2011 - Connor - Matias Arredondo

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Capítulo 1: Sistemas agrícolas 
Los seres humanos dependen de la agricultura para proveerse de alimentos, forrajes, fibra y 
combustibles. La producción de estos, depende de las habilidades fisiológicas de las plantas y de las 
condiciones edafoclimáticas en las cuales crecen. La decisión de qué cultivos se producen, y como 
dependen de la utilidad y el valor de esos productos, sus costos de producción, y los riesgos asociados. 
A nivel de establecimiento agropecuario, estás consideraciones tiene que estar relacionadas con los 
requerimientos de recursos forrajeros para los animales, la disponibilidad de labores, y los 
requerimientos de los cultivos en rotación para mantener los niveles de fertilidad, controlar 
enfermedades, malezas, o la erosión. Las fuerzas del mercado y la disponibilidad de capital y tecnología 
imponen limitaciones adicionales. 
Dentro de estas consideraciones socioeconómicas, la respuesta de los cultivos al medio ambiente 
y al manejo sigue las leyes de la termodinámica y la conservación de la energía y la masa. Por lo tanto, 
podemos entender y predecir el rendimiento de los cultivos utilizando análisis ecológicos en términos 
de principios biológicos, químicos y físicos. Este es el contexto y el contenido de la ecología de los 
cultivos. 
En este capítulo, presentamos ideas sobre la naturaleza, los objetivos y la gestión de la agricultura 
para proporcionar una base para el análisis detallado del rendimiento de los cultivos en los sistemas 
agrícolas. También presentamos los principios sobre los que se construye este libro. 
1.1. Sobre la naturaleza de la agricultura 
La agricultura se puede estudiar en diversos niveles organizativos y geoespaciales, desde lotes 
individuales, su agrupación en establecimientos agropecuarios, y hasta la agrupación de estos dentro 
de regiones. Esto se ilustra en la Figura 1.1 e identifica la necesidad de establecer una terminología 
coherente. 
1.1.1 Terminología 
Los lotes de producción son las unidades fundamentales para los estudios en ecología de cultivos. 
Los tamaños de los lotes varían de 10 a 100 ha en la agricultura tradicional a gran escala típica de 
Argentina, Australia, Brasil, Canadá, Europa y EE. UU., a 1 ha o menos en la agricultura de pequeña 
escala y uso intensivo de mano de obra en países densamente poblados como Bangladesh, China, 
India, Indonesia, Malawi, Filipinas y Vietnam. Un sistema de cultivo (Sistema agrícola, ganadero o 
mixto) es la secuencia temporal de cultivos y prácticas de manejo aplicadas en un lote. En este nivel, 
podemos examinar los procesos de producción de las plantas, su dependencia de las condiciones 
ambientales y el papel de los procesos del suelo que respaldan el crecimiento de las plantas. Al 
observar los lotes durante años, podemos comprender los efectos de la rotación de cultivos, de los 
sistemas de labranza utilizados, de la fertilización y de la extracción del material cosechado sobre las 
propiedades del suelo. Los rendimientos se pueden analizar como una función de los requerimientos 
de recursos tales como nutrientes, agua y energía. Los presupuestos económicos de costos e ingresos 
y la evaluación de los requisitos laborales también son útiles a nivel de lote. 
 
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Fig. 1.1: Relación entre las escalas operacionales y geoespaciales en agricultura. 
En un nivel superior, los lotes son componentes de establecimientos bajo la gestión de productores 
particulares. Los principales cultivos, ganadería y prácticas de manejo empleadas en un 
establecimiento en particular constituyen un sistema de cultivo. Ruthenberg (1980) señaló que debido 
a que los establecimientos están organizados para producir un rendimiento económico neto, son las 
unidades fundamentales para el análisis económico y sociológico. El suministro de alimentos para la 
familia del establecimiento agropecuario (agricultura de subsistencia) y la perpetuación del mismo para 
las generaciones posteriores también son importantes. Un establecimiento agropecuario, entonces, es 
un sistema orientado a metas en el que los objetivos dictan cómo el capital y mano de obra se utilizan 
en actividades de producción. La disponibilidad de capital y trabajo, más la necesidad de gestionar el 
riesgo, imponen restricciones sobre los cultivos, las secuencias empleadas y la intensidad de la 
agricultura. Por lo tanto, algunos aspectos de los sistemas de cultivo se analizan mejor a nivel de 
establecimiento agropecuario. Los ejemplos incluyen la integración del ganado a un sistema netamente 
agrícola, y como se modifica el ciclo de los nutrientes con la inclusión del estiércol en el sistema, entre 
otros. 
El rango de combinaciones de especies es amplio, pero hay tipologías estructurales que se repiten 
en muchas partes del mundo. Así, en la Tabla 1.1, que describe los principales sistemas cultivados del 
mundo, se pueden ver relaciones claras entre las actividades agrícolas y el medio ambiente. El riego 
se practica en todo el rango de climas, pero es más común en los trópicos húmedos y subtrópicos, 
donde el agua está más fácilmente disponible y el régimen térmico permite el cultivo durante todo el 
año. Los sistemas de secano se concentran en áreas húmedas, zonas con pendiente y peligro de 
erosión y en áreas semiáridas / áridas con difícil acceso al agua de riego. La rotación de cultivos 
generalmente se restringe a las áreas tropicales húmedas bajo la presión creciente de su conversión a 
cultivos continuos, con el objetivo de proporcionar alimentos, fibra y energía a una población mundial 
en expansión. 
El intento de analizar los sistemas agropecuarios encuentra el problema de que no hay dos 
establecimientos exactamente iguales. Los tipos de suelo, los cultivos utilizados, el tamaño del 
establecimiento, los recursos financieros, las habilidades y opiniones de los agricultores sobre las 
mejores prácticas varían de un establecimiento a otro. Sin embargo, es lógico suponer que los 
 
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agricultores se comporten de forma racional, lo que significa que hay buenas razones por las que los 
establecimientos sean similares o diferentes. Cuando la mayoría de los establecimientos de una región 
están organizados de manera similar, podemos describir las prácticas agrícolas regionales. Es 
conveniente usar el término sistema agrícola cuando se habla de la organización regional de los 
sistemas de producción. La base regional abre vías adicionales para el análisis, incluidas cuestiones 
como el drenaje y la contaminación del aire y el agua. En este nivel, los estudios económicos y 
sociológicos también pueden incluir roles de servicio (por ejemplo, compra, almacenamiento y 
transporte de granos) de ciudades y pueblos dentro de la región. 
Los sistemas agrícolas pueden ser evaluados a nivel de cuenca hidrográfica regional, nacional o 
mundial con respecto al impacto en la seguridad alimentaria y los servicios de los ecosistemas que 
incluyen la calidad del agua y del aire, y la biodiversidad. Estos efectos son el resultado de las 
contribuciones agregadas de lotes individuales y establecimientos agropecuarios, que a su vez 
contribuyen a resultados a escalas geoespaciales mucho más grandes. Los principios de la ecología 
de los cultivos proporcionan la base para comprender y estimar estos efectos agregados. 
Tabla 1.1. Tipificación global de los sistemas de cultivo con su área relativa y ejemplos. 
Tropicales y subtropicales (62%)b Templados (38%) 
Sistema 
de cultivo 
Cálido 
húmedo/sub-
húmedo (26%) 
Cálido 
semiárido/árido 
(12%) 
Templado/frío 
(altura/montaña) 
(24%) 
Húmedo/sub-húmedo 
(22%) 
Semiárido/árido 
(16%) 
Irrigado 
(18%) 
Arroz (ej. este-
sudeste de Asía) 
Arroz-trigo (ej. 
Pakistan, India, 
Nepal) 
Arroz (ej. 
Egipto, Perú) 
 Algodón 
Secano – 
alto nivel 
de insumos 
(82%) 
Arroz-trigo (ej. 
Pakistan, India, 
Nepal) 
 Té, café (Este 
Africa, Sri Lanka) 
Maíz-soja (Pampas de 
Argentina,cinturón 
maicero EEUU); granos 
(trigo, cebada, colza, 
girasol, avena) y 
sistemas de cultivo y 
ganadería (ej: oeste y 
norte Europa Central 
 
Secano – 
bajo nivel 
de insumos 
(cultivos, 
ganado, 
forestación) 
Cultivos básicos 
en trópicos 
húmedos (ej, 
batata, mandioca, 
banana en Africa 
Sub sahariana) 
Sistemas 
mixtos agrícola-
ganaderos (ej: 
Sahel, Australia) 
Cereales y 
tubérculos (ej: 
Andes) 
Sistemas mixtos 
agrícola-ganaderos (ej: 
Europa) 
Sistema Trigo-
barbecho (ej: Asia 
Central, Canadá, 
Estados Unidos, 
Australia) 
Rotación 
de cultivos 
Cuenca 
Amazónica, 
Sudeste de Asia, 
África ecuatorial 
 
 
4 
 
a Adaptado de Cassman y Wood (2005). 
b Los valores entre paréntesis representan el porcentaje del área total arable a nivel global. 
 
