USP Agroecossistemas e o desafio de alimentar a população humana

L icencia tura em c iências · USP/ U nivesp O ser humano e o meio ambiente Ana Lúcia Brandimarte Déborah Y ara Alves Cursino dos Santos 2 AGROECOSSISTEMAS E O DESAFIO DE ALIMENT AR A POPULAÇÃO HUMANA 2.1 Introdução 2.2 Agroecossistemas modernos v ersus agroecossistemas tradicionais 2.2.1 T ecnologia empregada 2.2.2 Objetivos 2.2.3 Subsídios energéticos e produtividade 2.3 Eficiência cultural 2.4 A Revolução V erde 2.5 Principais impactos decorrentes das práticas agrícolas modernas 2.5.1 Impactos ambientais 2.5.2 Desmatamento e fragmentação de habitats 2.5.3 Explosão de pragas agrícolas e surgimento de espécies resistentes aos pesticidas 2.5.4 Efeitos sobre a ciclagem de materiais 2.5.5 Efeitos sobre a atmosfera 2.5.6 Efeitos sobre os solos 2.5.7 Efeitos sobre os ambientes aquáticos 2.5.8 Perda de biodiversidade 2.6 Impactos sociais 2.6.1 Aspectos nutricionais e de saúde 2.6.2 Dependência de combustíveis fósseis e dependência tecnológica 2.7 O contínuo desafio de alimentar a população mundial 2.8 Conclusão Referências 15 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 O ser humano e o meio ambiente 2.1 Introdução Desde o surg imento dos pr imeiros Homo sapiens , houv e um ele v ado aumento da população humana global, sobretudo a partir da Rev olução Industr ial, que alav ancou o surg imento de no v as tecnolo g ias. Esse f ato foi tão impor tante que, como visto na aula anter ior , marcou o início de uma no v a fase da histór ia da humanidade , caracter izada por um consumo alto e cr escente de energ ia, tanto somática quanto extrassomática, e de mater iais. Nest a au l a, a na l isa remo s como as novas te cnolog ia s re su lt ar a m em a lter açõe s do modo de produção do s sist em as a g rope cu ár ios - ou ag roeco ss iste ma s - em compa r ação com os s iste ma s t rad iciona is de pro dução de a l i mento, sobret udo no que se refere à ag r icu lt ur a. Pa ra at i ng ir mos t a l objetivo, um pr i mei ro pa sso é apre sent a r um a de f i n ição d a s prát ica s a g ropec uá r i a s que seja adequ ad a ao contex to ex pl icit ado. As si m , a agropecuár ia pod e ser consider ad a com o u ma at iv ida de em que a s pes soa s m an ipu l a m proces sos n at u ra i s a f i m de red i rec iona r a ene rg ia s ol a r at ravés de pl ant a s e a n i ma i s pré -s elecionado s par a produ z ir a l imento ou, a i nd a, como um a for ma de concentrar energ ia ao longo de vias úteis para a sobre vivência da população hu m a n a . P or t a nto, co mo re su lta do há u m au mento d a concentr ação de e spéc ies de i ntere sse pa r a a l i menta ção, e d im inu ição d a s espé cies que n ão int eres sa m pa r a es se f i m. T orn a- se i mpor - t ant e sa l ient ar, no enta nto, que, embora o foco pr i ncipa l d es ses s iste ma s re sid a na pro dução de a l i mento, ta m bém são pl ant ado s veget a is pa r a produção de f á r m acos e out ros pr od uto s relevant es pa r a os sere s hum a nos. Do mes mo modo, são cr i ados a n i m a is pa r a obtenção de produtos volta dos pa ra ves t iment a e outr os f i n s. Assim sendo , a ag r opecuár ia está fundamentalmente r elacionada ao apr o v eitamento das pr oduti vidades pr imár ia e secundár ia pela espécie humana. 16 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 2 Agroecossistemas e o Desa\ufb01o de Alimentar a População Humana 2.2 Agroecossistemas modernos versus agroecossistemas tradicionais A intr odução deste texto per mite ao leitor antev er que a difer ença pr imordial entr e os ag r oecossistemas moder nos e os tradicionais reside no empr ego de pr ocessos altamente tecno- lóg icos nestes últimos ( Figura 2.1 ). De f ato , desde a transição industr ial, os agroecossistemas têm-se beneficiado das no v as tecnolo g ias, culminando nos sistemas altamente mecanizados que conhecemos atualmente . V ale a pena lembrar que , nesse sentido , a tecnologia bélica desenv ol- vida nas duas g randes guer ras mundiais, sobretudo na segunda, impulsionou a f abr icação de máquinas e implementos ag rícolas. A seguir , estes tipos de ag roecossistemas serão comparados em alguns aspectos impor tantes: a b Figura 2.1 Aragem do solo em um agroecossistema tradicional ( a ) e um moderno ( b ). / F onte: T hinkstoc k . 