El arroz alimenta a miles de millones de personas, pero su papel en el aumento del cambio climático está creciendo
Rice feeds billions of people – but its role in fueling climate change is growing
There are ways to reduce emissions without sacrificing yield. A new study shows how, and looks at a technique billed as ‘climate-friendly’ that makes emissions worse.
Hay formas de reducir las emisiones sin sacrificar el rendimiento. Un nuevo estudio muestra cómo, y analiza una técnica catalogada como «amigable con el clima» que empeora las emisiones.
Rice feeds more than half the world. From terraced paddies in Southeast Asia to irrigated fields in China and India, it underpins daily meals for billions of people.
El arroz alimenta a más de la mitad del mundo. Desde arrozales en terrazas en el sudeste asiático hasta campos irrigados en China e India, sustenta las comidas diarias de miles de millones de personas.
But the same flooded soils that help rice thrive also create ideal conditions for microbes that release climate-warming gases.
Pero los mismos suelos inundados que ayudan al arroz a prosperar también crean condiciones ideales para los microbios que liberan gases que calientan el clima.
In a new study, our team of environment and agriculture scientists found that greenhouse gas emissions from rice paddies have nearly doubled globally since the 1960s, averaging about 1.1 billion tons of carbon dioxide-equivalent emissions per year in the 2010s. That’s roughly equal to the annual emissions of 239 million cars.
En un nuevo estudio, nuestro equipo de científicos ambientales y agrícolas descubrió que las emisiones de gases de efecto invernadero de los arrozales se han duplicado casi a nivel mundial desde la década de 1960, promediando alrededor de 1.1 mil millones de toneladas de emisiones equivalentes de dióxido de carbono por año en la década de 2010. Esto es aproximadamente igual a las emisiones anuales de 239 millones de automóviles.
This makes rice-growing the largest emissions source in agriculture outside of livestock, and rice demand is expected to keep rising.
Esto convierte el cultivo de arroz en la fuente de emisiones más grande de la agricultura, aparte del ganado, y se espera que la demanda de arroz siga aumentando.
Farmers have ways to reduce their rice crops’ emissions without lowering their yields. If every grower used the best currently available “climate-smart” options, we found that global rice emissions could be reduced by about 10% by midcentury. However, greater reductions are needed to slow climate change, which would require developing additional, more effective strategies.
Los agricultores tienen formas de reducir las emisiones de sus cultivos de arroz sin disminuir sus rendimientos. Si cada cultivador utilizara las mejores opciones «inteligentes con el clima» disponibles actualmente, encontramos que las emisiones globales de arroz podrían reducirse en aproximadamente un 10% para mediados de siglo. Sin embargo, se necesitan reducciones mayores para frenar el cambio climático, lo que requeriría desarrollar estrategias adicionales y más efectivas.
Why rice emissions have increased
Por qué han aumentado las emisiones de arroz
Rice emissions have risen for two reasons: the expansion of rice cultivation area and the intensification of management practices.
Las emisiones de arroz han aumentado por dos razones: la expansión del área de cultivo de arroz y la intensificación de las prácticas de manejo.
Just over half of the global increase is from the expansion of rice-growing areas. In Africa, for example, the rice-growing area has roughly doubled since the 1960s, helping drive a twofold rise in methane emissions in the region.
Más de la mitad del aumento global se debe a la expansión de las áreas de cultivo de arroz. En África, por ejemplo, el área de cultivo de arroz se ha duplicado aproximadamente desde la década de 1960, lo que contribuye a un aumento de dos veces en las emisiones de metano en la región.
At the same time, rice farmers are using more fertilizers and organic amendments, such as straw and manure, planting more productive rice varieties and growing the plants closer together. The result is more rice but also more greenhouse gas emissions.
Al mismo tiempo, los agricultores de arroz están utilizando más fertilizantes y enmiendas orgánicas, como paja y estiércol, plantando variedades de arroz más productivas y cultivando las plantas más juntas. El resultado es más arroz, pero también más emisiones de gases de efecto invernadero.