1.1.2. Atributos importantes 
La productividad es quizás la propiedad más importante de los sistemas agrícolas, pero hay otros. 
Marten (1988) proporcionó definiciones usadas en este libro para cinco propiedades principales del 
sistema: 
Atributos ecológicos Atributos sociales 
Productividad Equitad 
Estabilidad (Variación, persistencia) Autonomía 
Sostenibilidad 
 
La productividad se define explícitamente por el rendimiento del producto útil por unidad de área 
utilizado. La expresión por unidad de superficie terrestre es multidimensional porque varios recursos 
naturales y humanos, como la radiación, el agua, los nutrientes y el trabajo, también ocurren por unidad 
de superficie. El rendimiento es, por lo tanto, una medida integradora de la eficiencia relativa a tales 
entradas. Los rendimientos varían a lo largo de los años con el clima y otras causas. Marten (1988) 
utilizó el término estabilidad en referencia al grado de dicha variación; la sostenibilidad se refiere 
entonces a si los niveles actuales de producción pueden mantenerse durante años en el mismo nivel. 
La simplicidad y la claridad de estas definiciones son útiles para nuestros propósitos. Sin embargo, la 
estabilidad y la sostenibilidad son términos amplios y a veces tienen otras definiciones, por lo que es 
importante ser explícito sobre los contextos en los que se utilizan. Los ecologistas que trabajan con 
comunidades vegetales naturales le dan un énfasis diferente a la estabilidad, y la agricultura 
sostenible a veces se toma como un sinónimo de agricultura orgánica, lo que implica 
(incorrectamente) que es sostenible, mientras que otros tipos de agricultura no lo son. Aquí 
consideramos que la sostenibilidad es un atributo variable de toda la agricultura en todos los niveles de 
organización (Figura 1.1) y puede evaluarse en términos del rendimiento del sistema a lo largo del 
tiempo. Equitad (equidad de beneficios dentro de un sistema agrícola y entre éste y la sociedad en 
general) y la autonomía (el grado en que la agricultura es independiente de la sociedad en general) 
son importantes en los análisis sociales y económicos. Los agricultores de subsistencia, por ejemplo, 
tienen un alto grado de autonomía, pero contribuyen poco a las economías urbanas. 
Productividad, estabilidad y sostenibilidad son los temas principales a lo largo de este libro. Las 
relaciones entre estos términos se ilustran en la Figura 1.2. También es importante que la agricultura 
provea de suficiente alimentos para la población. En conjunto, la suficiencia y la equidad determinan 
la seguridad alimentaria y el bienestar a nivel local, regional y nacional. Dado el continuo y rápido 
 
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aumento en la población, la agricultura debe continuar expandiéndose en área, rendimiento por unidad 
de área, o ambos. 
 
Fig. 1.2. Visión de Marten (1988) del significado de la estabilidad y la sostenibilidad de la producción. 
 
Las interacciones entre la agricultura y la sociedad merecen comentarios antes de continuar con las 
cuestiones ecológicas. La agricultura es generalmente una extensión de la sociedad en la que existe. 
La sociedad proporciona mercados para productos y fuentes de insumos. En este contexto, la mayoría 
de los sistemas agrícolas, particularmente los de los países desarrollados, tienen un bajo grado de 
autonomía. Dentro de un país, las poblaciones agrícolas y urbanas generalmente están expuestas a 
las mismas reglas legales y económicas. Si el trabajo y el capital se mueven libremente entre sectores, 
compiten por esos medios de producción y llegan a tener niveles de vida similares. Ese proceso 
generalmente conduce a un grado razonable de equidad. Sin embargo, la regulación gubernamental 
tiene importantes influencias sobre la equidad. Los controles de precios en las entradas o salidas de la 
agricultura, por ejemplo, pueden cambiar el equilibrio bruscamente. 
Los economistas analizan las complejas y diversas interacciones entre los sectores de la sociedad. 
Sin embargo, es difícil (y en muchos casos imposible) interpretar los hallazgos económicos o 
extrapolarlos al futuro sin tener también una comprensión de la biología, la química y la física de los 
procesos de producción: de conocer, por ejemplo, lo finito, limitando las relaciones que existen entre la 
radiación solar, el uso del agua y el suministro de nutrientes, por un lado, y la producción agrícola, por 
el otro. 
Además de los flujos esenciales de información, bienes y servicios que tienen lugar entre los 
sectores urbanos y rurales, cada sector también afecta el entorno del otro. Por ejemplo, la 
contaminación del aire que se origina en los centros urbanos afecta la producción agrícola o la erosión 
del suelo genera sedimentos que contaminan cursos de agua y afectan la calidad de vida para todos. 
La necesidad de bienes y servicios estimula el crecimiento de las comunidades urbanas dentro de las 
regiones productoras de alimentos, con el resultado de que la expansión urbana puede eliminar tierras 
productivas de la agricultura. De hecho, la mayoría de las ciudades se encontraban en áreas con 
buenas tierras de cultivo porque se establecieron antes de que el transporte ferroviario y aéreo moderno 
permitiera mover alimentos a largas distancias, y las ciudades estaban aprovisionadas por la agricultura 
Año Año
P
ro
d
u
ct
iv
id
ad
P
ro
d
u
ct
iv
id
ad
Sostenible Insostenible
Inestable
Estable
 
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circundante. Por lo tanto, la expansión urbana en todo el mundo elimina la tierra más productiva, 
mientras que el reemplazo sólo puede ocurrir en tierras de peor calidad para la producción de cultivos. 
Esto también tiene implicaciones para la seguridad alimentaria mundial y la protección de los recursos 
naturales, como se discutirá más adelante. 
 
1.2. Unificando términos 
Cinco temas enumerados en el Cuadro 1.1 unifican el contenido de este libro. Relacionan los 
problemas contemporáneos en el suministro de alimentos y la gestión ambiental con los atributos de 
los sistemas agrícolas que se presentaron anteriormente. 
Cuadro 1.1. Unificando términos para el estudio y análisis de sistemas agrícolas 
El objetivo esencial de los sistemas agrícolas es proporcionar alimentos, forraje, fibra y 
combustible. Otros objetivos incluyen proteger el medio ambiente y garantizar la sostenibilidad (a 
largo plazo) de los sistemas. 
La productividad está determinada por la estructura y función de las comunidades de plantas 
cultivadas y el acceso a los recursos que respaldan su crecimiento. 
El uso eficiente de los recursos escasos se logra a través de decisiones estratégicas sobre los 
sistemas de cultivo. 
La sostenibilidad a largo plazo de la productividad agrícola depende del mantenimiento de las 
propiedades químicas, físicas y biológicas de los suelos. 
Los sistemas agrícolas continuarán evolucionando en respuesta a los cambios en los mercados, 
la tecnología y el clima. El crecimiento de la población y los ingresos y la escasez de agua serán las 
principales fuerzas impulsoras en el futuro. 
 
El objetivo esencial de la agricultura es proporcionar alimentos, fibras ycombustible. Otros objetivos 
incluyen proteger el medio ambiente y garantizar la sostenibilidad (a largo plazo). La ecología de los 
cultivos tiene un rol fundamental en la productividad porque el papel esencial de la agricultura es 
proporcionar a los agricultores y la sociedad alimentos de forma adecuada y estable. Los otros atributos 
de la agricultura difieren en importancia de un establecimiento agropecuario a otro y de un país a otro. 
Por el contrario, la necesidad de que la agricultura sea suficiente es universal, aunque la forma de 
suficiencia varía según el tipo de sistema agrícola. En algunos países en desarrollo, los sistemas de 
agricultura de subsistencia a pequeña escala deben cumplir con los requisitos nutricionales de las 
familias de agricultores directamente porque no tienen otras fuentes de alimentos, o no pueden 
permitirse comprarlos a otros. Como tal, la agricultura de subsistencia debe ser altamente adversa al 
riesgo para garantizar un nivel mínimo y adecuado de producción. Los agricultores de las regiones 
desarrolladas tienen recursos financieros suficientes para comprar alimentos de fuentes locales y 
distantes, lo que les permite especializarse en la producción de algunos productos en gran cantidad 
para los mercados regionales y mundiales. 
 
