> Grupo de apoyo sobre El agua y el futuro de la energía |
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Los vegetales, base de la sostenibilidad de la biosfera. El mundo vegetal, es el responsable del sostenimiento de la vida en la Tierra gracias a su capacidad de captar la energía solar y almacenarla, en forma de energía química, en los enlaces de las moléculas orgánicas que forman su biomasa. Esta biomasa primaria producida por los vegetales es consumida por los seres heterótrofos que utilizan las moléculas orgánicas de aquellos para la obtención de energía mediante la respiración y como elementos plásticos para la formación de sus tejidos y compuestos de reserva. Cada año se estima que las plantas superiores y el resto de los seres fotosintéticos producen una cantidad total de biomasa equivalente a unas 170 Gigatoneladas (Gt) de materia seca, con un contenido energético estimado en 2,85 . 1021 J, lo que supera con creces las necesidades energéticas y alimenticias mundiales, estimadas respectivamente en 0,377 . 1021 J y 0,0549 . 1021 J, para una población de 6 . 109 habitantes. Otro aspecto a tener en cuenta sobre la función de los vegetales en el desarrollo sostenible, es la capacidad que tienen las plantas leñosas de actuar como sumideros de CO2 y neutralizar el efecto de otras fuentes de emisión que incrementen los gases de efecto invernadero. Además, tanto las plantas herbáceas como las leñosas contribuyen mediante el fenómeno denominado “rizodeposición”, a la fijación de carbono en el suelo en forma de carbonatos procedentes de la decarboxilación de los ácidos orgánicos liberados por sus raíces. |
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Las plantas, al igual que los restantes seres vivos, dependen necesariamente del agua para realizar sus funciones vitales aunque, en el desarrollo del proceso evolutivo, se han ido produciendo adaptaciones |
Las plantas, al igual que los restantes seres vivos, dependen necesariamente del agua para realizar sus funciones vitales aunque, en el desarrollo del proceso evolutivo, se han ido produciendo adaptaciones que han posibilitado el que se ocupen la mayoría de los diversos hábitats naturales de la biosfera, los cuales tienen una muy diferente disponibilidad de agua para su utilización por los seres vivos. La capacidad de los diversos hábitats de la biosfera para el desarrollo de los correspondientes ecosistemas va a depender de su capacidad productiva de biomasa primaria, estando ésta directamente relacionada con la disponibilidad de recursos hídricos. Por tanto puede afirmarse que los límites de la sostenibilidad natural de cualquier ecosistema vienen impuestos por la disponibilidad de recursos hídricos. La agricultura, base de la sostenibilidad de la humanidad. Desde los tiempos del Neolítico, el hombre ha utilizado las plantas para producir sus alimentos y forrajes para el ganado y ha utilizado la leña producida por la vegetación silvestre y poda de las especies leñosas cultivadas (frutales, vides, olivos etc...) para obtener una buena parte de la energía que necesitaba, en un modelo de actuación totalmente sostenible, aunque de muy poca demanda relativa de energía. La agricultura representa la forma racional más antigua de utilización de la energía solar por el hombre, aunque es muy probable que el agricultor primitivo no se percató de ello. Las plantas seleccionadas para la producción agrícola representan una fracción muy pequeña del total de las especies existentes, y en base a sus exigencias en cuanto a las necesidades hídricas principalmente, se han ido clasificando las tierras como aptas o no aptas para el desarrollo de la actividad agrícola. En la actualidad, la agricultura tiene nuevos retos para seguir siendo el corazón de la sostenibilidad de las actividades humanas, tanto en los países desarrollados como en los que están en vías de serlo. Por un lado tiene que dar solución a la hambruna que reina en muchos de los países en vías de desarrollo con soluciones técnicas adecuadas a las capacidades productivas de cada zona y por otro favorecer el desarrollo rural en las zonas agrícolas de los países desarrollados cuya merma en las actividades agrarias ha supuesto el aumento de la emigración a las ciudades y la consiguiente disminución de la población rural. En este sentido, la utilización de las tierras abandonadas para la producción de biomasa para fines energéticos (agroenergética) mediante nuevas especies adaptadas a esta finalidad (cultivos energéticos) con menos requerimientos que las especies tradicionales y con mejor eficiencia en el uso del agua, podría ser una actividad alternativa a la producción de alimentos, sin el peligro de la saturación de los mercados. Más adelante se desarrollará este punto con más amplitud. |