We found that one practice in particular – leaving rice stalks in the field after harvest and then plowing them into the soil to improve soil fertility – was responsible for about 18% of rice’s increase in overall net emissions since the 1960s. The reason: It increases the organic matter in the soil, which microbes then decompose, creating more methane emissions.
Descubrimos que una práctica en particular —dejar los tallos de arroz en el campo después de la cosecha y luego ararlos en el suelo para mejorar la fertilidad del suelo— fue responsable de aproximadamente el 18% del aumento de las emisiones netas totales de arroz desde la década de 1960. La razón: aumenta la materia orgánica del suelo, que luego los microbios descomponen, creando más emisiones de metano.
Rising global temperatures further accelerate microbial activity in the soils, meaning even more emissions.
El aumento de las temperaturas globales acelera aún más la actividad microbiana en los suelos, lo que significa aún más emisiones.
Fertilizer is another major contributor to emissions. Use of synthetic nitrogen increased by about 76% after 2000, boosting nitrous oxide – another powerful greenhouse gas. It contributed about 9% of the increase in total global net emissions from human activities.
Los fertilizantes son otro contribuyente importante de las emisiones. El uso de nitrógeno sintético aumentó en un 76% después del año 2000, impulsando el óxido nitroso, otro potente gas de efecto invernadero. Contribuyó con aproximadamente el 9% del aumento en las emisiones netas globales totales de actividades humanas.
Irrigation practices also affect emissions. In the past, irrigated rice paddies were kept flooded throughout the growing season, resulting in constant greenhouse gas emissions produced by microbes that thrive in the wet environment. Over the past two decades, however, more farmers have used intermittent flooding – draining their fields periodically.
Las prácticas de riego también afectan las emisiones. En el pasado, los arrozales irrigados se mantenían inundados durante toda la temporada de crecimiento, lo que resultaba en emisiones constantes de gases de efecto invernadero producidas por microbios que prosperan en el ambiente húmedo. Sin embargo, en las últimas dos décadas, más agricultores han utilizado inundación intermitente, drenando sus campos periódicamente.
This change has lowered methane emissions compared with keeping the paddies continuously flooded. However, we found a slight increase in nitrogen oxide emissions as soils cycled between wet and dry, which induces microbes to transform nitrogen in organic matter into nitrogen oxide gases, particularly nitrous oxide.
Este cambio ha reducido las emisiones de metano en comparación con mantener los arrozales continuamente inundados. Sin embargo, encontramos un ligero aumento en las emisiones de óxido de nitrógeno a medida que los suelos pasaban de húmedos a secos, lo que induce a los microbios a transformar el nitrógeno en la materia orgánica en gases de óxido nitroso, particularmente óxido nitroso.
Climate impact of rice production
Impacto climático de la producción de arroz
Putting a full climate price tag on rice production is harder than measuring one greenhouse gas at a time.
Ponerle un precio climático completo a la producción de arroz es más difícil que medir un gas de efecto invernadero a la vez.
Rice paddies emit methane and nitrous oxide from wet or flooded soils. They also remove carbon dioxide from the atmosphere as rice grows, and they lose carbon from their soils between crop seasons.
Los arrozales emiten metano y óxido nitroso de suelos húmedos o inundados. También eliminan dióxido de carbono de la atmósfera a medida que crece el arroz, y pierden carbono de sus suelos entre temporadas de cultivo.
A credible global estimate requires consistently accounting for different gases and soil carbon changes, as well as the uncertainty involved in tracking data across space and time.
Una estimación global creíble requiere tener en cuenta de manera constante diferentes gases y cambios en el carbono del suelo, así como la incertidumbre involucrada en el seguimiento de datos a través del espacio y el tiempo.
