Arbuscular mycorrhizal fungi show potential to substantially increase global grain yields

Resumen Técnico: Potencial Global de los Hongos Micorrícicos Arbusculares para Incrementar los Rendimientos de Granos

Planteamiento del Problema
Los organismos del suelo, particularmente los hongos micorrícicos arbusculares (HMA), son reguladores críticos del ciclo de nutrientes, la estructura del suelo y la resiliencia de las plantas. Sin embargo, sus contribuciones a la productividad agrícola están mayoritariamente ausentes de los modelos de rendimiento globales y de la toma de decisiones agronómicas. Si bien los estudios de campo documentan beneficios en el rendimiento derivados de la inoculación con HMA, especialmente bajo condiciones de bajos insumos, el potencial de rendimiento de los HMA a escala global permanece sin cuantificar. Esta brecha impide que investigadores y responsables de políticas evalúen dónde la gestión mejorada de la biodiversidad del suelo podría apoyar significativamente la producción de alimentos o reducir la dependencia de fertilizantes sintéticos. Además, las prácticas agrícolas intensivas suelen suprimir la colonización por HMA, dejando una oportunidad significativa para restaurar la función mediante la gestión o intervenciones dirigidas.

Metodología
El estudio proporciona la primera estimación a escala global de las ganancias potenciales de rendimiento de los HMA en los tres cultivos de cereales dominantes en el mundo: maíz, trigo y arroz. Los autores emplearon un enfoque de modelado espacialmente explícito combinando datos de respuesta empírica con conjuntos de datos globales de cuadrícula:

• Fuentes de Datos:
  • Rendimiento y Área: Los datos de rendimiento de cultivos y área cosechada se obtuvieron de SPAM 2020 v2.0 con una resolución de 5 minutos de arco.
  • Suelo y Gestión: Las propiedades del suelo (pH, nitrógeno total) se derivaron de SoilGrids v2.0. El nitrógeno disponible para las plantas (paN) se estimó a partir del nitrógeno total. Las estadísticas nacionales de fertilizantes específicos por cultivo se obtuvieron de la base de datos de Uso de Fertilizantes por Cultivo (FUBC) de la IFDC–FAO.
  • Datos de Respuesta de HMA: Las respuestas de rendimiento se parametrizaron utilizando razones de respuesta logarítmica (lnRR) específicas por cultivo y subgrupo a partir de un metaanálisis global de 168 estudios de inoculación en campo (402 ensayos) de Zhang et al. (2019).
• Enfoque de Modelado:
  • Se estableció el efecto base de los HMA ($AMF_{base}$) utilizando valores de lnRR medios específicos por cultivo (maíz: 13.4%, arroz: 17.1%, trigo: 17.2%).
  • La dependencia del contexto se incorporó mediante coeficientes de moderación ($k$) derivados de subgrupos estadísticamente significativos en el metaanálisis. Estos moderadores incluyeron el pH del suelo, una interacción entre el uso de fertilizantes nitrogenados y el nitrógeno disponible para las plantas (paN), y el estado de fósforo/potasio.
  • El multiplicador de rendimiento final de los HMA ($M$) para cada celda de la cuadrícula se calculó como: $M = AMF_{base} \times k_{pH} \times k_{N \times paN} \times k_{P} \times k_{K}$.
  • Las ganancias de producción potencial se estimaron aplicando este multiplicador a los mapas de rendimiento base, computando la diferencia entre las superficies de rendimiento inoculadas y no inoculadas (actuales), y multiplicando por el área cosechada.
• Análisis de Incertidumbre: La incertidumbre se propagó utilizando un muestreo de Monte Carlo (1,000 extracciones), muestreando valores de lnRR de distribuciones normales basadas en los intervalos de confianza del 95% reportados para generar una distribución de las ganancias de producción globales.

Resultos Clave
El análisis indica que mejorar la función de los HMA tiene el potencial de aumentar la producción mundial de cereales en un promedio del 12.6%, lo que corresponde aproximadamente a 341 millones de toneladas métricas (MMT) de granos adicionales (intervalo de incertidumbre del 95%: 232–438 MMT).

• Especificidad de los Cultivos: Las ganancias de rendimiento variaron según el cultivo, con el mayor potencial para el trigo (16.0%) y el arroz (15.9%), y una ganancia ligeramente menor, pero aún sustancial, para el maíz (12.3%).
• Impulsores Contextuales: El moderador más fuerte de los beneficios de rendimiento fue el contexto de nutrientes.
  • Sistemas de Bajos Insumos: En sistemas con disponibilidad limitada de nitrógeno en el suelo y sin fertilización (comunes en contextos de agricultura de pequeña escala), las ganancias previstas superaron el 20%.
  • Sistemas Intensivos: En sistemas con fertilización intensiva, las ganancias previstas fueron de aproximadamente el 11%. Esto concuerda con el entendimiento de que los altos insumos de fertilizantes reducen la dependencia de las plantas hacia los HMA.
• Distribución Geográfica:
  • Aumentos Relativos: Los mayores incrementos relativos de rendimiento se proyectan para los sistemas de bajos insumos en el África subsahariana y partes del sudeste asiático.
  • Producción Absoluta: Las mayores ganancias de producción absoluta se concentran en el sur y el este de Asia debido al enorme volumen de producción en estas regiones.
• Restricciones: El estudio señala que un pH alto del suelo y las condiciones áridas pueden reducir los beneficios de los HMA. Además, en áreas donde las comunidades nativas de HMA ya están bien establecidas o donde las cepas introducidas no están bien adaptadas, la inoculación puede tener efectos insignificantes o negativos.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar la primera estimación cuantitativa a escala global de las ganancias potenciales de rendimiento por la inoculación de HMA. Los autores argumentan que estos resultados resaltan el papel subestimado de las comunidades biológicas del suelo en el apoyo a la producción mundial de alimentos.

El estudio postula que la mejora en la gestión de los HMA podría añadir más de 300 MMT a la producción mundial de granos, con beneficios que son particularmente críticos para los sistemas de bajos insumos. Los autores sugieren que esta solución con base biológica ofrece una vía para alinear la seguridad alimentaria con la sostenibilidad, reduciendo potencialmente la dependencia de los fertilizantes sintéticos y las asociadas pérdidas de nitrógeno reactivo y emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, el documento mantiene un tono modesto respecto a la implementación, señalando que la realización de estas ganancias depende de la investigación aplicada para mejorar la calidad de los inoculantes, resolver la dependencia del contexto y establecer la viabilidad económica mediante ensayos de campo específicos por región. El análisis sirve como una base cuantitativa para priorizar dónde las intervenciones centradas en los HMA son más propensas a cerrar las brechas de rendimiento.