Transcript respuesta ante el cambio climático

MASTER EN CAMBIO GLOBAL
• EFECTOS DEL CAMBIO GLOBAL EN
EL C ORGÁNICO DEL SUELO
Impacto de los cambios de uso
• Hay muchos factores y procesos que determinan la
dirección y velocidad de cambio en el contenido en C
orgánico del suelo cuando se produce un cambio en la
cobertura vegetal o en las prácticas de manejo del
suelo. Entre los más importantes están:
• (i) la cantidad de aportes de materia orgánica al suelo
• (ii) la proporción de compuestos recalcitrantes en los
restos vegetales,
• (III) la profundidad en la que se produce o almacena el C
orgánico estabilizado, y
• (iv) el grado de protección física del C orgánico en el
interior de los agregados o formando parte de complejos
organo-minerales.
• Las condiciones más favorables de estos
factores y los procesos que conducen al mayor
almacenamiento de C en el suelo, aparecen
generalmente cuando los suelos tienen una
vegetación permanente y no son antrópicamente
disturbados y tienden a hacerse más
desfavorables cuando los suelos pasan a uso
agrícola.
• Las pérdidas de C orgánico en el suelo, tras la
conversión de ecosistemas naturales en tierras
de cultivo, es un hecho ampliamente constatado.
• La mayor proporción de las pérdidas de C, tras
estos cambios, puede ser atribuida a diversos
cambios que se producen con la eliminación de
la vegetación permanente y la introducción de
prácticas agrícolas:
– reducción de los aportes vegetales,
– mayor labilidad y más rápida descomposición de los
restos procedentes de los cultivos,
– destrucción de la estructura del suelo ( reducción de
la protección física) y mejores condiciones para la
oxidación de la materia orgánica con el laboreo,
– aumento de la temperatura del suelo favoreciendo los
procesos de mineralización y
– aumento de la erosión por desprotección del suelo.
• Las cifras que se manejan señalan una reducción, por
término medio, del 42 % de C en los 5 cm superficiales
del suelo y del 30 % en los 100 cm, tras la eliminación de
una vegetación permanente, seguida por una conversión
a uso agrícola.
• En las conversiones de uso forestal a pastos, no se
puede hablar de una tónica general de pérdidas o
ganancias de C en el suelo, ya que se han aportado
datos en ambas direcciones, no apreciándose, en la
mayor parte de las veces, cambios significativos.
• Contrariamente, la conversión de tierras agrícolas en
ecosistemas con una vegetación permanente, de bosque
o pastizal, así como la revegetación o reforestación de
tierras marginales, conduce a un aumento en la
acumulación de C orgánico en el suelo.
• Otro aspecto a considerar, que parece estar en
detrimento de los pools de C orgánico en el suelo, es la
asimetría temporal que existe entre el periodo de tiempo
en el que se produce la disminución de C, con un cambio
desfavorable y el tiempo necesitado para recuperar los
pools de C en el suelo, tras un cambio favorable.
• Mientras las pérdidas se producen muy rápidamente,
pocos años, la recuperación de los diferentes pools es
mucho más lenta, décadas o siglos.
• A su vez, la velocidad de recuperación varía entre los
diferentes pools, siendo bastante más rápida en los pools
activos (C orgánico no protegido) que en los pools más
recalcitrantes (C orgánico físicamente protegido o
químicamente estabilizado)
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (I)
Devegetated
plot
Natural plot with
vegetation
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (II)
Variation in soil organic carbon (g kg-1)
Figure 1
46
44
y= 41.62 - 0.02 x
R2= 0.22 p>0.05
42
40
38
Plot nD
Plot D
36
34
32
y= 27.36+ 92.55/x
R2=0.84 p<0.01
30
28
26
12
24
36
48
60
72
84
96
108
Months after devegetation of plot D
Figure 1. Variations in soil organic carbon in devegetated soil (Plot D)
and in non-disturbed soil (Plot nD).
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (III)
90
80
75
70
65
60
55
a
90
50
85
Dec-88Jun-89Jan-90Jun-90Jan-91Jun-91Jan-92Jun-92Jan-93Jun-93
Figure 2. Changes in agrégate
stability in a devegetaed soil .
Bars represent standard
deviation (n=3). The solid line is
the regresión equation that best
fits the experimental data
(y=84.36-0.51x), x= time after
vegetation removal in months.
Stable aggregates (%)
Stable aggregates (%)
85
80
75
70
65
60
b
55
50
0
10
20
30
Months after clipping
40
50
60
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (IV)
Dinámica de la erosión con el cambio de uso
12
2
10
R = 0.977
Y = 10.57/(1+EXP(-(X-92.24)/1.273)
CATE
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tiempo
CATE (Coeficiente de Aumento Tasa de Erosión) = suelo perdido en la
parcela sin vegetación dividido por el suelo perdido en la parcela natural.