2.2.1 T ecnologia empregada Como resultado do pr og r esso tecnológ ico , passamos de sistemas tradicionais, nos quais as pr incipais tecnolog ias eram o fo go (ag r icultura de cor te e queima \u2013 v olte ao tema \u201cCrescimento populacional humano e o uso de energ ia\u201d se necessár io) e o arado a tração humana ou animal, para os sistemas atuais, nos quais a utilização de combustív eis fósseis, tanto para o funcionamento de máquinas e dos sistemas de ir r igação quanto para a pr odução de sementes, fer tilizantes e pesticidas, é um elemento fundamental. Nesse sentido , houv e alteração não apenas do tipo de tecnologia como também da quantidade de tecnologia utilizada e, associado ao aumento de 17 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 O ser humano e o meio ambiente tecnologia, ob viamente houv e aumento da energ ia utilizada para garantir a produção dos itens de interesse ( Figura 2.2 ). Figura 2.2 A groecossistema e evolução das atividades humanas (a largura da seta indica a quantidade relativa de energia e tecnologia utilizada). / F onte: modificado de G hersa et al., 1 994. 2.2.2 Objetiv os Outra diferença importante é os sistemas tradicionais serem itinerantes, característica que per si ste até hoje em deter m in ado s loca is , tendo como obj et ivo centr a l a pol icu lt u ra pa r a subsistência. Assim, o fluxo de energ ia solar é redir ecionado através do sistema e o alimento é consumido localmente . Do mesmo modo , a ciclagem de nutr ientes é mais fechada dentro do própr io ambiente, uma v ez que , via de regra, quase não há impor tação ou expor tação de mater ial para fora dos limites do ecossistema. P or outro lado , os g randes sistemas ag rícolas atuais são totalmente dependentes da entrada de energ ia extrassomática e mater iais vindos de fora do sistema (máquinas, combustív eis fósseis, pesti - cidas, fer tilizantes) e têm como foco pr incipal a monocultura para exportação . Além disso , muitas v ezes, o alimento pr oduzido não é diretamente utilizado na alimentação humana, sendo direcionado para outr os fins, como a produção de ração na pecuár ia, suinocultura e avicultura. No Canadá, mais de 75% de todos os g rãos consumidos são utilizados na alimentação animal. Em países como o Brasil, Estados Unidos, Argentina, Rússia e na Europa, esse v alor está entre 51 e 75%. 18 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 2 Agroecossistemas e o Desa\ufb01o de Alimentar a População Humana 2.2.3 Subsídios energéticos e produtividade Desde o surg imento da ag r icultura até os dias atuais, o aumento do emprego de tecnolo g ia e energ ia extrassomática resultou na alteração da for ma como o trabalhador rural vem r ealizando seu trabalho ou, em última análise, dos subsídios energéticos utilizados para garantir a pr odução . Como visto em Fluxo de Energ ia da disciplina Bioenergética e Ciclos da Natureza , os subsídios energéticos são entradas de energ ia auxiliar que se somam ao fluxo energético pr incipal, realizando parte do trabalho de automanutenção dos organismos, de modo que mais energ ia pode ser direcionada ao cr escimento e à r epr odução , lev ando a um aumento de pr oduti vidade . No caso dos sistemas tradicionais, os subsídios energéticos são repr esentados, por ex emplo , pelo fogo , quando utilizado , pelo trabalho das pessoas, na la v oura e no cuidado com os animais, e pelo trabalho dos animais. Como visto na aula anter ior , como resultado da utilização da queimada na ag r icultura tradi- cional, as cinzas restantes no solo contêm nutr ientes, que serão utilizados pelas plantas cultiv adas. Além disso , o fogo pode eliminar insetos que atuar iam como pragas para as plantas. Assim, o fogo atua como um subsídio energético para as populações de v egetais, pois gastarão menos da energ ia solar , con v ertida em