Carbono orgánico en sistemas agrícolas y forestales: efecto de diferentes prácticas de gestión
- Autores: José Lizardo Reyna Bowen
- Directores de la Tesis: José Alfonso Gómez Calero (dir. tes.), María del Pilar Fernández Rebollo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María del Carmen Campillo García (presid.), Roberto García Ruíz (secret.), John Quinton (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Agraria, Alimentaria, Forestal y del Desarrollo Rural Sostenible por la Universidad de Córdoba y la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
Organic carbon in agricultural and agroforestry soils: Effect of different management practices / Carbono orgánico en suelos agrícolas y agroforestales: Efecto de las diferentes prácticas de gestión El suelo es un recurso mundial que tiene la capacidad de contener grandes cantidades de carbono orgánico. De hecho, los suelos contienen más carbono que las plantas y la atmósfera juntas. Sin embargo, en los últimos decenios, las actividades humanas, como el cambio de uso de la tierra, la deforestación, la quema de biomasa y la contaminación ambiental, han acelerado la liberación de carbono terrestre en la atmósfera, aumentando el efecto invernadero. El estudio del ciclo del carbono orgánico del suelo ha sido reconocido en las últimas décadas como un paso necesario para controlar los futuros incrementos del CO2 atmosférico, y también para asegurar la sostenibilidad de la producción agrícola. Una mejor comprensión de la dinámica del carbono orgánico del suelo (SOC) en los diferentes sistemas agrícolas permitirá mejorar la calidad del suelo y el almacenamiento de carbono orgánico del suelo en diferentes condiciones edafoclimáticas. Sin embargo, a pesar de décadas de investigaciones sobre este asunto, sigue siendo necesaria una mejor evaluación de la dinámica del carbono del suelo en sistemas agrícolas específico, basada en estudios empíricos de campo sólidos. La presente investigación, enmarcada en el contexto de una especialización de doctorado sobre el carbono del suelo en las zonas agrícolas, tiene por objeto generar nueva información sobre el efecto de los diferentes factores (clima, uso de la tierra, ordenación, altitud y tipo de suelo) que influyen en el secuestro y la acumulación de carbono orgánico a lo largo del perfil en el suelo en diferentes sistemas agrícolas y forestales condiciones edafoclimáticas muy diversas.
El primer estudio (Capítulo 2) es un análisis del efecto de los diferentes usos agrícolas en un clima subtropical, en la zona del valle del río Carrizal en la provincia de Manabí, Ecuador basado en el análisis de 64 perfiles de suelo. En cada perfil se tomaron muestras en los horizontes de los perfiles de suelo para obtener la concentración de carbono orgánico hasta una profundidad máxima de 150 cm en diferentes manejos agrícolas (permanentes, rotación intensiva y cultivos abandonados). En esta zona se identificaron veintiún usos agrícolas diferentes. Como era de esperar, las mayores concentraciones de carbono orgánico en el suelo se produjeron en el horizonte A, que tiene un espesor medio de 40 cm. Se observó una tendencia hacia un mayor potencial de secuestro de carbono en zonas pastos, cultivo intercalado como cacao con plátano y maíz con un valor promedio de 1.7% C, mucho mayor que las zonas de agricultura mecanizada que presentó una menor concentración de carbono con un valor promedio de 0. 26% C. El contenido total de carbono, el primer horizonte (A) fue mucho mayor en comparación con los otros perfiles de suelo (B y C), con un valor medio de 41,32±20,97 t C ha-1 y 15,06±15,61 t C ha-1, respectivamente.
El segundo estudio (Capítulo 3) evaluó el efecto de la ordenación forestal en un clima templado. Para ello, se tomaron muestras de suelo en un entorno de gestión de especies forestales (Alnus incana, Fagus sylvatica, Picea abies, y Mixto: rodales que contienen hayas y abetos) en un rango de elevación de <900 m s.n.m. a >1100 m s.n.m.. del Parque Nacional de Babia Góra en el sur de Polonia. El suelo se muestreó hasta una profundidad máxima de 100 cm. Los resultados de este estudio en Polonia revelaron que las reservas SOC en los suelos de montaña del Parque Nacional de Babi Góra se caracterizan por su gran variabilidad (de 50,10 t ha-1 a 905,20 t ha-1). En las condiciones de este estudio, el tipo de suelo es fue el factor dominante que determina el contenido total de carbono orgánico del suelo, que junto con los factores topográficos determina las condiciones del suelo y la vegetación. Esto explica tal diversidad en la acumulación de carbono orgánico del suelo en diferentes suelos de montaña en las zonas La mayor reserva de carbono se registró en los histosoles (>550 t C ha-1), que están situados en la parte baja del parque nacional.