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La suficiencia de la agricultura también debe garantizar la seguridad alimentaria mundial a medida 
que la población aumenta de 6.800 millones en 2010 a 9.200 millones proyectados para 2050 (División 
de Población, Naciones Unidas). Las perspectivas de satisfacer la demanda futura de alimentos pueden 
evaluarse desde una perspectiva ecológica basada en la tasa de aumento de los rendimientos (Sección 
4.4), la cantidad y calidad de la tierra disponible (Recuadro 7.2) y el clima y el agua que sustentan el 
crecimiento de los cultivos (Sección 6.10) Lo que está en juego es si se pueden producir suficientes 
alimentos sin una gran expansión del área cultivada. Casi todas las tierras cultivables más grandes del 
mundo, alrededor de 1500 Mha, están actualmente en producción y la mayoría de las tierras restantes 
que podrían usarse para la agricultura se encuentran bajo selvas tropicales, humedales y sabanas que 
proporcionan un hábitat crítico para los animales y la flora silvestres. Por lo tanto, la mayor demanda 
de alimentos debe provenir principalmente del aumento del rendimiento (productividad) en las tierras 
de cultivo existentes. 
La estabilidad y la sostenibilidad juegan roles asociativos con la productividad porque ambos deben 
lograrse a niveles adecuados de producción. La estabilidad de la producción depende de las 
condiciones climáticas y del manejo que minimice las pérdidas de la competencia por las malezas y el 
daño causado por plagas y enfermedades. La estabilidad puede aumentarse mediante el riego para 
compensar la variación del suministro de agua de la lluvia (Capítulo 14), los aportes por fertilización 
para garantizar el suministro adecuado de nutrientes (Capítulo 12) y las prácticas de manejo. A medida 
que la agricultura se traslada a áreas de menores y variables precipitaciones, la mayor producción a 
largo plazo suele lograrse con menor estabilidad porque las estrategias para aumentar la productividad 
se centran en aprovechar mejor los buenos años (mayor precipitación) y quizás no en los años de 
menor precipitación (Capítulos 13 y 16). En muchos casos, los cultivos perennes y los sistemas 
ganaderos, en lugar de los sistemas agrícolas, hacen un uso más sostenible y estable de las tierras 
marginales. 
Principales sistemas de cultivo. El crecimiento de las poblaciones urbanas y la seguridad 
alimentaria mundial dependen de relativamente pocos sistemas de cultivos importantes ubicados en 
las regiones con mejores tierras cultivables (Cassman y Wood 2005). Los sistemas más productivos 
presentados en la Tabla 1.1 incluyen: 
 sistemas de arroz de tierras bajas irrigadas del sur, este y sudeste de Asia (24 Mha - 
Sección 17.3). 
 sistemas anuales irrigados de doble cultivo de arroz-trigo de las llanuras 
indogangéticas en Pakistán, India, Nepal y Bangladesh, y las llanuras central y centro-sur de 
China (17 millones de hectáreas). 
 sistemas basados en trigo de secano y otros granos de Europa del norte y central (40 
Mha). 
 rotaciones de maíz y soja de secano en las praderas templadas centrales de América 
del Norte y en partes de Sudamérica (85 Mha - Capítulo 17). 
Estos cuatro sistemas de alto rendimiento suministran granos para 2.700 millones de personas, es 
decir, el 40% de la población mundial, pero solo requieren el 12% del total de tierras de cultivo utilizadas 
 
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para la producción de cultivos primarios. Mantener una alta productividad requiere insumos para 
reemplazar extracciones y pérdidas, por lo que la discusión sobre la sostenibilidad gira en torno a la 
seguridad del suministro de agua, nutrientes y energía para mantener dicha productividad. Los sistemas 
de alto rendimiento deben manejarse para un uso eficiente de los nutrientes a fin de evitar pérdidas 
que puedan tener un impacto negativo en la calidad del agua mediante la eutrofización de los recursos 
hídricos de superficie y contaminación de aguas subterráneas. 
La productividad está determinada por la estructura y la función de las comunidades de 
plantas cultivadas y el acceso a los recursos que respaldan su crecimiento. 
El proceso primario de crecimiento de la planta y la base para la productividad de los cultivos es la 
fotosíntesis (Capítulo 10). La energía solar permite la captura de dióxido de carbono (CO2) que se 
difunde en el follaje con el hidrógeno (H) dividido del agua (H2O) adquirida por las raíces. Los esqueletos 
de carbono resultantes (C-C-C) se utilizan para la síntesis de estructuras de plantas y para la energía 
para mantener el metabolismo. Las plantas han evolucionado para la captura eficiente de energía solar 
y el transporte de CO2 a los sitios de fijación fotosintética dentro de las hojas. La secuencia evolutiva 
de antepasados acuáticos, ha dejado a las plantas con un desafío significativo que limita la 
productividad en la mayoría de los entornos terrestres. La absorción de CO2 está inevitablemente 
asociada con la pérdida simultánea de H2O (transpiración) a través de los poros abiertos (estomas) en 
las superficies de las hojas a una atmósfera más seca en el exterior (Capítulo 9). El metabolismo de 
las plantas funciona en un medio acuoso dentro de las células, lo que significa que el crecimiento 
requiere que el agua que se pierde por la transpiración se reemplace por la absorción del suelo a través 
de las raíces. El mecanismo principal para el control de la pérdida de agua y el mantenimiento del 
estado hídrico interno es el cierre de los estomas, pero eso siempre debe reducir la absorción de CO2 
y la eficiencia con la que se utiliza la radiación interceptada en la fotosíntesis. 
Entonces, ¿cómo han evolucionado las plantas para enfrentar este desafío? Las soluciones 
evolutivas más efectivas incluyen el desarrollo de rutas fotosintéticas alternativas, una amplia gama de 
formas foliares y procesos metabólicos que soportan el déficit hídrico interno y el daño a los pigmentos 
fotosintéticos como se discutirá en los Capítulos 9 y 10. Los cultivos más productivos son aquellos que 
establecen rápidamente la cobertura del follaje para interceptar toda la energía solar incidente y 
utilizarla de la manera más eficiente para impulsar la fotosíntesis a lo largo de todo el ciclo de vida. Esto 
requiere vías estomáticas abiertas y suministros adecuados de agua para mantener el estado hídrico 
interno de la planta. La absorción de agua del suelo también proporciona el medio para el transporte 
de nutrientes (esenciales) necesarios para muchas rutas metabólicas y compuestos construidos. De 
estos nutrientes, el nitrógeno (N) es especialmente importante porque las cantidades en la biomasa de 
la planta son excedidassólo por el carbono (C). El N también es un componente esencial de las 
proteínas, como las que constituyen el aparato fotosintético de las hojas (Capítulo 10). Las leguminosas 
que pueden fijar el nitrógeno atmosférico (N2) por asociación simbiótica con ciertas bacterias 
proporcionan la mayoría del N en la biosfera natural. Son componentes importantes de los sistemas de 
cultivo para el valor nutritivo y la fijación de N que contribuyen a la productividad de los cultivos no 
leguminosos (Capítulo 8). 
 
9 
 
Optimizar la eficiencia del uso de los recursos en la fotosíntesis y la formación del rendimiento se 
relaciona con la asimilación de C, mientras que la formación de biomasa resulta de los pasos 
metabólicos posteriores necesarios para sintetizar la estructura y los productos de almacenamiento, 
con mayor frecuencia en las semillas (Capítulo 11). Se han logrado grandes aumentos en el rendimiento 
de los cultivos mediante el mejoramiento de cultivares mejorados (Capítulo 4) y mejores prácticas de 
manejo de cultivos y suelos (Capítulos 12, 13, 14). En el período de 41 años comprendido entre 1966 
y 2006, el rendimiento de los tres principales cultivos de cereales (arroz, trigo y maíz) aumentaron a 
una tasa anual relativamente constante de 52 kg ha-1. El rendimiento promedio es ahora de 
aproximadamente 3900 kg ha-1 y la tasa relativa de aumento de rendimiento ha disminuido de 3.0 a 
1.3%. Se ha requerido un aumento continuo de la inversión en fitomejoramiento para obtener ese 
resultado porque las ganancias son cada vez más difíciles de mantener ya que los rendimientos se 
acercan al límite biológico. Un desafío para los estudiantes que buscan una carrera en cultivos y 
ciencias del suelo, o en la propia agricultura, es continuar aumentando los rendimientos mientras 
también se protege la calidad ambiental mediante un mejor manejo de los cultivos y el suelos, un 
proceso llamado intensificación ecológica (Cassman 1999). 
Definiendo el rendimiento. Los conceptos de rendimientos reales, alcanzables y potenciales 
ayudan en las evaluaciones de los sistemas agrícolas y ayudan a identificar oportunidades para mejorar 
la productividad. Para las especies cultivables, el rendimiento real es el logrado actualmente 
(promedio) en cualquier lugar, mientras que el rendimiento alcanzable es posible mediante el uso de 
la mejor tecnología con el cultivar más adaptado. Los rendimientos récord, los de los mejores 
agricultores y los rendimientos de los cultivos en las estaciones de investigación, cuando se cultivan 
con prácticas de manejo para obtener los rendimientos más altos posibles, proporcionan estimaciones 
de los rendimientos alcanzables. Para los agricultores individuales, la brecha de rendimiento 
explotable es la diferencia entre los rendimientos reales y alcanzables para su entorno. En la práctica, 
los agricultores no necesariamente buscan cerrar esta brecha completamente, esto se debe a que los 
rendimientos decrecen al acercarnos al rendimiento potencial, los insumos y el manejo reducen los 
retornos económicos a medida que nos acercamos a dichos rendimientos potenciales. Por esta razón, 
los agricultores buscan un rendimiento óptimo que proporcione el mejor retorno al trabajo y la 
inversión. Con la competencia por otros usos de la tierra, el trabajo y el capital, y otras fuentes 
regionales y mundiales de productos básicos, los agricultores aprenden que las prácticas 
antieconómicas son insostenibles a largo plazo. El rendimiento potencial, de una especie, es el 
rendimiento alcanzable más alto alcanzado durante años en su entorno más favorable. Los 
rendimientos potenciales ayudan a definir la capacidad genética de los cultivos y el progreso en la 
reproducción para un mayor rendimiento, pero no están, por definición, disponibles para todos los 
ambientes en los que se produce el cultivo. 
Los animales también son un componente integral de muchos sistemas agrícolas. Transforman los 
forrajes y los residuos de cultivos para uso y consumo humano y desempeñan un papel de 
estabilización / amortiguación en muchos sistemas agrícolas (capítulos 2 y 16). Las rotaciones de 
cultivos y pasturas que sostienen a los animales en las áreas agrícolas juegan un papel importante en 
el control de plagas y enfermedades. Con las leguminosas incluidas, los pastizales son una importante 
 