To do that, we combined three approaches:
Para hacer esto, combinamos tres enfoques:
An ecosystem computer model allowed us to simulate crop growth, water conditions and soil processes to estimate changes in methane, nitrous oxide and soil carbon together.
Un modelo informático de ecosistemas nos permitió simular el crecimiento de los cultivos, las condiciones del agua y los procesos del suelo para estimar cambios en metano, óxido nitroso y carbono del suelo de manera conjunta.
An artificial intelligence-powered machine learning model improved estimates where measurements were sparse to cover all rice regions in the world.
Un modelo de aprendizaje automático impulsado por inteligencia artificial mejoró las estimaciones donde las mediciones eran escasas para cubrir todas las regiones productoras de arroz del mundo.
And a meta-analysis of more than 1,200 field experiment sites provided direct evidence of how practices such as irrigation, fertilizer use and management of crop residue affect emissions.
Y un metaanálisis de más de 1,200 sitios de experimentos de campo proporcionó evidencia directa de cómo prácticas como el riego, el uso de fertilizantes y la gestión de residuos de cultivos afectan las emisiones.
Together, they allowed us to quantify emissions from 1961 to 2020, determine what drove those emissions, and test the potential of mitigation techniques under future climate conditions.
Juntos, nos permitieron cuantificar las emisiones desde 1961 hasta 2020, determinar qué impulsó esas emisiones y probar el potencial de las técnicas de mitigación bajo futuras condiciones climáticas.
What works and doesn’t for climate mitigation
Lo que funciona y lo que no para la mitigación climática
There are ways to reduce emissions from rice production without sacrificing yield.
Hay formas de reducir las emisiones de la producción de arroz sin sacrificar el rendimiento.
Our study found that reducing fertilizer use and residue applications, managing irrigation to allow dry periods in between flooded ones and reducing tillage could, together, reduce global greenhouse gas emissions from rice by about 10% by midcentury.
Nuestro estudio encontró que reducir el uso de fertilizantes y las aplicaciones de residuos, gestionar el riego para permitir períodos secos entre los inundados y reducir el laboreo podrían, en conjunto, reducir las emisiones globales de gases de efecto invernadero del arroz en aproximadamente un 10% para mediados de siglo.
We were surprised to find that replacing chemical fertilizers with more organic choices is not always better from a greenhouse gas perspective, although it is valued in organic farming.
Nos sorprendió descubrir que reemplazar los fertilizantes químicos por opciones más orgánicas no siempre es mejor desde la perspectiva de los gases de efecto invernadero, aunque es valorado en la agricultura orgánica.
Maintaining moderate amounts of straw and other crop residue in the field can help boost soil fertility, but too much can increase methane emissions and accelerate the loss of carbon from the soil. Another option is to convert part of the residue into biochar – burning it under low-oxygen conditions before mixing it into flooded soils. Biochar can help stabilize soil carbon and reduce methane emissions.
Mantener cantidades moderadas de paja y otros residuos de cultivos en el campo puede ayudar a aumentar la fertilidad del suelo, pero demasiado puede aumentar las emisiones de metano y acelerar la pérdida de carbono del suelo. Otra opción es convertir parte del residuo en biochar, quemándolo en condiciones de bajo oxígeno antes de mezclarlo en suelos inundados. El biochar puede ayudar a estabilizar el carbono del suelo y reducir las emisiones de metano.
Improving water management can be a powerful tool for reducing emissions. Periodically draining fields reduces methane production, though it may slightly raise nitrous oxide emissions. This strategy is particularly effective in regions with reliable irrigation infrastructure, including large parts of Asia.
Mejorar la gestión del agua puede ser una herramienta poderosa para reducir las emisiones. Drenar los campos periódicamente reduce la producción de metano, aunque puede elevar ligeramente las emisiones de óxido nitroso. Esta estrategia es particularmente efectiva en regiones con infraestructura de riego confiable, incluidas grandes partes de Asia.
