Advances for Drought Stress Tolerance in Maize (Zea mays L.): Present Status and Future Prospects. Front Plant Sci. 2022 May 30;13:872566. doi: 10.3389/fpls.2022.872566. PMID: 35707615; PMCID: PMC9189405.
23 Yu, TF., Xu, ZS., Guo, JK. et al. Improved drought tolerance in wheat plants overexpressing a synthetic bacterial cold shock protein gene SeCspA. Sci Rep 7, 44050 (2017). https://doi.org/10.1038/srep44050
24 FAO. 2022. Gene editing and agrifood systems. Rome. https://doi.org/10.4060/cc3579en
25 Shi J, Gao H, Wang H, Lafitte HR, Archibald RL, Yang M et al (2017) ARGOS8 variants generated by CRISPR-Cas9 improve maize grain yield under field drought stress conditions. Plant Biotechnol J 15:207–216. https://doi.org/10.1111/pbi.12603
26 Hernández-Soto, Alejandro et al. 2021. “Rice Breeding in the New Era: Comparison of Useful Agronomic Traits.” Current Plant Biology 27(100211): 100211. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2214662821000165.
27 Sokol, N.W., Slessarev, E., Marschmann, G.L. et al. Life and death in the soil microbiome: how ecological processes influence biogeochemistry. Nat Rev Microbiol (2022). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00695-z
28 https://www.climatehubs.usda.gov/hubs/northeast/topic/cover-cropping-improve-climate-resilience
29 Komlan Koudahe, Samuel C. Allen, Koffi Djaman. Critical review of the impact of cover crops on soil properties,
International Soil and Water Conservation Research. 2022. 10 (3): 343-354. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2022.03.003.
30 Stokstad, E. ‘Perennial’ rice saves time and money, but comes with risks. Science. 378, (6620):586. 2022. 10.1126/science.adf6990
31 Honeker, Linnea K., Hildebrand, Gina, Fudyma, Jane D., Daber, Erik, Hoyt, David W., Flowers, Sarah E., Gil Loaiza, Juliana, Kuebert, Angelika, Bamberger, Ines, Anderton, Christopher R., Cliff, John B., Leichty, Sarah I., Aminitabrizi, Roya, Kreuzwieser, Juergen, Shi, Lingling, Bai, Xuejuan, Velickovic, Dusan, Dippold, Michaela, Ladd, S. Nemiah, Werner, Christiane, Meredith, Laura, and Tfaily, Malak M.. Elucidating Drought-Tolerance Mechanisms in Plant Roots through 1H NMR Metabolomics in Parallel with MALDI-MS, and NanoSIMS Imaging Techniques. United States: N. p., 2022. Web. doi:10.1021/acs.est.1c06772.
32 Philippe Nicolas, Yoshihito Shinozaki, Adrian Powell, Glenn Philippe, Stephen I Snyder, Kan Bao, Yi Zheng, Yimin Xu, Lance Courtney, Julia Vrebalov, Clare L Casteel, Lukas A Mueller, Zhangjun Fei, James J Giovannoni, Jocelyn K C Rose, Carmen Catalá, Spatiotemporal dynamics of the tomato fruit transcriptome under prolonged water stress, Plant Physiology, Volume 190, Issue 4, December 2022, Pages 2557–2578, https://doi.org/10.1093/plphys/kiac445
33 Yang, X., Gavya S, L., Zhou, Z., Urano, D., & Lau, O. S. (2022). Abscisic acid regulates stomatal production by imprinting a SnRK2 kinase–mediated phosphocode on the master regulator SPEECHLESS. Science Advances, 8(40), eadd2063. https://doi.org/10.1126/sciadv.add2063
34 W. Xiong, M. Reynolds, Y. Xu. Climate change challenges plant breeding Curr Opin Plant Biol (2022), 10.1016/j.pbi.2022.102308
35 United States Department of Agriculture USDA. World Agricultural Supply and Demand Estimates WASDE 632. January 2023. ISSN 1554-9089 https://www.usda.gov/oce/commodity/wasde/wasde0123.pdf
36 Childs, Nathan and Bonnie LeBeau, Rice Outlook: December 2022, RCS-22K, U.S. Department of Agriculture, Economic Research Service, December 13, 2022. https://www.ers.usda.gov/webdocs/outlooks/105473/rcs-22k.pdf?v=5877.2
37 https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/latest-news/agriculture/122322-chinas-soybean-imports-to-recover-in-2023-on-improved-margins-restocking-needs
38 https://apps.fas.usda.gov/psdonline/circulars/oilseeds.pdf
39 https://www.scmp.com/economy/china-economy/article/3206301/chinas-soybean-imports-have-peaked-and-will-keep-falling-beijing-stresses-food-security-report-says