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (V)
7
6
5
4
3
2
7
1
27
28
29
30
31
32
Y= 16,062-0,175*X
R2= 0,86
33 6
Carbono orgánico (g/K)
5
CATE
CATE
Relación entre el contenido en
carbono orgánico y el Coeficiente de
Aumento de la Tasa de Erosión
(CATE).
Y= 32,87 – 9,646*X
R2= 0,84
Relación entre el porcentaje de
agregados estables y el Coeficiente de
Aumento de la Tasa de Erosión (CATE)
4
3
2
1
50
60
70
Agregados estables (%)
80
Cambios de Uso (V)
Carbono orgánico y usos del suelo en la Región de Murcia
Uso del suelo
Nº de
muestras
C orgánico %
C orgánico
Kg.m-2
Leñosas de secano
297
0.7
2.0
Cítricos
39
0.8
2.5
Frutales de hueso
51
1.3
3.5
Cultivos hortícolas
25
1.1
3.0
Cereales en secano
137
0.9
2.6
Pinos
160
1.8
4.7
Matorral
237
1.6
4.1
• Con las tendencias actuales del cambio
global, los cambios esperados apuntan en
la dirección de un descenso en los
contenidos de materia orgánica en el suelo.
• Los contenidos de C en el suelo son
menores ahora que antes de iniciarse la
intervención humana en el ecosistema.
• Históricamente, los suelos han perdido
entre 40 y 90 Pg C, a nivel de todo el
Planeta, debido a la puesta en cultivo y
otras perturbaciones.
• En las próximas décadas se prevé un aumento de la
conversión de ecosistemas naturales en sistemas
agrícolas y la intensificación de la producción en los
agrosistemas actuales, especialmente en los países
menos desarrollados, que serán los que experimenten el
mayor aumento de población.
• Todos estos cambios conducen a la degradación y
eliminación de la cubierta vegetal del suelo con un
descenso considerable de los aportes orgánicos al suelo
y el aumento del consumo de nutrientes por el
crecimiento de las plantas en cultivos intensivos.
RESPUESTA ANTE EL AUMENTO DE LA
TEMPERATURA GLOBAL
Hay diferentes hipótesis:
•
El calentamiento global
producirá una pérdida
de C orgánico del suelo,
con un aumento de
emisiones de CO2 a la
atmósfera, como
consecuencia del
aumento de la velocidad
de descomposición de la
materia orgánica por los
microorganismos
RESPUESTA ANTE EL AUMENTO DE LA
TEMPERATURA
Hipótesis (continuación):
•
El aumento de concentración atmosférica de CO2 y de la temperatura
conducirá a un incremento en el crecimiento vegetal y aumento de
NPP que incrementa los inputs vegetales y el secuestro de C en el
suelo
•
A corto plazo, las fracciones ligeras se mineralizan rápidamente, pero
esta pérdida puede ser compensada por la fertilización atmosférica
del CO2 (hasta mitad del siglo XXI). A largo plazo, cuando disminuya el
efecto del aumento del CO2, la aceleración de la descomposición de la
materia orgánica por el aumento de la temperatura será dominante y
habrá una pérdida neta de C orgánico del suelo
Hipótesis (continuación):
•
El aumento de la temperatura tiene un efecto mayor sobre la velocidad
de los procesos físico-químicos que sobre los biológicos, lo que
implica un aumento de los “pools” de C orgánico más estabilizados,
con mayor tiempo de persistencia en el suelo. A corto plazo hay una
pérdida de SOC pero, a largo plazo, se produce mayor secuestro de C
debido al aumento en NPP y a la estabilización bioquímica
•
La respuesta depende de las condiciones ambientales: En bajas
altitudes de áreas muy productivas hay una pérdida de SOC con el
aumento de la temperatura. A mayores altitudes, donde el aumento en
NPP con el aumento de la temperatura es mayor, habrá un aumento en
el C orgánico del suelo
RESPUESTA ANTE EL CAMBIO
CLIMÁTICO
•
100
El análisis de los
datos de los
contenidos en SOC en
la Región de Murcia,
en relación con los
cambios en altitud
(temperatura y
humedad) y textura del
suelo muestra:
80
60
< 700m
40
> 700m
20
0
matorral
forestal
80
60
< 30% arcilla
40
> 30% arcilla
20
0
matorral
forestal
• La respuesta y aclimatación de los ecosistemas
terrestres, al cambio climático, es muy compleja y,
además de los dos componentes señalados
anteriormente, aceleración de la mineralización y
aumento de la productividad, se producen otros cambios
muy importantes, que todos afectan al C orgánico del
suelo. Estos cambios incluyen:
• cambios en las especies de las plantas o tipo de
vegetación,
• adaptación de la comunidad microbiana del suelo y
• cambios en las propiedades y procesos del suelo.
• En conclusión, hay una gran incertidumbre científica en
cuanto a las predicciones, de los cambios en el contenido
en C orgánico del suelo, con el cambio climático.