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El agua, la energía de las radiaciones solares, y el anhídrido carbónico del aire, son los tres elementos primarios que utilizan las plantas en el proceso fotosintético para producir materia orgánica. |
Funciones
del agua en las plantas. El agua, la energía de las radiaciones solares, y el anhídrido carbónico del aire, son los tres elementos primarios que utilizan las plantas en el proceso fotosintético para producir materia orgánica según la ecuación global:
El proceso es bastante complejo y ocurre en varias fases que se desarrollan en las diversas estructuras que forman los cloroplastos de las células vegetales. La fase inicial de la fotosíntesis ocurre en unas estructuras internas de los cloroplastos, denominadas “tilacoides”, consistentes en unos sistemas membranosos de naturaleza lipoproteica que contienen las moléculas captadoras de la energía de las radiaciones luminosas (fotosistemas) y un espacio interior que contiene el agua que va a suministrar los electrones para la reducción del carbono inorgánico. La molécula de agua es oxidada en el proceso fotosintético y descompuesta en sus elementos básicos, produciendo oxígeno molecular, electrones y protones. El oxígeno molecular se desprende y pasa a la atmósfera (todo el oxígeno atmosférico procede de la fotosíntesis de los vegetales) y los electrones y protones intervienen en las diversas reacciones metabólicas que van a dar origen a la formación de los compuestos orgánicos iniciales del proceso fotosintético. La energía de activación de los electrones la proporcionan las radiaciones luminosas que son captadas por los pigmentos fotosintéticos de los fotosistemas.
A parte de su influencia directa en el proceso fotosintético, el agua cumple las siguientes funciones básicas en la vida de las plantas: - Constituye el vehículo de entrada de las sustancias minerales que van a intervenir en el metabolismo de las plantas y formar parte de su biomasa. - Es el vehículo de distribución de los solutos a través del cuerpo de la planta - Mantiene la turgencia de las células, lo que, en los tejidos foliares, está directamente relacionado con la expansión foliar, en el caso de hojas no lignificadas y el control de la apertura estomática. - Posibilita las actividades vitales y del protoplasma celular, que se desarrollan siempre en medio acuoso, actuando a veces como disolvente, como reactivo, como fuente de iones H+ y OH- o como producto final de algunas reacciones metabólicas - Al ser absorbida por parte de las células recién formadas, produce la elongación celular, siendo este proceso el responsable del crecimiento vegetal. - Atenúa los efectos de la variación de la temperatura del medio, y a través del proceso de transpiración controla, entre ciertos límites, la temperatura foliar La entrada del agua en las plantas se efectúa normalmente por el sistema radicular y se distribuye al resto del cuerpo de la planta a través de un sistema de vasos conductores específico, denominado “xilema”. La regulación del paso del agua de los vasos conductores hasta las células, se efectúa por fuerzas osmóticas y la energía necesaria para producir el flujo ascendente del agua y los solutos absorbidos (savia bruta) se origina a nivel de las hojas por la evaporación del agua a través de los estomas (transpiración). Esta energía procede en última instancia de las radiaciones solares que inciden sobre las hojas, las cuales producen el calentamiento de éstas y la consiguiente evaporación del agua. La mayoría del agua absorbida por la planta se elimina en el proceso de la transpiración, siendo solamente una pequeña fracción de aquella (alrededor del 1 %) la que la planta emplea en sus reacciones metabólicas o en aumentar el contenido hídrico de su biomasa, a medida que ésta aumenta. |
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La mayoría del agua absorbida por la planta se elimina en el proceso de la transpiración, siendo solamente una pequeña fracción de aquella (alrededor del 1 %) la que la planta emplea en sus reacciones metabólicas. |