El tercer bloque (Capítulo 4) de la investigación se centró en dos estudios de campo en uno de los sistemas agroforestales más importantes del Mediterráneo, la dehesa. Se investigó una dehesa en Hinojosa del Duque en Córdoba, España: La dehesa es un sistema agro-silvo-pastoril que combina zona de cultivo y/o pastoreo con árboles a baja densidad (encinas). En este estudio localizamos dos dehesas adyacentes en el mismo tipo de suelo pero de características diferentes. Una era una dehesa con encinas jóvenes (plantadas en 1995 con una densidad de 70 árboles ha-1 a 12 m x 12 m de distancia. La zona había sido pastoreada por ovejas merinas desde el año 2000, a una tasa de pastoreo de 3 ovejas por hectárea. La segunda zona, adyacente a la primera, es un pastizal cultivado con robles maduros con una edad mínima de 90-100 años ampliamente espaciados (1,2 árboles ha-1). Cada tres años se cultiva una mezcla de guisantes y avena para el heno. La parcela se labra para la preparación del terreno para siembra excepto el suelo en las inmediaciones (alrededor de 0,3-0,4 m) del tronco del árbol. La primera dehesa con mayor densidad de árboles formaba parte de esta segunda dehesa, por lo que ambas tuvieron las mismas características hasta el año 1995. Ambas dehesas fueron muestreadas simultáneamente en 2017. Los puntos de muestreo se tomaron bajo y fuera del dosel vegetal hasta una profundidad máxima de 100 cm divididos en 8 secciones (0-2 cm, 2-5 cm, 5-10 cm, 10-20 cm, 20-40 cm, 40-60 cm, 60-80 cm y 80-100 cm). Los resultados mostraron que un cambio en el tipo de dehesa de una antigua dehesa de baja densidad que combinaba el pastoreo con la siembra cada 3 años a una dehesa única con un mayor crecimiento de los árboles (70 árboles ha), no resultó en diferencias significativas en la concentración de carbono después de 22 años. Se observó una clara estratificación del carbono en el perfil del suelo, en particular en los 10 cm superiores del suelo, así como un efecto del árbol adulto que dio lugar a una mayor concentración de carbono bajo el dosel de los árboles en la profundidad intermedia (20-40 cm) en la dehesa madura. Sólo se observó una diferencia significativa en la reserva de carbono en los 0-2 cm superiores (5,86±0,56 t ha-1 vs 3,24±0,37 t ha-1, siendo mayor en la dehesa recién plantada. Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que ha evaluado en dehesa la distribución del carbono orgánico del suelo estas cuatro fracciones (desprotegida, física, química y bioquímicamente protegidas). Nuestros resultados mostraron cómo la mayor parte del carbono en las dos dehesas se almacenaba en la fracción no protegida, siendo su relevancia relativa particularmente alta en la profundidad superior de 0-2 cm de la dehesa sólo pastoreada y en la zona de la copa de los árboles maduros en la dehesa cultivada. Esto indica que gran parte de la fracción contenida en estos suelos es particularmente vulnerable a hipotéticos futuros cambios en los manejos menos sostenibles.
El segundo estudio en dehesa (Capítulo 5) se efectuó en el municipio de Pozoblanco, al norte de la provincia de Córdoba. En esta zona se identificó una dehesa que de manera continuada se ha pastoreada desde hace más de 50 años de manera extensiva extensivo con ganado vacuno, ovino y porcino. En la misma se delimitaron tres zonas con diferente densidad de pastoreo. Estas zonas fueron: I) Manejo de pastos intensivos. II) Manejo moderado del pastoreo y III) no pastoreo (área excluida durante más de 20 años). Se tomaron puntos de muestreo en cada zona hasta una profundidad máxima de 30 cm divididos en 5 secciones (0-2 cm, 2-5 cm, 5-10 cm, 10-20 cm y 20-30 cm). Los resultados mostraron, como era de esperar, mayores concentraciones de carbono en la superficie (0-2 cm) 1,59±0,44% disminuyendo a 0,48±0,15% en la última sección del perfil del suelo a 20-30 cm. Contra nuestra hipótesis de partida no se detectaron diferencias en concentración de carbono en el suelo entre las tres zonas. Se analizó la cantidad total de carbono en todo el perfil del suelo (0-30 cm), indicando diferencias no significativas entre las dos áreas de pastoreo, valor promedio de 27 t ha-1, o el área sin pastoreo 26 t ha. Al igual que en la dehesa estudiada en el Capítulo 4, la fracción dominante fue el carbono no protegido. Sin embargo, en este caso las diferencias relativas en la concentración de carbono orgánico del suelo entre la fracción no protegida y las fracciones física y químicamente protegidas fué mayor que en la primera dehesa, particularmente debido a que las fracciones protegidas tendían a mostrar una mayor concentración de carbono orgánico que en la dehesa estudiada anteriormente en el Capítulo 4.
Utilizando los resultados experimentales de este último estudio„ desarrollamos una biblioteca espectral y para desarrollar ecuaciones predictivas de concentración de carbono orgánico utilizando Vis-NIR (Capítulo 6) para este set de datos. La precisión de los modelos SOC fue muy buena, con R2 mayor de 0.95 y la desviación predictiva residual (RPD) superior a 4,54. El perfeccionamiento de las técnicas Vis-NIR, como la que se analiza en el Capítulo 6, podría aumentar nuestra capacidad de proporcionar tecnologías más asequibles y robustas para medir un gran número de muestras con la precisión necesaria, aunque no resulta claro cómo abordar otras fuentes importantes de variabilidad, como son la profundidad del perfil y el tipo de suelo, la densidad aparente y el contenido de material grueso superior a 2mm. Para reducir esta incertidumbre será de gran relevancia continuar realizando experimentos bien diseñados para cuantificar mejor el efecto del uso de la tierra y los sistemas de cultivo en el contenido de carbono orgánico del suelo, como los descritos en los capítulos 3, 4 y 5. Estos experimentos son irreemplazables para validar hipótesis relevantes a nivel local (como el momento de aumentar las reservas de carbono orgánico del suelo después de la plantación a una mayor densidad, Capítulo 4), pero también para crear un corpus de información disponible que podría mejorar, o conducir a nuevos, modelos de simulación conceptual o numérica que pueden sistematizar nuestra comprensión del ciclo del carbono orgánico del suelo y eventualmente reducir la necesidad de muestreo a gran escala para verificar la evolución del carbono orgánico del suelo en los sistemas agrícolas.
