Strategies to mitigate greenhouse gas and nitric oxide emissions in rainfed and irrigated agro-ecosystems
- Autores: Guillermo Guardia Vazquez
- Directores de la Tesis: Antonio Vallejo García (dir. tes.), David Chadwick (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rafael Espejo Serrano (presid.), Sonia García (secret.), Carlos Cantero Martínez (voc.), Carmen Gonzalez Murua (voc.), Diego Ábalos Rodríguez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnología Agroambiental para una Agricultura Sostenible por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
La agricultura es uno de los principales contribuyentes a las emisiones globales de Gases de Efecto Invernadero (GEI), principalmente a través del óxido nitroso (N2O). Las emisiones a escala mundial del gas reactivo óxido nítrico (NO) en sistemas agrícolas constituyen también un importante problema medioambiental. Una visión integrada de las mejores estrategias de manejo (por ejemplo, laboreo reducido o siembra directa, el uso de cultivos captura en agrosistemas de regadío, rotación de cultivos incluyendo leguminosas, manejo del riego, uso de inhibidores de la nitrificación o actividad ureasa y elección de la fuente y fraccionamiento del nitrógeno, N) carece muchas veces de un balance completo de todas las posibles fuentes y sumideros de GEI, incluyendo secuestro de carbono (C) y las emisiones de dióxido de carbono (CO2) derivadas de los insumos y operaciones agrícolas, particularmente cuando se llevan a cabo prácticas de Agricultura de Conservación. El objetivo principal de esta Tesis fue evaluar posibles estrategias de mitigación de GEI (principalmente N2O) y NO, basadas en Agricultura de Conservación, manejo de la fertilización N y su interacción con el riego, en sistemas de secano y regadío, con el fin de encontrar las prácticas que supongan un balance óptimo desde el punto de vista económico y medioambiental, es decir, mitigación de emisiones y mantenimiento/incremento de los rendimientos. Para llevar a cabo este objetivo, se establecieron varios ensayos en condiciones de clima mediterráneo semiárido (Comunidad de Madrid, centro de España) en cultivos de secano y regadío. Las emisiones de GEI (principalmente N2O, pero también metano, CH4, y respiración), parámetros de suelo (por ejemplo, C orgánico disuelto o N mineral) y los rendimientos fueron evaluados. Además, se emplearon técnicas isotópicas (enriquecimiento en N15) para cuantificar la contribución relativa del fertilizante nitrogenado sintético (en una rotación intraanual con cultivos captura), y la importancia relativa de los distintos procesos bioquímicos en un cultivo en regadío tras añadir un fertilizante con o sin inhibidor de la nitrificación. También se llevó a cabo un experimento de laboratorio empleando C14 para evaluar el efecto de la temperatura y tipo de suelo en la eficacia y comportamiento en suelo de dos inhibidores de la nitrificación.
Las prácticas de Agricultura de Conservación, como el no laboreo, la inclusión de una leguminosa (sin fertilización N) en rotaciones de secano o el uso de cultivos captura en regadío mostraron, por lo general, una efecto pequeño en las emisiones directas de N2O, pero redujeron significativamente el poder de calentamiento global sin afectar a los rendimientos.
El nuevo inhibidor de la nitrificación 2-(3,4-dimethyl-1H-pyrazol-1-yl) succinic acid isomeric mixture (DMPSA) redujo sistemáticamente las emisiones de óxidos de N aplicado con nitrato amónico o nitrato amónico cálcico en maíz (Zea mays L.) en regadío. Los análisis de 15N2O revelaron que los procesos derivados de la oxidación del amonio (NH4+) contribuyeron más a las emisiones de N2O que la desnitrificación. Sorprendentemente, se observó un efecto del inhibidor en este proceso. La contribución relativa del fertilizante nitrogenado sintético fue mayor que en un sistema con cultivos cubierta, en el cual los residuos con una alta relación C:N pueden incrementar las emisiones procedentes del fertilizante. El DMPSA también fue efectivo en un cultivo de secano (Triticum aestivum L.), pero sólo aplicado con urea, que dio lugar a mayores emisiones que el nitrato amónico cálcico. El ensayo en laboratorio demostró que la mineralización de los dos inhibidores más comercializados en Europa no tiene una gran influencia en su eficiencia, que estuvo claramente influenciada por el tipo de suelo y la temperatura. El uso de inhibidores de la ureasa (per se o en combinación con el inhibidor de la nitrificación DMPSA como doble inhibidor) generalmente redujo las emisiones de óxidos de N en condiciones de secano y regadío, pero generalmente dando lugar a porcentajes de mitigación más bajos que el DMPSA.
El fertirriego es considerado como una técnica eficiente de aplicación de agua y fertilizantes durante el cultivo. Su uso en maíz redujo las emisiones de óxidos de N (en proporción similar o incluso mayor al inhibidor DMPSA) sin afectar al rendimiento en grano e incluso incrementando la producción de biomasa aérea. La frecuencia de riego (que afectó a la humedad del suelo) y la distribución espacial del N mineral fueron las variables clave para explicar las menores emisiones en riego por goteo, en comparación con la aspersión. En el cultivo de trigo panadero en secano, el manejo de la aplicación del N a través del fraccionamiento en cobertera también mitigó las emisiones, pero en menor medida que el uso del inhibidor DMPSA.
En cultivos mediterráneos de secano, la adopción de prácticas de agricultura de conservación (no laboreo y rotación con leguminosas) y la sustitución de urea por nitrato amónico cálcico son estrategias compatibles que deben llevarse a cabo para reducir emisiones de GEI sin afectar a los rendimientos, teniendo además potenciales ventajas en relación a la calidad del suelo (según lo indicado en estudios previos) , la reducción del coste en fertilizantes o pesticidas, o incrementos en la eficiencia del uso del N o la proteína del grano.
Respecto al cultivo de maíz en regadío, se recomienda la combinación de cultivos captura, fertilización integrada, y fertirriego para reducir las emisiones de GEI escaladas al rendimiento, sin afectar a la producción de grano. El uso de inhibidores de la nitrificación o ureasa durante el cultivo principal también puede considerarse como una alternativa interesante. Las prácticas evaluadas y las bajas emisiones por unidad de superficie (0.2-2.0 kg N ha-1) y escaladas al rendimiento (0.6-5.5 g N2O-N kg N-1) que se han obtenido en los experimentos de esta Tesis pueden contribuir a la adopción de factores de emisión y estrategias de mitigación específicos para cada tipo de sistema agrícola en zonas mediterráneas.
