master en cambio global efectos del cambio global en el c orgÁnico del suelo
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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)
15 m15 m5 m5 m
Devegetated Devegetated plotplot
Devegetated Devegetated plotplot
Natural plot with Natural plot with vegetationvegetation
Natural plot with Natural plot with vegetationvegetation
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (I)
Months after devegetation of plot D
12 24 36 48 60 72 84 96 108
Var
iati
on
in
so
il o
rgan
ic c
arb
on
(g
kg
-1)
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
Figure 1
y= 41.62 - 0.02 xR2= 0.22 p>0.05
y= 27.36+ 92.55/xR2=0.84 p<0.01
Plot D
Plot nD
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 (II)
Dec-88Jun-89Jan-90Jun-90Jan-91Jun-91Jan-92Jun-92Jan-93Jun-93
Sta
ble
agg
regate
s (%
)
50
55
60
65
70
75
80
85
90
a
Months after clipping
0 10 20 30 40 50 60
Sta
ble
agg
reg
ate
s (%
)
50
55
60
65
70
75
80
85
90
b
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.
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (III)
Dinámica de la erosión con el cambio de usoDinámica de la erosión con el cambio de usoDinámica de la erosión con el cambio de usoDinámica de la erosión con el cambio de uso
Tiempo
1 2 3 4 5 6 7 8
CA
TE
0
2
4
6
8
10
12
R2 = 0.977Y = 10.57/(1+EXP(-(X-92.24)/1.273)
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 (IV)
27 28 29 30 31 32 331
2
3
4
5
6
7
Y= 32,87 – 9,646*XR2= 0,84
Carbono orgánico (g/K)
CA
TE
Y= 16,062-0,175*XR2= 0,86
807060501
2
3
4
5
6
7
Agregados estables (%)
CA
TE
Relación entre el contenido en carbono orgánico y el Coeficiente de
Aumento de la Tasa de Erosión (CATE).
Relación entre el porcentaje de agregados estables y el Coeficiente de Aumento de la Tasa de Erosión (CATE)
Eliminación o degradación de la cubierta vegetal (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
Cambios de Uso (V)
• 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 RESPUESTA ANTE EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA GLOBALTEMPERATURA 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
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
RESPUESTA ANTE EL AUMENTO DE LA RESPUESTA ANTE EL AUMENTO DE LA TEMPERATURATEMPERATURA
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 RESPUESTA ANTE EL CAMBIO CLIMÁTICO CLIMÁTICO
• 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:
0
20
40
60
80
100
matorral forestal
< 700m
> 700m
0
20
40
60
80
matorral forestal
< 30% arcilla
> 30% arcilla
• 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 RESPUESTA ANTE EL CAMBIO CLIMÁTICO 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 RESPUESTA ANTE EL CAMBIO CLIMÁTICO 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 RESPUESTA ANTE EL CAMBIO CLIMÁTICO 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.