El consumo teórico de agua por los vegetales en el proceso fotosintético Si en la ecuación global de la fotosíntesis ( I ) se tienen en cuenta las relaciones estequiométricas, se deduce que para producir 180 g de glucosa (C6H12O6) son necesarios 264 g de CO2 y 108 g de agua, es decir, se requiere 0,6 kg de agua por cada kg de azúcar producido. Sin embargo, la cantidad de agua que requiere una planta para formar 1 kg de materia orgánica es muy superior (del orden de 500 - 1000 veces) debido principalmente a la transpiración y los gastos metabólicos necesarios para mantener sus actividades vitales. La entrada del CO2 en las hojas se produce a través de los numerosos estomas que se encuentran distribuidos por la superficie foliar. La apertura de los estomas posibilita la entrada del CO2, pero también da origen a la salida del agua de la planta en forma de vapor por la transpiración. La transpiración de las plantas produce un gasto de agua variable en función de las condiciones ambientales y de las características específicas anatómicas y metabólicas de cada planta en cuestión. Suponiendo una eficiencia energética del 2,5 % en la captación fotosintética directa de la radiación solar, la producción de 1 kg de azúcar (4.000 kcal) supondría la absorción de 160.000 kcal de radiaciones solares por la hoja (al margen de la radiación reflejada). Suponiendo que el 80 % de esta radiación se empleara en evaporar el agua en el proceso tranpiratorio (el resto de la energía incidente sería eliminado por convección o irradiación) y considerando el calor latente de vaporización del agua (560 kcal.kg-1), la cantidad de agua transpirada que se eliminaría teóricamente por cada kg de azúcar producido en el proceso fotosintético sería de 223 kg (0,8 x (160.000-4.000)/560). Esta cifra daría una “eficiencia en el uso del agua” (EUA) de 4,48 g de materia seca por cada litro de agua transpirada. Esta cantidad teórica puede variar en la práctica en base a las condiciones de disipación del calor de la hoja (menor transpiración cuanto más calor se elimine por irradiación o convección) o por variaciones respecto al factor asumido de eficiencia fotosintética (2,5 %). El consumo de agua por los cultivos La producción de biomasa por los cultivos se realiza a expensas de la materia orgánica formada inicialmente por vía fotosintética, mediante las reacciones metabólicas del vegetal. Por este motivo, la eficiencia global en la producción de materia orgánica frente al agua transpirada suele ser bastante inferior al valor teórico calculado en el apartado anterior. Al agricultor, no le interesa tanto la cantidad de agua que puedan transpirar las plantas, sino la que tiene que aportar al cultivo para que produzca una buena cosecha. No todo el agua que el agricultor aporte al cultivo va a ser absorbida y transpirada por la planta ya que una parte de ella se evaporará directamente desde el suelo y otra se quedará fuera del alcance de las raíces de las plantas o se perderá por drenaje o escorrentía. Cuanto mejor sea la técnica de aplicación del agua de riego, menores serán estas pérdidas , que en cierta medida pueden ser controladas por el agricultor. Además, al agricultor no le suele interesar toda la biomasa producida por la planta (no suele estar preocupado por la cantidad de raíces producidas excepto en algunos cultivos específicos) sino solamente la que puede cosechar, y dentro de ésta la que tiene valor comercial (grano, por ejemplo, en el caso de cereales). Por este motivo, el significado de la “eficiencia en el uso del agua” es distinto para los agricultores que para los fisiólogos, aunque es un concepto que se maneja tanto en agronomía como en fisiología vegetal. Así por ejemplo, tomando como referencia el caso de la producción de trigo en la Comunidad de Madrid en 1999 donde se dió una producción media de grano de 2.437 kg/ha y una pluviometría en el período sept-98 / agosto-99 de 290 mm (2.900 m3/ha), bastante inferior a la pluviometría media, la eficiencia en el uso del agua para la producción de grano sería de 0,84 g por cada litro de agua recibido, de 1,85 para toda la biomasa cosechada (5.361 t/ha de paja y grano) y de 2,22 si se tiene en cuenta toda la biomasa producida por la planta (6433 kg/ha), considerando una proporción paja/grano de 1,2 y una proporción raíz / parte aérea de 0,2 . Por el contrario, una planta de maíz que recibiera 8000 m3 de agua / ha (20 riegos de 400 m3/ha cada uno) y que produjera 10 t/ha de grano, 20 t/ha de biomasa aérea (grano+tallos+ hojas+ restos de inflorescencias) y 4 t/ha de raíces (todo ello expresado en base seca), tendría una eficiencia en el uso del agua respecto a la producción de grano de 1,25 gramos por litro de agua recibido, de 2,5 respecto a la producción aérea y de 3,0 respecto a la biomasa total. Dicho de otra forma, para producir 1 kg de biomasa global en el trigo (expresada en materia seca) se necesitarían unos 450 litros de agua, mientras que para el maíz se necesitarían solamente 333 litros. Estos datos indican claramente que no todos los cultivos son igualmente eficientes respecto al uso del agua, aunque también hay que considerar que en el caso del clima mediterráneo, el agua consumida por el trigo puede provenir de las lluvias de otoño, invierno y primavera, mientras que en el caso del maíz se trata de agua de riego que hay que suministrar al cultivo durante parte de la primavera y el verano. Necesidades