biomassa por meio da fotossíntese, na obtenção de nutr ientes, uma v ez que o solo está enr iquecido . Da mesma for ma, menos de sua energ ia será desviada para defesa contra as pragas. Esses dois aspectos resultam em maior disponibilidade de energ ia para as plantas crescer em e se r epr oduzirem e , por tanto , a pr odutividade pr imár ia será maior . Isto significa que a utilização do fogo pr opicia uma maior produção de alimento , ou seja, aumenta a pr odutividade da la voura. Os ag r icultores tradicionais gastam parte de sua energ ia em trabalho braçal na lav oura, entre outras atividades, arando e semeando o campo e retirando er v as daninhas que competir iam com as plantas de interesse por espaço , água e nutr ientes. P ortanto , o trabalho humano repr e- senta um subsídio energético para as espécies v egetais de inter esse , pois resulta no aumento de sua pr odutividade . Do mesmo modo , o trabalho humano no pastoreio r epresenta um subsídio energético para o gado . Ao le var os animais para locais em que a oferta de alimento seja maior , o homem despende energ ia que se soma àquela obtida pelo gado via alimentação . Desse modo , o gado emprega menos energia na procura por alimento , o que resulta em maior energ ia disponív el para cr escimento e repr odução . P or tanto , mais uma v ez, o que se vê é um aumento de pr odutividade , desta v ez secundár ia, em vir tude da entrada de um subsídio energético . 19 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 O ser humano e o meio ambiente Finalmente , a energ ia do própr io gado pode atuar como uma for ma de subsídio energético para a la v oura. Se o ag r icultor utilizar arado a tração animal, a energ ia despendida pelo animal repre senta r á u ma ent r ad a au x i l i a r de energ i a que resu lt a rá em au mento d a produt iv id ade pr imár ia. Além disso , em cer tos sistemas ag rícolas, o esterco é utilizado como adubo para a pla nt ação, f unc iona ndo como um subs ídio energ ét ico , u m a v ez que t a mbém re su lt a rá em aumento da pr odutividade pr imár ia. A quantidade e v ar iedade de subsídios energéticos tenderam a aumentar com o desen v olvi- mento de no v as tecnolo g ias, de modo que os ag roecossistemas atuais são altamente subsidiados. Entre os subsídios energéticos utilizados, os combustív eis fósseis são os pr imordiais, pois, além de per mitirem o funcionamento de máquinas no própr io campo (ex.: prepar o do solo , colheita, ir r igação), são utilizados na indústr ia para a produção de outras categor ias de subsídios ener- géticos, entre os quais podem ser citados fertilizantes, pesticidas (pr incipalmente herbicidas, fung icidas e inseticidas), sementes, v acinas e hor mônios animais etc . Além disso , os combustív eis fósseis também são utilizados para o transpor te de mer cador ias do campo para os centros consumidores e de aportes para o campo . Obser v a-se que , com o aumento da mecanização , a contr ibuição da energ ia humana como subsídio energético tendeu a diminuir pr o g r essiv amente . Uma v ez que os agroecossistemas moder nos recebem uma quantidade maciça de subsídios energéticos, sua produti vidade é muito super ior à dos sistemas tradicionais. 2.3 Eficiência cultural P odemos afir mar que , indubitav elmente, os g randes av anços tecnológicos tiv eram um efeito positiv o sobre a pr odução m undial de alimentos, ou seja, um maior retor no energético sob a for ma de alimento ( T abela 2.1 ). No entanto , como esse aumento é resultante da aplicação de uma g rande quantidade de subsídios energéticos, o que, como v er emos mais adiante , traz Agora é a sua v ez Realize a Atividade Online Pr odutos empr egados na agr icultura moder na e contr ibua com sua opinião sobre o tema que abor da os pr odutos empregados na ag r icultura moder na e sua atuação como subsídios energéticos. 