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fuente de N para los cultivos en rotación con las pasturas, porque los animales de pastoreo eliminan 
solo una pequeña parte de los nutrientes que consumen; el resto se recicla en forma disponible para el 
crecimiento del pasto a través de la orina y las heces. Los animales no rumiantes (cerdos, pollos, etc.) 
dependen de productos nutricionales que pueden usarse para la alimentación humana. Por lo tanto, 
una mayor proporción de carne en las dietas aumenta la demanda de la producción de cultivos (Capítulo 
2). 
 
El uso eficiente de los recursos escasos se logra a través de decisiones estratégicas sobre 
los sistemas de cultivo y la elección de cultivos y prácticas de manejo. 
Las regiones de buen suelo y clima favorable pueden producir cultivos de manera más económica 
que otras regiones. Los agricultores en esas regiones se concentran en los cultivos que proporcionan 
un mayor rendimiento de la tierra, el trabajo y el capital a un nivel aceptable de riesgo. En las regiones 
menos favorecidas, los agricultores suelen elegir cultivos de menor valor con sistemas de manejo 
menos intensivos y menos costosos. A nivel mundial, la mayoría de la agricultura se lleva a cabo en 
áreas donde la productividad está restringida por suelos y / o clima desfavorable. Si bien los cultivos 
pueden seleccionarse para minimizar los efectos nocivos de los extremos en los regímenes de 
temperatura, las precipitaciones inadecuadas y la distribución deficiente de las lluvias representan la 
mayor restricción a la productividad, que puede corregirse mediante el acceso al riego, el cual se 
encuentra solo en una pequeña parte del área total cultivada (Capítulo 14). Si la tasa relativa actual de 
aumento del rendimiento (~1.3% año-1, Recuadro 4.4) pudiera mantenerse a una tasa compuesta hasta 
2050, entonces la producción en el área cultivada actual aumentaría en un 80%, suficiente para 
alimentar el aumento proyectado en la población. La experiencia previa sugiere que esto es poco 
probable, sin embargo, a su vez destaca una necesidad crítica de un uso más eficiente de los recursos 
escasos, especialmente agua y nutrientes. 
Medición de desempeño. Se utilizan varios índices para medir la eficiencia del uso de los recursos 
en los sistemas agrícolas para comparar los efectos del lugar, cultivo, cultivar y manejo. Algunos índices 
asociados con la limitación de los recursos en los sistemas de producción de cultivos se presentan en 
la Tabla 1.2 para enfatizar el alcance de los análisis en la ecología de los cultivos. El término eficiencia 
se aplica estrictamente a las comparaciones sin unidades (MJ MJ-1, kg kg-1, mm mm-1, etc.) pero, en 
este libro, aplicamos el término de manera más general, consistente con la mayoría de la literatura 
existente. Los índices encuentran uso individualmente pero también en varias combinaciones. Por 
ejemplo, bajo condiciones óptimas de agua y nutrientes, la productividad del cultivo (tasa de crecimiento 
del cultivo, TCC, kg ha-1 d-1) puede analizarse en términos de radiación interceptada (Ri) y eficiencia de 
uso de radiación (EUR) de acuerdo con: 
TCC = (radiación incidente, MJ m-2 d-1) x (Ri) x (EUR) (1.1) 
Otras combinaciones proporcionan medidas integradoras de eficiencias de componentes como en: 
NIE = NRE × NCE (1.2) 
 
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explicando que la eficiencia de entrada de N (NIE) es el producto de la eficiencia de recuperación N 
(NRE) y la eficiencia de conversión N (NCE), enfatizando que tanto NRE como NCE deben cuantificarse 
para comprender cómo las prácticas de manejo de cultivos y suelos afectan larespuesta al N aplicado. 
Tabla 1.2. Algunos índices para análisis de eficiencia de uso de recursos por cultivos 
Sigla Nombre Significado Unidades 
Ri Fracción de la radiación 
solar interceptada 
Proporción de la radiación incidente 
interceptada por el cultivo 
MJ MJ-1 
EUR Eficiencia de uso de la 
radiación 
Biomasa producida por unidad de radiación 
interceptada 
 g MJ-1 
IC Índice de cosecha Relación entre la masa de grano/biomasa 
total de la planta 
Kg kg-1 
ED Energía digestible Contenido de energía digestible en 
alimentos de origen vegetal (diferente para 
rumiantes y monogástricos) 
MJ MJ-1 
ER Eficiencia de riego Biomasa producida, o rendimiento por 
unidad de riego aplicado 
kg ha-1 mm-1 
EUA Eficiencia de uso de agua Biomasa producida, o rendimiento, por 
unidad de evapotranspiración 
kg ha-1 mm-1 
ET Eficiencia de transpiración Biomasa producida, o rendimiento, por 
unidad de agua transpirada por el cultivo 
kg ha-1 mm-1 
EUN Eficiencia de uso de 
nitrógeno 
Producción de biomasa por unidad de 
nitrógeno disponible para el cultivo a partir 
del N disponible en el suelo (nativo o 
aplicado en fertilizante, estiércol o compost) 
kg kg-1 
ENA Eficiencia de nitrógeno 
aplicado 
Biomasa producida por unidad de nitrógeno 
aplicado 
kg kg-1 
ERN Eficiencia de 
recuperación de nitrógeno 
aplicado 
Cantidad de nitrógeno en la biomasa del 
cultivo a partir del nitrógeno aplicado 
kg kg-1 
ECN Eficiencia de conversión 
de nitrógeno 
Biomasa producida por unidad de nitrógeno 
absorbida a partir del nitrógeno aplicado 
kg kg-1 
PET Proporción equivalente de 
tierra 
Rendimiento de un cultivo de especies 
mixtas (cultivo intercalado) en relación con 
el rendimiento de un cultivo de una sola 
especie) 
kg kg-1 
REN Relación de energía neta Contenido de energía de un cultivo o 
producto de un cultivo (biocombustible) 
relativa a la energía usada en la producción 
de ese cultivo 
MJ MJ-1 
IC Intensidad de carbono Emisiones de gases de efecto invernadero 
(expresado en CO2-equivalentes) por 
unidad de energía en biocombustible 
producido 
g CO2e MJ-1 
ET Eficiencia trófica Relación de producción en un trófico nivel 
de alimentos ingeridos del nivel superior 
adyacente 
 
MJ MJ-1 
MB Margen bruto Retorno financiero por unidad de área 
menos costos variables de producción 
 