Managing fertilizer use is also an effective mitigation strategy, particularly in highly fertilized systems, including parts of China and South Asia. Excess nitrogen increases nitrous oxide without a clear increase in crop yields and increases water pollution. Reducing overapplication of nitrogen reduces emissions and water pollution, and it saves farmers money in the process.
Gestionar el uso de fertilizantes también es una estrategia de mitigación efectiva, particularmente en sistemas altamente fertilizados, incluidas partes de China y el sur de Asia. El exceso de nitrógeno aumenta el óxido nitroso sin un aumento claro en los rendimientos de los cultivos y aumenta la contaminación del agua. Reducir la sobreaplicación de nitrógeno reduce las emisiones y la contaminación del agua, y ahorra dinero a los agricultores en el proceso.
The effects of tilling, the practice of plowing the soil between crop seasons, have large regional differences. Reducing tilling is often promoted as climate-friendly, but we found that it does not always minimize net emissions in flooded systems. In rice fields in temperate zones, including much of the U.S. and China, cooler conditions can limit methane production, allowing the soil carbon benefits of reduced tilling to outweigh the methane risk. In warmer, persistently flooded systems, however, low-oxygen conditions can boost microbial activity, increasing methane production and accelerating soil carbon loss.
Los efectos del laboreo, la práctica de arar el suelo entre temporadas de cultivo, presentan grandes diferencias regionales. Reducir el laboreo a menudo se promociona como ecológico, pero encontramos que no siempre minimiza las emisiones netas en sistemas inundados. En los campos de arroz de zonas templadas, incluida gran parte de EE. UU. y China, las condiciones más frescas pueden limitar la producción de metano, lo que permite que los beneficios del carbono del suelo de la reducción del laboreo superen el riesgo de metano. Sin embargo, en sistemas más cálidos e inundados de forma persistente, las condiciones de bajo oxígeno pueden impulsar la actividad microbiana, aumentando la producción de metano y acelerando la pérdida de carbono del suelo.
Overall, we found that no single practice works everywhere. Each region will need to assess the most effective practices for reducing emissions.
En general, encontramos que ninguna práctica única funciona en todas partes. Cada región deberá evaluar las prácticas más efectivas para reducir las emisiones.
A climate ceiling for rice production
Un límite climático para la producción de arroz
The bottom line is both hopeful and sobering: Targeted sets of optimized practices can deliver meaningful emission reductions without losing rice yields, but the total global possible reduction is modest.
La conclusión es a la vez esperanzadora y sobria: Conjuntos específicos de prácticas optimizadas pueden lograr reducciones significativas de emisiones sin perder rendimientos de arroz, pero la reducción global total posible es modesta.
To reduce emissions further will require better guidance to help farmers determine the best levels of organic amendments, such as straw or biochar, and new approaches that can reduce emissions without undermining rice production.
Reducir aún más las emisiones requerirá una mejor guía para ayudar a los agricultores a determinar los mejores niveles de enmiendas orgánicas, como paja o biochar, y nuevos enfoques que puedan reducir las emisiones sin socavar la producción de arroz.
Hanqin Tian receives funding from US Department of Agriculture, US National Science Foundation, and Andrew Carnegie Fellowship Program.
Hanqin Tian recibe financiación del Departamento de Agricultura de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y el Programa de Becas Andrew Carnegie.
Pep Canadell receives funding from the Australian National Environmental Science Program-Climate Systems Hub.
Pep Canadell recibe financiación del Programa Nacional Australiano de Ciencias Ambientales- Centro de Sistemas Climáticos.
Shufen (Susan) Pan receives funding from U. S. National Science Foundation
Shufen (Susan) Pan recibe financiación de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
Jingting Zhang does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organization that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
Jingting Zhang no trabaja para, asesora, posee acciones de, ni recibe financiación de ninguna empresa u organización que se beneficiaría de este artículo, y no ha revelado afiliaciones relevantes más allá de su nombramiento académico.
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