teóricas de agua para la producción de alimentos de forma sostenible Suponiendo que las necesidades alimenticias diarias de una persona sean de 2.000 kcal y que unas 600 kcal de éstas sean de origen animal para que la dieta fuera equilibrada, se podían establecer las necesidades alimenticias per cápita diarias en el equivalente a unas 6.000 kcal de biomasa primaria, teniendo en cuenta que para fabricar los herbívoros una caloría de carne comestible consumen entre 5 y 10 calorías de biomasa vegetal (biomasa primaria). Referido a la biomasa cosechable en un cultivo de trigo, por ejemplo, esto implicaría unas necesidades diarias de 1,5 kg de paja y grano en conjunto (682 g de grano y 818 g de paja, según la proporción paja / grano de 1,2). Para producir esta cantidad de biomasa el cultivo requeriría consumir una cantidad de agua equivalente a 810 litros (según los datos obtenidos anteriormente para la Comunidad de Madrid en 1999), lo que llevado a los 365 días del año implicaría un consumo de 547,5 kg de biomasa (paja + grano) para cuya producción se consumirían unos 296 m3 de agua. Según estos datos, 1 ha de cultivo de trigo en las condiciones de la Comunidad de Madrid descritas anteriormente, con una producción anual de 5,36 t de materia seca cosechable (paja y grano), podría suministrar alimento para 9,8 personas. Aplicando el mismo razonamiento para el caso del maíz de regadío de 20 toneladas de biomasa cosechable (paja + grano) por ha, con un índice de eficiencia en la utilización del agua de 2,5 g/l , con el producto de 1 ha se podrían cubrir las necesidades alimenticias de 36,5 personas, con un consumo global de agua de 8.000 m3/ha anuales (219 m3/persona.año), lo que viene motivado por la mejor eficiencia en la utilización del agua por parte del maíz respecto al trigo, si bien el maíz necesita agua de regadío. |
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Una
hectárea de cereales de secano podría mantener por término medio a 10
personas. |
Alimentación potencial de la población española en base a la agricultura cerealista Asumiendo que 1 ha de cereales de secano podría mantener por término medio a 10 personas, y que 1 ha de maíz de regadío podría mantener a 36,5, la alimentación anual de 40 millones de habitantes implicaría el cultivo de unos 4,0 millones de ha de cereales de secano o 1,1 millones de ha de maíz en regadío. Según los datos del Anuario Estadístico del MAPA relativos al año 1999, la superficie dedicada en España a cultivos de cereales en secano fue de 5,45 Mha sobre un total de 7,93 Mha de cultivos herbáceos cultivados en dichas condiciones y de 1,03 Mha de cereales en regadío sobre un total de 2,29 Mha de cultivos herbáceos en regadío. Además existía un total de 3,11 Mha de barbechos de secano y 0,15 Mha de tierras de regadío en barbecho (véanse Tablas I y II). Según estos datos, la superficie dedicada a cultivos de cereales de secano de la agricultura española, en las condiciones actuales, tiene de por sí capacidad suficiente para garantizar las necesidades básicas para la alimentación de la población actual española (unos 40 millones de habitantes). Los
cultivos de regadío en España Según el Anuario estadístico del MAPA (2001), las tierras de regadío en España ocupaban alrededor de 3,7 millones de hectáreas en 1.999 (último censo registrado en dicho anuario), de las que el 62 % eran cultivos herbáceos, el 26 % de cultivos leñosos (frutales principalmente), un 8 % de pradera naturales regadas y el resto (4 %) tierras de barbecho o no cultivadas. Los principales cultivos herbáceos de regadío son los cereales, que ocupaban 886.945 ha distribuídas entre los cereales de invierno (trigo y cebada) con 527.171 ha y el maíz con 359.774 ha. El girasol (174.387 ha) y la remolacha (111.256 ha) ocupaban también una superficie importante de los regadíos extensivos. Las patatas y hortalizas ocupaban 504.873 ha, los cultivos forrajeros 281.222 ha, y los cultivos de flores 120.276 ha. Los cultivos leñosos en regadío ocupaban una superficie total de 960.736 ha, de las que 285.377 ha correspondían al olivar, 291 781 ha a los cítricos 278.244 ha a frutales no cítricos y el resto a viñedo regado (101.406 ha), según el mismo censo de 1999. En relación a los cultivos herbáceos, es de destacar que los cereales grano, cuyo cultivo está fuertemente subvencionado en la Política Agrícola Comunitaria, representan el 24% del total del regadío español. Algunos de estos cultivos son típicamente de secano, como el trigo y la cebada, y ocupan una superficie considerable de las tierras de regadío, superando el medio millón de ha. En relación a los cultivos leñosos de regadío es necesario destacar que de las 101.406 ha ocupadas por el viñedo, 81.317 ha corresponden a la producción de uva para vinificación, siendo Castilla la Mancha la que ocupa una mayor superficie de esta clase (45.956 ha) y la que más contribuye a la producción de excedentes que van destinados a la producción de etanol vínico. |