$ ha-1 
 
 
12 
 
La combinación de alta intercepción de radiación y suministro adecuado de N son temas recurrentes 
en este libro. Ambos son necesarios para altos rendimientos de cultivo y el N es un elemento altamente 
móvil en los sistemas de cultivo con potencial para contaminar los ecosistemas adyacentes y los 
recursos hídricos. Se requieren medidas cuidadosas y análisis integrales para establecer prácticas de 
manejo sostenible. La fijación de N en cultivos agrícolas, incluidos pastizales y tierras de pastoreo, se 
estima entre 50 y 70 Mt año-1 (Herridge et al., 2008), pero la alta producción de cultivos no leguminosos 
requiere más N de lo que pueden proporcionar las leguminosas. En consecuencia, el fertilizante 
nitrogenado producido industrialmente a partir del N2 atmosférico mediante el proceso Haber, 
proporciona la mayoría de N requerido para producir suficiente alimento para una población mundial 
grande y en expansión (Smil, 2004). El uso mundial actual de fertilizante nitrogenado es de 100 Mt N 
año-1, con la mayor proporción utilizada en los países en desarrollo: América del Norte y Europa juntas 
usan 29% versus 62% en Asia (FAOSTAT 2007). El África subsahariana es, sorprendentemente, el 
usuario más pequeño, el 1,5%, a pesar de su gran población (800 millones) y el área agrícola. 
Estrategias y tácticas. El uso eficiente de los recursos escasos se logra mediante la selección 
empresarial (la estrategia) y las prácticas de manejo (las tácticas) que ajustan la estrategia a las 
variaciones en el clima, los recursos del suelo y las condiciones económicas. Dadas las posibilidades 
de modificar el ambiente mediante la labranza, el drenaje, la fertilización y otros medios, los agricultores 
buscan prácticas que optimicen el rendimiento, la estabilidad y el uso eficiente de los recursos escasos. 
Sin embargo, lo que se cultiva no es lo más productivo, menos adverso al riesgo o más eficiente, incluso 
cuando la información y la tecnología están disponibles para lograrlo. Los agricultores de subsistencia, 
por ejemplo, que consumen todo lo que producen, deben prestar atención a los alimentos tradicionales 
de su cultura y obtener una dieta adecuada para un suministro de alimentos durante todo el año. Todos 
los agricultores deben ver el establecimiento agropecuario como una actividad integrada, teniendo en 
cuenta factores como la mano de obra y las necesidades de capital de determinados cultivos, la 
necesidad de rotación de cultivos, el mejor uso de las tierras marginales y los requisitos de alimentación 
para los animales. También se produce una variación considerable porque los agricultores difieren en 
los objetivos personales y la iniciativa, así como en las habilidades tecnológicas y comerciales. Del 
mismo modo, tanto la agricultura como sus mercados de productos básicos están sujetos a controles 
económicos y políticos impuestos por los gobiernos. Los agricultores tanto en los países en desarrollo 
como en los desarrollados dependen cada vez más del trabajo no agrícola para complementar los 
ingresos de los hogares, dejando menos tiempo para un manejo óptimo de los cultivos. Cuando las 
decisiones sobre qué se cultivará están influenciadas por dichos factores, a las eficiencias económicas 
y agrícolas se les presta menos atención. 
El acceso al mercado más el clima y el suelo hacen que la agricultura en la mayoría de las regiones 
se centre en un número limitado de especies de cultivos y tipos de pastos. En los países desarrollados, 
los intentos de lograr una gran diversidad en los establecimientos agropecuarios individuales 
comúnmente conducen a la mediocridad y al fracaso porque la alta diversidad requiere más 
información, habilidades de manejo y equipo. California, con su gran diversidad de cultivos hortícolas, 
podría parecer una excepción. Con el riego y el clima templado, los agricultores de California pueden 
lograr altos rendimientos y alta calidad para varios cultivos de vegetales, frutas y nueces de alto valor. 
 
13 
 
Suministran más del 50% de las frutas y verduras frescas y procesadas que se consumen en los EE. 
UU. A pesar de las grandes distancias a los principales mercados. En este caso, la diversidad de 
cultivos es regional en lugar de en establecimientos individuales debido a los riesgos asociados con los 
mercados inelásticos de productos frescos y la necesidad de mano de obra considerable y maquinaria 
especial. En contraste, una gran diversidad de cultivos por establecimiento es más común en las 
regiones densamente pobladas de India y Japón, donde los huertos familiares, la producción hortícola, 
los cultivos de campo y los pastos se entrelazan geográficamente en las pequeñas granjas. En esos 
lugares, las necesidades del hogar, la escasez de tierra y la ventaja de una distribución uniforme de la 
demanda laboral durante el año son importantes para favorecer la diversidad. 
 
La sostenibilidad a largo plazo de los sistemas agrícolas depende del mantenimiento de las 
propiedades químicas, físicas y biológicas de los suelos. 
La historia documenta una cantidad de civilizaciones que han caído del dominio porque su 
agricultura ya no podía abastecer a las grandes comunidades urbanas. Algunos ejemplos son las 
culturas de Mesopotamia que prosperaron entre los ríos Tigris y Éufrates (3500-300 aC) en lo que hoy 
es Iraq, y los fenicios que vivieron a lo largo de la costa mediterránea (2000-500 aC) en lo que ahora 
es el Líbano. El deterioro de la calidad del suelo para apoyar la producción de cultivos causada por la 
salinización en Mesopotamia y la erosión en Fenicia causó la caídade estas civilizaciones. 
Las propiedades del suelo que determinan la aptitud para sostener el crecimiento del cultivo y el 
suministro de agua son responsables de gran parte de la variación en el rendimiento de los cultivos 
dentro y entre los campos, las regiones y las zonas agroecológicas. La mayoría de las plantas crecen 
mejor en suelos profundos, bien drenados y de textura media. La tierra plana o la tierra con pendiente 
moderada es la más adecuada para las intervenciones de la agricultura. El riesgo de pérdida de suelo 
debido a la erosión se reduce considerablemente en los campos nivelados, y los perfiles profundos del 
suelo proporcionan una gran capacidad para almacenar agua y nutrientes para sostener el crecimiento 
y la actividad biológica que ayuda a mantener condiciones favorables del suelo desde el punto de vista 
físico y químico. Todos los suelos no tienen tales propiedades (Capítulo 7). Los suelos de textura gruesa 
(arenas) contienen poca agua o nutrientes, mientras que los suelos de textura fina (arcillas) de mayor 
fertilidad drenan lentamente con los consiguientes problemas de anegamiento. Los suelos poco 
profundos de cualquier textura tienen limitaciones para la capacidad de retención de agua y nutrientes. 
El crecimiento y la función de la raíz se pueden reducir cuando los suelos son demasiado ácidos, 
alcalinos o salinos. 
Mejorando los suelos. Sin embargo, los suelos pueden mejorarse mediante la agricultura. Las 
adiciones de cal y macro y micronutrientes aumentan el crecimiento del cultivo y la acumulación de 
materia orgánica, lo que a su vez puede mejorar las propiedades físicas y químicas del suelo (Capítulo 
12). La aplicación de estiércol o compost proporciona nutrientes y materia orgánica. El uso de cultivos 
de cobertura de leguminosas protege los suelos de la erosión y contribuye con N biológicamente fijado 
para un cultivo no leguminoso posterior. La labranza, que puede involucrar operaciones de arado o de 
discos, puede tener efectos positivos o negativos en la calidad del suelo y la producción de cultivos 
 
14 
 
dependiendo de la situación. La labranza primaria distribuye la materia orgánica y los nutrientes más 
uniformemente en la capa superior del suelo y puede mejorar la infiltración en algunas situaciones, pero 
en general tiende a reducir la estructura del suelo, especialmente si se realiza cuando los suelos están 
demasiado húmedos o demasiado secos. 
El desarrollo de herbicidas ha facilitado la producción de cultivos con menos laboreo y erosión en 
beneficio de un mayor almacenamiento de agua en el suelo y un menor uso de energía. La producción 
con poca o ninguna labranza, diversamente llamada labranza mínima, labranza cero, siembra 
directa, se ha expandido mucho en los últimos años y ahora se practica ampliamente en los sistemas 
de trigo, maíz y soja de América del Norte, América del Sur y Australia. En las Grandes Llanuras 
semiáridas de EE. UU., una mayor captura de nieve, menos escorrentía y una menor evaporación del 
suelo con siembra directa en comparación con el uso de discos permite la intensificación de un sistema 
de barbecho (un cultivo cada dos años) a dos cultivos en tres años en un barbecho-trigo-sorgo o maíz. 
La agricultura es inevitablemente una actividad extractiva con cantidades de nutrientes eliminadas 
según la cantidad y la composición química de los productos cosechados. Con el tiempo, la extracción 
reduce la fertilidad del suelo y puede causar acidificación, lo que a su vez reduce la capacidad del suelo 
para sostener la producción futura de cultivos. En contraste, el ganado en pastoreo devuelve la mayoría 
de los nutrientes que consume en las heces, pero cosechar pastos o cultivos de forraje para heno o 
ensilado elimina el contenido total de nutrientes de la biomasa aérea. Los cultivos cosechados para el 
grano eliminan una mayor proporción de contenido de nutrientes que la relación de masa (índice de 
cosecha, IC) del rendimiento a la biomasa aérea porque la mayoría de los nutrientes se concentran en 
el grano. Algunos cultivos, por ejemplo, cultivos de caña de azúcar y cultivos con biomasa para 
bioenergía (Capítulo 15), se cosechan por completo, lo que causa una extracción importante. Tal 
extracción no puede continuar indefinidamente sin el reemplazo de nutrientes esenciales a medida que 
las reservas de suelo se vuelven deficientes. La cantidad de reemplazo de nutrientes requerida 
depende de las propiedades del suelo, los requerimientos de nutrientes de los cultivos, los objetivos de 
rendimiento y los costos de los aportes de nutrientes en relación con el valor de la producción 
cosechada. 
Evolución de los métodos de cultivo. La preocupación por la disponibilidad, los costos y los 
impactos ambientales de los fertilizantes comerciales lleva al uso de rotaciones de leguminosas y 
cultivos de cobertura, estiércol y compost para suministrar N y otros nutrientes. Esto se hace 
enfatizando el posible ahorro de costos y evitando los peligros ambientales que pueden resultar del uso 
inapropiado de fertilizantes. Los métodos de producción "orgánicos" son aún más prescriptivos y 
excluyen en el uso de fertilizantes manufacturados, la mayoría de los pesticidas y fungicidas y, más 
recientemente, los OGM. Las rotaciones de leguminosas y cereales del siglo XVIII proporcionan el 
modelo para estas prácticas de agricultura orgánica que a menudo se promueven ahora sin apreciar 
su baja productividad (Capítulo 8). Es indudable que los cultivos pueden alcanzar rendimientos 
similares por métodos orgánicos, que mediante fertilizantes "químicos". Los problemas son que se 
requiere tiempo adicional para las rotaciones con cultivos de cobertura de leguminosas, y que la 
producción de abonos orgánicos y compost requieren tierra, agua y nutrientes adicionales. Cuando esa 
 