• Experiencias de campo y laboratorio, así como algunos
estudios de modelización, sugieren que es probable que
el cambio climático induzca pérdidas de C del suelo, en
los ecosistemas del norte del Planeta, pero no hay
evidencias de observaciones a gran escala.
• En las zonas áridas o semiáridas es posible que el
impacto del aumento de la temperatura no sea evidente,
ya que las predicciones apuntan a que el aumento será
mayor en las latitudes altas.
• En relación con la vegetación, algunas de las plantas
mejor adaptadas a las regiones secas son del tipo C4,
que presentan un mecanismo de concentración de CO2
previo a la fotosíntesis, por lo que muestran poco o
ningún aumento en productividad de biomasa con el
aumento de la concentración del CO2 atmosférico.
RESPUESTA ANTE EL CAMBIO
CLIMÁTICO
• Para cuantificar los cambios previsibles se utilizan los modelos.
Estos modelos son de tipo físico, es decir, están basados en los
procesos que se producen en el suelo que afectan a su contenido
en C orgánico
• La mayoría de los modelos describen el tiempo de retorno del SOC
como una suma de múltiples compartimentos (pools) donde cada
uno de ellos tiene su propio periodo de retorno. Los modelos más
utilizados son: CENTURY Model y Rothamsted SOC
RESPUESTA ANTE EL CAMBIO
CLIMÁTICO
CENTURY Model
• Simulaciones del modelo (outputs):
– Dinámica del C, N, P y S en el suelo
– Productividad, rendimiento del cultivo
– Balance de agua
• Estructura (5 compartimentos):
– 2 de restos vegetales sin descomponer: estructural y metabólico
– 3 fracciones de materia orgánica: biomasa microbiana, lenta y pasiva
• Parámetros que utiliza:
– Clima: precipitación, temperatura, evapotranspiración
– Suelo: retención de agua, textura, M.O., pH, C.O.
– Usos del suelo: rotación de cultivos, arado, fertilización, riego
RESPUESTA ANTE EL CAMBIO
CLIMÁTICO
Predicciones de los modelos:
• Parton et al., usando el Century Model, predicen una pérdida muy
importante de 3-4 PgC en 50 años como respuesta a un aumento
de la temperatura de 2-5ºC. La pérdida se debe a un incremento del
25% en la velocidad de mineralización
• Schimel et al., indican que el aumento de 1ºC produce una pérdida
neta entre 11.1 – 33.8 PgC hasta que se alcance una nueva
estabilización
• Grace et al., con el modelo SOCRATES, predicen para el año 2100,
un aumento del 0.6% en SOC para los suelos de Australia en
escenarios de baja emisión. En escenarios de alta emisión habrá
una reducción del 6.4%
Impacto de la degradación del suelo y la
desertificación
• Los procesos de degradación del suelo y
desertificación, producen los siguientes efectos
en las propiedades y características del suelo:
– Disminución del porcentaje de agregados estables
del suelo
– Reducción de la capacidad de infiltración
– Pérdida de capacidad de almacenamiento de agua
– Aumento de la erosionabilidad del suelo
– Disrupción de los ciclos biogeoquímicos (C, N, P, S)
– Alteraciones en los balances de agua y energía
– Disminución de la resiliencia del suelo
• Todos estos efectos conducen a la pérdida de C orgánico
del suelo y acentúan las emisiones de CO2 a la
atmósfera.
• Sin embargo, el impacto de la desertificación sobre el
ciclo global del C y, el impacto del control de la
desertificación sobre el potencial de secuestro de C en
ecosistemas con estrés hídrico, no ha sido todavía
ampliamente investigado.
• Sólo se cuenta con algunas estimaciones iniciales, que
sitúan la pérdida total de C perdido, a consecuencia de la
desertificación, entre 18-28 Pg C.
• Asumiendo que dos terceras partes del C perdido, se
podría volver a secuestrar mediante la restauración del
suelo y la vegetación, el potencial de secuestro de C,
mediante el control de la desertificación, podría ser del
orden de 12-18 Pg de C.
• Entre todos los procesos de degradación del suelo, la
erosión acelerada es la que tiene un mayor impacto “in
situ” sobre el C almacenado en el suelo.
• Esta pérdida de C “in situ”, no necesariamente implica
emisiones de CO2 a la atmósfera. Una gran parte del C
erosionado es superficialmente redistribuido y puede ser
transportado a ecosistemas acuáticos o sedimentado y
enterrado en zonas topográficamente deprimidas,
pasando a tener una mayor menor accesibilidad para los
microorganismos que lo descomponen y mineralizan y,
por tanto, mayor tiempo de residencia en el suelo.
• En consecuencia, otro de los aspectos que tiene,
actualmente una gran controversia, es si la erosión del
suelo actúa, en cuanto a los flujos de C entre suelo y
atmósfera, como una fuente o un sumidero de C.