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La producción de cereales en España, al igual que en el resto de los países de la Europa Comunitaria, no resulta competitiva desde un punto de vista económico, respecto a la de otros países que tienen costes de producción mucho más bajos. |
Criterios de sostenibilidad a tener en cuenta en el desarrollo futuro de los regadíos en España En el Plan Hidrológico Nacional se contempla el establecimiento de nuevos regadíos en los próximos 20 años. A la vista de la situación actual en que una gran parte de la superficie de regadío está ocupada por cultivos subvencionados y cuya viabilidad futura depende de decisiones de la política agraria internacional, principalmente los acuerdos del GAT (Acuerdo General sobre Aranceles y Comercio) y de la PAC, en lugar de en la capacidad productiva de las tierras agrícolas, se hace necesario reflexionar sobre el interés de ampliar la superficie actual del regadío, antes de asegurar la viabilidad sostenible del actualmente existente. La producción de cereales en España, al igual que en el resto de los países de la Europa Comunitaria, no resulta competitiva desde un punto de vista económico, respecto a la de otros países que tienen costes de producción mucho más bajos y por este motivo, la agricultura comunitaria tiene que estar subvencionada para mantener la actividad agrícola y garantizar una mínima seguridad alimentaria. Según hemos reseñado en el apartado anterior, la seguridad alimentaria de la población española no parece correr peligro en la situación actual, en base a la capacidad productiva de cereales de la agricultura nacional, pero es necesario resaltar que esta actividad se está realizando a costa de importantes subvenciones que, si bien son necesarias para mantener la actividad agrícola del país, su crecimiento no debe fomentarse en exceso, por encima de los límites que una prudente seguridad en el autoabastecimiento futuro aconseje. Por este motivo, antes de seguir planteando el crecimiento de nuevos regadíos para seguir fomentando el incremento en la producción de cultivos subvencionados, en un ejemplo claro de “agricultura no sostenible”, seria necesario reflexionar sobre las alternativas existentes a los cultivos alimentarios subvencionados, para lograr un desarrollo futuro de una agricultura sostenible que sea económicamente viable, que no deteriore el medio ambiente y que ayude a la mejora social del medio rural, sin comprometer el futuro de las generaciones venideras y sin incertidumbres sobre su viabilidad futura. Su sostenibilidad debería estar basada en la capacidad productiva de los sistemas agrarios, al margen de las posibles decisiones de la Política Internacional. El
consumo de agua en España El conjunto de agua de lluvia que cae anualmente en España se estima en unos 346.000 millones de metros cúbicos de los que se pierden por escorrentía superficial y corrientes subterráneas cerca de 111.000 Mm3 y el resto es devuelto a la atmósfera ya sea a través de la transpiración de la vegetación natural o de las plantas cultivadas o por simple evaporación del agua desde el suelo. La demanda global de agua por la población española se cifra en unos 35.000 millones de metros cúbicos anuales (unos 875 m3 por persona) que se reparten de forma desigual entre las distintas actividades básicas. La agricultura consume cerca del 80 % (28.000 Mm3) en los cultivos de regadío (3,5 Mha de tierras regadas), lo que da un consumo medio de unos 8.000 m3/ha.año. El 20 % de agua restante se consume en usos domésticos (9 %), usos industriales (9 %) y servicios públicos (2 %), según se aprecia en la Tabla IV. El consumo domésticos supone unos 3.150 Mm3 anuales, lo que para una población de 40 millones de personas supone cerca de los 79 m3 anuales por persona, equivalentes a un consumo diario medio de 216 litros. Según estos datos, la agricultura de regadío es la principal fuente de consumo de agua en España, al margen del agua evapotranspirada por los cultivos de secano que procede de la lluvia y no se contabiliza. Según se dijo en un punto anterior, la producción de la agricultura cerealista de secano en España, sería teóricamente suficiente para proporcionar la biomasa primaria necesaria para garantizar la nutrición de la población española. El consumo de agua urbana se espera que crezca entre un 15 % para el 2010 y un 36 % para el 2020, debido fundamentalmente a la gran expansión del sector turístico- residencial de la costa. |
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