15 
 
oportunidad, el tiempo y la tierra se incluyen en la evaluación de los rendimientos, los sistemas 
orgánicos son inevitablemente mucho menos productivos en el área de la tierra que aquellos que usan 
fertilizantes. 
Los métodos modernos de agricultura integrada combinan ciclos biológicos para el manejo de 
nutrientes, malezas, plagas y enfermedades con el uso táctico de fertilizantes y otros agroquímicos. La 
producción sostenible y eficiente depende del monitoreo cuidadoso de las condiciones y los requisitos 
del suelo y el uso de agua y nutrientes. También requiere limitar las pérdidas de nutrientes y productos 
químicos aplicados para minimizar los impactos negativos sobre la calidad de las aguas subterráneas 
y superficiales, y la emisión de óxido nitroso (un potente gas de efecto invernadero). Los protocolos de 
buenas prácticas agrícolas (BPA) y los esquemas de certificación están cada vez más disponibles tanto 
para la seguridad del producto como para la integridad ecológica de los sistemas de producción (por 
ejemplo, www.globalgap.org). Estos métodos son esenciales para alimentar a las poblaciones 
humanas, al tiempo que mantienen la calidad del suelo y del agua, y preservan la mayor cantidad de 
tierra posible de la agricultura para la conservación de la naturaleza y los recursos hídricos. 
Los sistemas agrícolas continuarán evolucionando en respuesta a los cambios en los 
mercados, la tecnología y el clima. El crecimiento de la población y los ingresos, y la escasez 
de agua, serán las principales fuerzas impulsoras en el futuro. 
Los análisis históricos revelan que los sistemas agrícolas sufren un cambio continuo en respuesta 
a las fuerzas demográficas, económicas y ambientales, y la disponibilidad y adaptabilidad de las nuevas 
tecnologías (Capítulo 16). La demanda del consumidor se moldea, por estas fuerzas que se pueden 
analizar en términos de cantidad y preferencia de alimentos. 
Mercados. El rápido crecimiento de la población mundial es una fuerza importante para el cambio. 
Requiere una mayor productividad de la tierra cultivable, lo que a su vezmotiva nuevos sistemas de 
producción más intensivos: menos barbechos, más cultivos por año y más tierras de cultivo bajo riego. 
Los consumidores demandan alimentos seguros y pagarán más dinero por calidad, novedad y, cada 
vez más, por productos cultivados mediante métodos que se promueven como ecológicos. Para 
muchos consumidores, la seguridad alimentaria se relaciona con los peligros de la contaminación por 
residuos de agroquímicos (biocidas) durante la producción, y por microorganismos que causan 
enfermedades (E. coli, salmonela, etc.). En realidad, pueden ocurrir contaminantes biológicos, químicos 
y físicos durante todo el proceso de producción y distribución del mercado. Los supermercados, cada 
vez más la principal fuente de productos alimenticios, y casi la fuente exclusiva de productos 
importados, buscan protección contra litigios para la venta de alimentos inseguros mediante la adopción 
de sistemas de monitoreo y seguimiento desde el campo hasta el punto de venta y los consumidores. 
Los agricultores que buscan acceso a estos mercados requieren certificación, lo que exige el 
cumplimiento de los protocolos de producción aceptados y las pruebas de laboratorio de los productos. 
Varias etiquetas "orgánicas" se basan en reglas que prohíben el uso de fertilizantes y agroquímicos 
bajo la creencia de que al omitir este tipo de insumos se garantiza la inocuidad de los alimentos. Los 
agricultores convencionales cumplen con las normas de seguridad del gobierno siguiendo otros 
protocolos que restringen el tipo, la cantidad y el tiempo de las aplicaciones de agroquímicos. 
 
16 
 
Las dietas preferidas de los consumidores también cambian en respuesta a la disponibilidad de tipos 
de alimentos y la capacidad de compra del consumidor. El consumo de productos pecuarios, incluida 
la carne y los productos lácteos, aumenta a medida que aumentan los ingresos. Las tendencias son 
similares en todos los continentes y culturas. Esto ha impulsado la expansión del área agrícola y los 
cambios en los sistemas de cultivo en los principales países exportadores, como Estados Unidos, 
Brasil, Argentina y Australia. Las estadísticas de producción de la FAO (FAO 2008) revelan que Brasil 
ha aumentado enormemente la producción de soja a 60 Mt en 22 Mha y ahora es el segundo mayor 
productor de EE. UU. (81 Mt con 30 Mha). Alrededor del 45% de la producción brasileña de soja se 
exporta. La mayoría está destinada a alimentar animales en Europa y China. El aumento de la riqueza 
en los países en desarrollo también se traduce en un mayor consumo de vino y cerveza y dietas más 
diversas que incluyen una gran cantidad de verduras, frutas y nueces, lo que aumenta la demanda de 
esos cultivos también. 
Energía. Durante la primera mitad del siglo XX, la fuerza motriz no humana en los establecimientos 
fue suministrada principalmente por animales. Se cultivaron áreas considerables de tierras de labranza 
para forraje animal. Desde la década de 1930, los tractores han reemplazado a los animales en los 
establecimientos de los Estados Unidos que liberan 40 Mha, utilizados anteriormente para cultivos de 
forraje, para la producción de cultivos de cereales y leguminosas. En el cinturón de trigo del sur de 
Australia, cuando la rotación común era barbecho-avena, el período de barbecho almacenaba agua y 
mineralizaba N para aumentar el rendimiento de trigo para el consumo humano y la exportación, 
mientras que la avena complementaba el pasto para caballos que trabajaban. La sustitución de caballos 
por tractores permitió una gran expansión en el área de cultivo y el aumento resultante en la producción 
continuó con el uso de fertilizantes y rotaciones de leguminosas para reemplazar el barbecho (Capítulo 
16). A fines del siglo XX, existía preocupación sobre la cantidad de energía de apoyo requerida para 
mecanizar la agricultura (Capítulo 15), que algunos consideraban que contribuía a mayores costos de 
combustible, y otros añadían riesgo al suministro de alimentos humanos al hacer que dependiera de la 
energía externa al sistema. Más recientemente, con el aumento en los precios del petróleo, se está 
pidiendo a la agricultura que proporcione no sólo alimentos, sino también energía en forma de 
biocombustibles líquidos para el transporte. La agricultura siempre ha sido un importante productor de 
energía, e incluso ahora, mucho antes de la era de los combustibles fósiles, todavía contribuye con el 
10% de la energía mundial, principalmente mediante la combustión directa de biomasa. De hecho, a 
nivel mundial, la biomasa proporciona más energía que la hidroelectricidad o la energía nuclear. La 
energía y los valores energéticos de los componentes de los cultivos para alimentos y combustibles se 
analizan en los Capítulos 2 y 15. 
Hoy en día, la producción a gran escala de biocombustibles líquidos a partir de azúcar, almidón y 
cultivos oleaginosos compite con la producción de alimentos por tierra, agua y nutrientes (Capítulo 15). 
Los problemas de la producción y los problemas ambientales son el núcleo de la ecología de los cultivos 
y requieren un estudio serio. Un desafío actual es analizar el potencial para el desarrollo de sistemas 
totalmente integrados para la producción eficiente de alimentos y energía y la reducción de las 
emisiones de gases de efecto invernadero (capítulos 6 y 15). 
 