20 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 2 Agroecossistemas e o Desa\ufb01o de Alimentar a População Humana significantes impactos ambientais, é interessante pensar mos na eficiência dos ag roecossistemas altamente subsidiados quando comparados aos tradicionais. T abela 2.1: R etorno anual de energia (KJ.m -2 .ano -1 ) para os seres humanos de sistemas não subsidiados e altamente subsidiados. / Fonte: modificado de T ivy e O´h are , 1981 . Sistema Retorno Energético mínimo máximo Coleta primitiva de alimento 0,8 42,0 Agricultura sem uso de combustível fóssil 104,5 4.185,0 Agricultura com uso de combustível fóssil 4.185,0 41.850,0 No tema Fluxo de Energ ia da disciplina Bioenergética e Ciclos da Natureza foi apresentado o conceito de eficiência ecológica como a razão entre a saída e a entrada de energ ia de um deter minado nív el trófico . De for ma análoga aos sistemas naturais, podemos calcular a eficiência de ag r oecossistemas utilizando o conceito de eficiência cultural , ou seja, a razão entre a pr oduti vidade de um deter minado sistema pr odutor de alimento (saída total de energ ia) e a soma dos subsídios energéticos (entradas de energ ia auxiliar) empregados para obter tal pr odutividade: eficiência cultural = S saídas de energia / S entradas de energia auxiliar T omemos como ex emplo a produção de milho em dois sistemas que difer em quanto ao emprego de subsídios energéticos ( T abela 2.2 ). Para se analisar a tabela, é necessár io lembrar que a pr odução de fer ramentas e máquinas também consome energ ia e que, por isso , há uma entrada de energ ia associada a esses elementos. Embora o trabalho humano no sistema mexicano (589.160 kcal/hectare) seja apr o ximadamente 92 v ezes maior que no nor te-amer icano (5.580 kcal/hectare), a pr odução final de milho é cerca de 3 v ezes menor ( 6.901 . 20 0 kca l /he ct ar e × 1 9 . 1 4 8. 7 0 0 kca l /hec ta re ). E s sa d i ferença pode, por t a nto, ser com - putada à quantidade muito maior dos demais subsídios energéticos utilizados, que chega a ser 123 v ezes maior no sistema norte-amer icano . No entanto , como a pr odutividade signifi - cativ amente mais alta nesse sistema se dev e ao fato de ser altamente subsidiado , sua eficiência cultural (2,93 kcal/hectare) é apro ximadamente 3,7 v ezes menor que a do sistema tradicional (10,74 kcal/hectare), ou seja, em ter mos do balanço energético entr e entradas de energ ia adicional e saídas de energ ia, o sistema mexicano é mais eficiente que o nor te-amer icano . 21 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 O ser humano e o meio ambiente T abela 2.2 Entradas e saídas de energia por hectare em dois sistemas produtores de milho: um tradicional (México) e um moderno (Estados Unidos). / Fonte: B aker , 1 993. Quantia/hectare Kcal/hectare México Entradas Trabalho humano 1.144 h 589.160 Machado e enxada 16.570 kcal 16.570 Sementes 10,4 kg 36.608 Total 642.339 Saídas Produção de milho 1.944 kg 6.901.200 Kcal saídas/entradas - 10,74 Produção de proteína 175 kg - Estados Unidos Entradas Trabalho humano 12 h 5.580 Máquinas 31 kg 558.000 Óleo diesel 112 L 1.278.368 Nitrogênio 128 kg 1.881.600 Fósforo 72 kg 1.881.600 Potássio 80 kg 128.000 Calcário 100 kg 31.500 Sementes 21 kg 525.000 Irrigação 780.000 kcal 780.000 Inseticidas 2 kg 86.910 Herbicidas 2 kg 199.810 Secagem 426.341 kcal 426.341 Eletricidade 380.000 kcal 380.000 Transporte 136 kg 34.952 Total 6.532.071 Saídas Produção de milho 5.394 kg 19.148.700 Kcal saídas/entradas - 2,93 Produção de proteína 485 kg - Agora é a sua v ez Realize a Atividade Online E\ufb01ciência cultural e analise di v ersos sistemas que dependem de subsídios energéticos. 22 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 2 Agroecossistemas e o Desa\ufb01o de Alimentar a População Humana 2.4 A Revolução V erde A utilização de v ar iedades altamente produti v as de sementes contr ibui para a alta pr oduti - vidade da ag r icultura atual. O uso de tais sementes intensificou-se a par tir de meados da década de 1960, quando começaram a ser aplicadas maciçamente com o objetiv o de aumentar a pr odução de alimentos, sobretudo g rãos, de modo que a fome passar ia a ser um pr ob lema do passado . Esse processo r ecebeu o nome de Re v olução V er de e tev e como mentor o ag rônomo nor te-amer icano Nor man Borlaug , sendo que a tecnologia necessár ia para sua implantação passou a ser amplamente empregada. Como resul - tad o , a área ocupada pela plantação de cereais altamente pr odutiv os, como a soja, cresceu rapidamente em poucos a nos ( G rá f ico 2. 