17 
 
Tecnología. Los agricultores son la fuente de muchas innovaciones relacionadas con la producción, 
pero las ideas también fluyen libremente de otras fuentes. En los tiempos modernos, avances científicos 
importantes de investigaciones realizadas en universidades, instituciones de investigación agrícola y 
compañías privadas contribuyeron con muchas tecnologías históricas incluyendo semillas híbridas, 
trigo y arroz semienanos, labranza de conservación, análisis de suelos y plantas para determinar los 
requerimientos de nutrientes y cultivos transgénicos(cultivos con resistencia a ciertas plagas de 
insectos y herbicidas). La difusión de nueva tecnología es a veces muy rápida (trigo y arroz de baja 
estatura, herbicidas, cultivos transgénicos) y, a veces, muy lenta (cosechadoras, labranza cero, manejo 
integrado de plagas). Dos constantes de tiempo limitan los cambios en establecimientos individuales: 
la vida útil de la maquinaria y las herramientas (5 a 10 años) y la vida laboral de los agricultores como 
responsables de la toma de decisiones (alrededor de 25 años). Sin embargo, estas respuestas se 
distribuyen aleatoriamente entre establecimientos, por lo que el cambio dentro de una región tiende a 
ser evolutivo con el tiempo (capítulos 16 y 17). Para una tecnología dada, la vía de adopción 
generalmente comienza con un número relativamente pequeño de agricultores y es progresivo. La tasa 
de adopción está determinada en gran medida por la educación requerida para implementar la nueva 
práctica y el rendimiento económico derivado de ella. 
El mayor uso de fertilizantes inorgánicos es quizás el cambio tecnológico más significativo porque 
las fuentes orgánicas renovables de nutrientes no son suficientes para apoyar la producción de 
alimentos adecuada para la población actual del mundo (Capítulo 8). Existe evidencia de que los 
agricultores en los países desarrollados ven la aplicación de fertilizantes como una medida de evitar 
riesgos y, en algunos casos, tienden a fertilizarse en exceso como resultado (Legg et al., 1989). Debido 
a que el costo del fertilizante está estrechamente relacionado con el precio de la energía, las 
expectativas de un aumento continuo de los precios de los combustibles fósiles motivarán la innovación 
tecnológica continua para mejorar la eficiencia en el uso de fertilizantes, con los consiguientes 
beneficios ambientales. 
Los cultivares transgénicos (Capítulo 4) son una innovación reciente que se ha adoptado 
rápidamente. Se utilizaron en más de 123 Mha en todo el mundo en 2008, 15 años después de su 
primerlanzamiento a mediados de la década de 1990. Dos modalidades explican casi toda esta área: 
(1) resistencia a herbicidas a un herbicida altamente eficaz, no selectivo (glifosfato), y (2) resistencia a 
plagas de insectos del orden Lepidóptera de una clase de proteínas δ-endotoxinas (llamadas Cry toxins 
- BT) que matan a los insectos que los ingieren (Capítulo 4). La adopción generalizada de variedades 
transgénicas de maíz y algodón ha reducido en gran medida el uso de biocidas, mientras que el uso de 
la resistencia a los herbicidas en la soja y la canola facilita la adopción de la siembra directa. Los 
sistemas de siembra directa aumentan el almacenamiento de humedad del suelo, lo que aumenta la 
estabilidad en cultivos de secano, y también reducen el uso de energía, disminuyen la erosión del suelo 
y mejoran la calidad de la capa superior del suelo (Capítulo 12). 
Los recientes avances tecnológicos en teledetección del estado de la planta y las propiedades del 
suelo prometen nuevos enfoques rentables para el manejo específico de cada sitio para acomodar la 
variabilidad dentro del campo en las propiedades del suelo (Recuadro 12.1). Estas diferencias causan 
 
18 
 
falta de uniformidad en el estado de nutrientes del cultivo y los requisitos de riego. Tanto los datos 
meteorológicos históricos en tiempo real como a largo plazo, incluida la radiación solar, son cada vez 
más accesibles a través de Internet. El acceso a los registros meteorológicos históricos permite el uso 
de modelos de simulación de cultivos para evaluar los impactos sobre el rendimiento y su estabilidad a 
partir de combinaciones de prácticas de gestión (por ejemplo, datos de fecha de siembra, densidad, 
ciclos o grupo de madurez). El acceso a los datos meteorológicos en tiempo real permite el desarrollo 
de herramientas de apoyo a las decisiones que brindan a los agricultores información para guiar las 
decisiones tácticas sobre el momento y la cantidad de N a aplicar o de riego (Capítulos 13 y 14). 
Si bien todas estas innovaciones tienden a aumentar la estabilidad (reducir la variación del 
rendimiento), cada una de ellas también puede servir para disminuirla. La experiencia en los países en 
desarrollo parece ser que la estabilidad del rendimiento disminuye al principio con el uso creciente de 
fertilizantes y cultivares modernos y luego aumenta a medida que los productores adquieren más 
experiencia y los insumos se llevan a niveles óptimos. El drenaje para controlar el exceso de humedad 
en las regiones húmedas (Capítulo 12) y para el control de la salinidad en las regiones secas (Capítulos 
13, 14, 16) tiene importantes efectos beneficiosos para aumentar el rendimiento y la estabilidad. Otros 
cambios importantes también se han producido a través del fitomejoramiento, las técnicas de riego y el 
uso de biocidas. Tanto el tratamiento de semillas con fungicidas, y especialmente el control de malezas 
con herbicidas, tienen importantes beneficios en la estabilidad. Además de los avances en el 
rendimiento alcanzable y el índice de cosecha por el uso de híbridos y la estatura semi-enana, el 
mejoramiento de plantas ha contribuido a una mayor resistencia a insectos y enfermedades. Con el 
aumento del tamaño de los establecimientos, la maquinaria más grande y de mayor potencia ha 
contribuido a mejorar la calidad, la uniformidad y la puntualidad de la labranza y la cosecha con grandes 
mejoras en la estabilidad. Por otro lado, la maquinaria también ha permitido cultivar en ambientes más 
riesgosos, lo que lleva a sistemas de cultivo que tienen una estabilidad inherentemente baja, y los 
cultivares que aprovechan las fluctuaciones en el suministro de recursos son menos estables que las 
líneas que no responden. 
Clima. Es muy difícil determinar si un evento meteorológico es una anomalía a corto plazo -la sequía 
o inundación de 100 años, por ejemplo- o un signo de un cambio más permanente. Si un evento 
meteorológico es sólo una anomalía, los agricultores pueden quedarse con métodos probados, pero si 
el cambio es permanente o parte de una tendencia a más largo plazo, entonces pueden ser necesarios 
diferentes cultivos y prácticas culturales. 
El clima ha cambiado, como lo demuestran los grandes cambios en el nivel del mar que se han 
producido en los últimos milenios a medida que el hielo polar se expandía y contraía. Las fluctuaciones 
naturales en la geometría Sol-Tierra y la actividad solar pueden cambiar significativamente el clima, 
efectos que operan lentamente durante cientos y miles de años. La agricultura se ha adaptado al 
cambio climático en el pasado. Islandia y Groenlandia se colonizaron con éxito hace mil años cuando 
el clima era más propicio para la agricultura que en la actualidad. Los registros más recientes revelan 
una producción reducida y cambios en las prácticas de cultivo cuando Europa experimentó una 
Pequeña Edad de Hielo en el siglo XVI. 
 
19 
 
El mundo se encuentra actualmente en una fase interglacial y, sobre la base de la evidencia 
histórica, se podría predecir una tendencia de enfriamiento a largo plazo. Ahora, sin embargo, existe la 
preocupación de que la agricultura pronto pueda enfrentar limitaciones sustanciales a la productividad 
agrícola debido al calentamiento global y los efectos asociados en los patrones de lluvia (IPCC-AR4 
2007). La supuesta causa es el aumento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto 
invernadero (GEI), principalmente CO2, causado por la combustión de combustibles fósiles y el cambio 
en el uso de la tierra (Capítulo 6). Los modelos predicen aumentos de la temperatura en el rango de 1 
a 2 ° C para 2050, distribuidos de diversas maneras en todo el mundo, y acompañados de una 
redistribución de las precipitaciones. Tal escenario requeriría cambios en los sistemas óptimos de 
cultivo para cada región. Para cultivos anuales, ajustes simples en la fecha de siembra o cultivar pueden 
ser suficientes para colocar un cultivo en un ambiente adecuado. Algunos cultivos pueden desplazarse 
geográficamente a altitudes o latitudes más altas. 
Los pronósticos de productividad son complicados y existe incertidumbre en las predicciones de 
temperatura y en el hecho de que el aumento de [CO2] tendrá un efecto generalmente beneficioso sobre 
el crecimiento de los cultivos (Capítulo 10) y la eficiencia del uso del agua (Capítulo 9). Los efectos de 
temperatura, por otro lado, serán positivos o negativos dependiendo del régimen de temperatura 
existente (frío o caliente). Los modelos climáticos también predicen una mayor variabilidad en la 
temperatura y las precipitaciones debido al cambio climático, lo que disminuiría la estabilidad de la 
producción. La forma en que la agricultura pueda responder al cambio climático real depende en gran 
medida de cuán rápidamente se produzca el cambio y su magnitud. Dadas las incertidumbres 
asociadas con las predicciones del cambio climático, no es sorprendente que estas cuestiones estén 
atrayendo una atención considerable en la comunidad de investigación agrícola mundial. 
 