1 ) e conti nua a a um en tar . S o man do-s e as ár eas pl a n t a d a s com tr igo e ar roz, a ár ea total ocupada aumentou mais de 1000 v ezes entr e 1965 e 1970. Embora a Rev olução V erde tenha r esultado em aumento da pr odução de g rãos em nív el global, é necessár io salientar que as bases do seu sucesso estão assentadas no uso cr escente de energ ia fóssil, no aumento da intensidade da produção agrícola (em ter mos energéticos) e no uso de v ar iedades de v egetais que possam tolerar a aplicação de quantidades elev adas de fertilizantes no solo . Além disso , a tecnologia foi desen v olvida para deter minadas circunstâncias, a saber : dispo - nibil idade de terras relativ amente fér teis, abundância de água durante a fase de crescimento das plantas e condições financeiras que per mitissem obter as sementes e fer tilizantes no momento cer to e nas quantidades cor retas, além de máquinas e sistemas de ir r igação , entre outras. Como resultado da utilização maciça das técnicas da Re v olução V erde houv e um aumento da pr odução mundial de grãos e os efeitos do mo vimento com ela iniciado ainda são sentidos. No ano de 2000, por ex emplo , Bangladesh obtev e um superávit de g rãos pela pr imeira v ez na sua histór ia, superando em 1 milhão de toneladas a quantidade de g rãos necessár ia para o seu Gráfico 2.1 Evolução da área ocupada por plantação de soja. / F onte: modificado de B rO wn , 1 996. 23 Licenciatura em Ciências · USP/Univesp · Módulo 4 O ser humano e o meio ambiente consumo e isto após 30 anos de déficits, que var iaram de 1,5 a 2 milhões de toneladas. No entanto , como esse sucesso estev e associado à utilização de combustív eis fósseis e fertilizantes, e como muitos pr odutor es visassem ao lucr o imediato , nem sempre r espeitando os limites do solo , muitos foram os efeitos ambientais e sociais associados, como se v erá no próximo item. Mais recentemente , a par tir de meados da década de 1990, entrou em curso uma no v a revol ução l ig a d a à ag r icu lt ur a. T rat a- se d a Revolução G enét ica , a ss oci ad a ao uso d e organismos geneticamente modificados ou transgênicos, nos quais são introduzidos genes de outras espécies a fim de tor ná-los mais resistentes ao ataque de pragas ou mais n utr itiv os, por ex emplo . Os defensores da sua utilização afir mam que tal tecnolo g ia é necessár ia para alimentar uma população crescente , par ticular - mente no Hemisfér io Sul. Assim como ocor r eu com a Rev olução V erde , a área ocupada por plantações de v ar iedades transgênicas aumentou rapidamente ( Gráfico 2.2 ) e , atualmente, apesar da obr igator iedade imposta por certos go v er nos como o brasileir o , de infor mar se alimentos industr ializados, ou não , contêm ele - mentos transgênicos, é relati v amente difícil ter cer teza sobr e a sua pr ocedência e composição . Impactos potenciais da Re v olução Genética Assim como no caso da Rev olução V erde , a tecnologia empregada está nas mãos de poucos países ou empresas, de for ma que pode ocor rer a mesma dependência tecnológ ica. Além disso , já em 2003, começaram a surg ir ervas daninhas r esistentes ao glifosato (nome comercial: Roundup), o pesticida associado às culturas de soja transgênica. Alguns estudos parecem mostrar que as culturas transgênicas não são mais produti v as que as culturas não transgênicas. Segundo tais estudos, a transgenia pode alterar o metabolismo , resultando em queda da absorção de nutr ientes e , em geral, pode lev ar ao desvio de energia para expressar caracte- rísticas não inerentes ao culti v o . Gráfico 2.2 Evolução da área ocupada por cult uras transgênicas no mundo em milhões de hectares. / Fonte: modificado de F olha de São Paulo, 28/4/2003.

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