1.3. Mantenimiento de sistemas agrícolas 
Los sistemas agrícolas dependen del esfuerzo humano para el mantenimiento de sus recursos 
biológicos, edáficos y humanos esenciales. Fuera del establecimiento, el mantenimiento toma forma en 
el manejo de la infraestructura de drenaje y riego de superficie, maquinaria, fertilizantes, biocidas, 
investigación científica y tecnológica y educación de los agricultores. En el establecimiento, las 
principales preocupaciones son para el mantenimiento de la fertilidad y la estructura del suelo, el control 
de malezas, la protección contra la erosión, el anegamiento en áreas húmedas y la salinización en 
regiones semiáridas. 
La necesidad de un esfuerzo científico se ve claramente con las enfermedades y los insectos. Las 
deficiencias en la resistencia de los cultivares existentes y la evolución continua de las enfermedades 
ylos insectos requieren grandes esfuerzos en el fitomejoramiento sólo para mantener la situación actual 
(Capítulo 17). Problemas similares ocurren cuando las especies de malezas desarrollan tolerancia a 
los herbicidas actuales. También se necesitan diagnósticos y correcciones competentes para enfrentar 
los cambios inevitables en los suelos y la fertilidad. Gran parte de las tierras de cultivo del mundo 
todavía son nuevas para la agricultura, y las deficiencias y desequilibrios de nutrientes aparecerán cada 
vez más a medida que se agoten los suministros originales. Mantenerse a la vanguardia de los cambios 
 
20 
 
continuos en las plagas y el estado y la calidad de los nutrientes del suelo requiere un esfuerzo 
considerable de investigación. Esta investigación de mantenimiento también implica el desarrollo de 
tecnologías para garantizar que las prácticas actuales de manejo de cultivos y suelos eviten el impacto 
negativo en la calidad del agua y la vida silvestre. 
El mantenimiento de los recursos humanos es quizás menos obvio. Los niveles de habilidad de los 
jóvenes agricultores se desarrollan principalmente de forma tradicional mediante el aprendizaje con 
padres y otras personas, pero la educación, en particular la alfabetización básica para facilitar el 
aprendizaje continuado, es esencial (Ruttan 1982). Los asuntos comerciales y la tecnología agrícola 
son cada vez más complejos, por lo que la educación avanzada es cada vez más beneficiosa para el 
éxito en la agricultura. 
Una parte significativa de los beneficios de la investigación y la educación recaen en la sociedad en 
general, a través de un menor costo y un suministro más seguro de alimentos, y mediante la garantía 
de suministros futuros. El reconocimiento de esas relaciones ha llevado a programas patrocinados por 
el gobierno que incluyen educación, investigación y extensión en la mayoría de los países. En los países 
desarrollados, esos compromisos se han debilitado ante el exceso de capacidad de producción de 
alimentos y la disminución de las poblaciones rurales. Ahora hay poco apoyo para la investigación de 
mantenimiento en muchos países y el futuro impacto de esta tendencia aún está por verse. La 
verdadera competencia profesional en mejoramiento, agronomía, patología y entomología de sistemas 
agrícolas requiere años de experiencia. Los fitomejoradores, por ejemplo, deben familiarizarse con una 
amplia gama de germoplasma. Sin una actividad continua en estos campos, la sociedad carecería de 
las habilidades tecnológicas y los recursos humanos necesarios para responder a las futuras crisis de 
suministro de alimentos. 
La política del gobierno puede afectar la viabilidad de la agricultura de otras maneras. El sentido de 
administración de un agricultor, sin importar cuán fuerte sea, puede ser alterado por reglas sociales, 
como controles de precios que colocan los retornos por debajo de los costos, subsidios que distorsionan 
los mercados o impuestos que colocan a la agricultura en desventaja frente a otros sectores 
económicos. Se producen problemas especiales con las actividades de mantenimiento, como las 
terrazas para el control de la erosión. Allí, el valor presente de los beneficios futuros que se acumulan 
durante la vida de un agricultor generalmente es menor que los costos. La agricultura continua sin 
prácticas preventivas puede permitir la erosión a tasas superiores a las tolerables, degradando el 
potencial de producción de la tierra. Las consecuencias fuera del sitio de la erosión incluyen la 
sedimentación de lagos, embalses y arroyos que son recursos comunes para todos. Algunos gobiernos 
comparten los costos con los agricultores para tales proyectos de conservación en reconocimiento de 
la responsabilidad tanto de los agricultores por las externalidades y el beneficio de la sociedad de la 
productividad futura y la protección de los bienes comunes. 
Finalmente, los problemas con los "bienes comunes" también surgen de flujos de nutrientes y 
químicos agrícolas fuera del establecimiento, y con la contaminación atmosférica por el suelo arrastrado 
por el viento y el humo de la quema de residuos agrícolas. Algunos de estos problemas se examinan 
en capítulos posteriores. Las dificultades con los bienes comunes toman una forma diferente en las 
 
21 
 
culturas pastorales de África y Asia, donde los animales propiedad de individuos pastan pastos 
comunes. En estos sistemas, no existen límites para delinear las acciones individuales del recurso 
común y la participación de un individuo depende de la cantidad de animales que posee. 
Inevitablemente, los bienes comunes están sobrepastoreados en detrimento de todos. De manera 
similar, hay numerosos casos en que acuíferos no restringidos, un recurso común, son sobre utilizados 
por demasiados pozos de irrigación que causan la caída de napas freáticas, requiriendo que todos los 
agricultores usen más combustible para bombear desde profundidades mayores y, en el extremo, 
abandonar el riego. Se requieren regulaciones sobre la cantidad de pozos y la cantidad de extracción 
para mantener dichos sistemas de irrigación. 
 
1.4. Revisión de conceptos clave 
Sistemas de producción 
 La agricultura puede ser vista como una jerarquía de sistemas que comienza con los 
lotes individuales (sistemas de cultivo), que se extiende a su integración en establecimientos y 
los establecimientos en las regiones (sistemas agrícolas). Las interacciones y problemas 
biológicos, ambientales y sociales se pueden identificar en cada nivel de la jerarquía. 
 Los sistemas agrícolas interactúan fuertemente con la sociedad en general que 
consume sus productos y, a su vez, proporciona los bienes y servicios que necesitan los 
agricultores para producir alimentos. La demanda de productos depende del tamaño de la 
población y su riqueza. Como resultado, cómo y dónde se lleva a cabo la agricultura están 
determinados tanto por cuestiones económicas de los precios de los insumos, incluidos el 
trabajo y la tierra, como por la productividad de los cultivos y los animales, y su impacto en el 
medio ambiente. 
 Seis atributos clave de los sistemas agrícolas son la productividad, la estabilidad, la 
sostenibilidad, la autonomía, la equidad y la suficiencia. La medida para cada uno de estos 
atributos permite la evaluación del rendimiento del sistema a lo largo del tiempo. 
Productividad, eficiencia y sostenibilidad 
 La productividad es el atributo ecológico básico de los sistemas agrícolas. Determina 
la eficiencia del uso de los recursos y la viabilidad económica de la agricultura. También 
establece la capacidad de carga de animales domésticos y humanos por unidad de área de 
tierra agrícola, que a su vez determina las áreas mínimas que deben dedicarse a la agricultura. 
 El clima y el suelo determinan qué cultivos se pueden cultivar en una región agrícola, 
pero los cultivos realmente cultivados y la intensidad de la producción dependen del tamaño 
de los mercados y de la disponibilidad de mano de obra y otros medios de producción. 
 Las tendencias temporales de la productividad sirven para definir la estabilidad 
(variación en el rendimiento) y la sostenibilidad (mantenimiento del rendimiento a lo largo del 
tiempo). La suficiencia de la oferta, la autonomía y la equidad determinan la seguridad 
alimentaria y el bienestar a nivel local, regional y nacional. 
 
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Futuros retos 
 Los sistemas agrícolas están sujetos a una evolución continua en respuesta al 
desarrollo del conocimiento, las tecnologías disponibles y la cantidad y el tipo de productos que 
requiere la sociedad. El futuro contiene numerosas incertidumbres. La disponibilidad de energía 
y nutrientes, el agua para riego, las restricciones sobre el uso de biocidas y antibióticos, y el 
cambio climático son factores clave, pero el aumento de la demanda debido al crecimiento de 
la población y el ingreso probablemente tendrá elmayor impacto. La estabilidad futura de la 
agricultura dependerá en gran medida de estos factores y de la capacidad de respuesta de los 
agricultores y los servicios de apoyo. 
 La educación continua de agricultores y consumidores, y el apoyo a programas de 
investigación competentes en fitomejoramiento, entomología, patología vegetal, suelos y 
agronomía, son ejemplos de servicios necesarios para mantener una agricultura viable. 
Términos para recordar: autonomía; cambio climático; cultivo, agricultura y sistemas agrícolas; 
intensificación ecológica; brecha de rendimiento explotable; equidad; gases de efecto invernadero 
(GEI); principio de no uniformidad; agricultura orgánica e integrada; productividad; estabilidad; energía 
de apoyo; sostenibilidad; rendimientos, reales, alcanzables, óptimos y potenciales.