Mosoex. Estudio de modelización del secuestro de carbono y la emisión de gases de efecto invernadero del suelo


Dentro de las actividades del proyecto MOSOEX se ha estudiado el impacto de diferentes estrategias de manejo agrícola en la capacidad de mitigación del cambio climático en los secanos extensivos de nuestro país. Esta evaluación se ha llevado a cabo mediante el uso de modelos de simulación que permiten predecir, entre otras variables del suelo y del cultivo, los cambios de la materia orgánica, la emisión de gases de efecto invernadero del suelo y el rendimiento de cosecha. En este trabajo se ha demostrado que los suelos pueden ser un buen aliado para reducir el impacto de la agricultura en el cambio climático.

Introducción

La agricultura y, en concreto, las prácticas de manejo agrícola tienen un impacto significativo en la calidad ambiental de nuestro entorno. En la actualidad, uno de los principales problemas ambientales a los que se enfrenta la sociedad actual es el cambio climático. Los suelos tienen un papel fundamental en la regulación de los gases de efecto invernadero ya que juegan un doble papel en relación al cambio climático. Por un lado, los suelos agrícolas son el principal emisor global del tercer gas de efecto invernadero en importancia, el óxido nitroso (N2O) y, por otro, también pueden almacenar importantes cantidades de dióxido de carbono (CO2) atmosférico, principal gas de efecto invernadero.

Los modelos de simulación son herramientas interesantes ya que permiten reproducir el comportamiento de un sistema mediante el uso de algoritmos matemáticos y hacer predicciones tanto en escenarios actuales como futuros. Existen varios modelos que permiten simular los agroecosistemas y, en concreto, los procesos e intercambios de nutrientes que se dan entre el suelo, la planta, el agua y la atmósfera. Alguno de estos modelos se ha especializado en la simulación y predicción de los cambios en los contenidos del carbono orgánico del suelo y en la producción y emisión de gases de efecto invernadero del suelo a la atmósfera. Un ejemplo de este tipo de modelos es Daycent que se creó hace ya unos veinte años en la Universidad Estatal de Colorado en Estados Unidos (Parton et al. 1998).

Un caso en el que el uso de estos modelos resulta útil es el de la comparación de prácticas de manejo o sistemas de cultivo. Así, por ejemplo, estos modelos pueden ser muy útiles cuando el objetivo es estudiar el papel de dos o más prácticas de manejo en la emisión de N2O del suelo y en la capacidad de almacenar carbono orgánico en los suelos. Esta última aplicación de estos modelos es la que se ha llevado a cabo en el marco de las actividades del proyecto MOSOEX, cuyo objetivo es impulsar un modelo de gestión sostenible del suelo en secanos extensivos de zonas de clima mediterráneo en nuestro país.

Materiales y Métodos

Se han simulado dos zonas de estudio, una situada en la provincia de Huesca y la otra en la provincia de Soria. En la zona de Huesca se ha comparado el efecto del laboreo (siembra directa vs. mínimo laboreo) mientras que en la zona de Soria se ha evaluado el efecto de las rotaciones de cultivo. En ambas zonas de estudio se disponía de parcelas en las que, en el marco del proyecto MOSOEX, se ha evaluado analíticamente el impacto de estas combinaciones de manejo en diferentes propiedades físico-químicas del suelo (Erice et al. 2021). En las parcelas de Huesca se ha simulado un sistema en siembra directa, durante 11 años, con otro bajo laboreo con chísel y cultivador a 15 cm, durante 20 años. En el caso de Soria, se ha simulado un sistema de rotación de cultivos sin leguminosas con otro sistema en el que se incluyen leguminosas en la rotación. Las condiciones climáticas de ambas zonas son algo diferentes con una precipitación media anual de 424 y 397 mm y una temperatura media anual de 13,6 y 10,4 ºC en Huesca y Soria, respectivamente. Los suelos también muestran ligeras diferencias con un pH de 8,3-8,5 y 8,1-8,3 y una textura franca y franca-arcillosa en Huesca y Soria, respectivamente.

Para este trabajo se ha utilizado una versión ya parametrizada y validada anteriormente para zonas de secano extensivo de España (Álvaro-Fuentes et al. 2017). El poder utilizar esta versión optimizada para las condiciones objeto de estudio permite una mayor fiabilidad de las estimaciones. El modelo Daycent requiere un importante número de parámetros de entrada que se pueden dividir en los siguientes tres bloques: climáticos, edáficos y de manejo. En una primera fase se recopiló la información necesaria de cada uno de estos tres bloques y a continuación se procedió a utilizar el modelo con el fin de simular las emisiones anuales de N2O del suelo y la tasa de cambio anual de carbono orgánico del suelo en cada una de las zonas de estudio y de sistema de manejo. Con ambos parámetros estimados se procedió a calcular el potencial de calentamiento global (GWP, en inglés), que permite relacionar la emisión de los diferentes gases de efecto invernadero y los cambios de carbono orgánico con el fin de obtener un valor único que pueda ser fácilmente comparable entre escenarios de manejo. Este índice se basa en que el N2O tiene un efecto de calentamiento 265 veces superior al del CO2 (Myhre et al. 2013). Esto nos permite convertir fácilmente la emisión de N2O a emisión de CO2. Además, el carbono almacenado en el suelo se puede convertir fácilmente a CO2 ya que el carbono forma parte de este gas. Por tanto, al referenciar tanto la emisión de N2O como la variación de carbono del suelo a CO2 nos permite calcular rápidamente este índice mediante un balance. Un GWP positivo significará que el suelo es un emisor neto de gases de efecto invernadero mientras que un valor negativo significa que el suelo, en esas condiciones particulares, es un sumidero de gases de efecto invernadero.

Resultado y Discusión

En este tipo de estudios con modelos de simulación en sistemas agrícolas, el rendimiento de cosecha es un buen parámetro para evaluar el funcionamiento del modelo en las zonas particulares de estudio ya que se trata de una variable fácilmente disponible. En nuestro caso, el modelo fue capaz de simular correctamente el rendimiento de cosecha en las zonas de estudio. Así, por ejemplo, en la Figura 1 se muestra la relación lineal significativa obtenida entre los datos de rendimiento de cosecha obtenidos en campo y los datos simulados por el modelo en la zona de Huesca.

Los valores simulados de emisión anual de N2O y de cambio de carbono orgánico del suelo en ambas zonas de estudio se presentan en la Tabla 1. Tal y como se puede observar, en Huesca, el modelo predice un aumento de los contenidos de carbono orgánico del suelo en ambos sistemas de manejo (mínimo laboreo y siembra directa). Cabe destacar que este aumento de carbono es ligeramente superior en el sistema de mínimo laboreo respecto al sistema de siembra directa. Sin embargo, las emisiones de N2O fueron un 26% superiores en el sistema de mínimo laboreo respecto al sistema de siembra directa (Tabla 1). A partir de los valores de cambio de los contenidos de carbono orgánico del suelo y de las emisiones de N2O se obtuvo un GWP negativo en ambos casos de estudio, indicando que ambos sistemas actúan como sumideros de gases de efecto invernadero (Tabla 1).

En cuanto al caso de estudio ubicado en Soria, ambos sistemas simulados (rotación con y sin leguminosas) acumularon carbono orgánico a la misma velocidad. Este aumento de carbono del suelo fue muy bajo y no pudo compensar las alta tasas de emisión de N2O que se obtuvieron en ambos sistemas pero, muy especialmente, en el sistema de rotación sin leguminosa en el que se obtuvo el doble de emisión de N2O que en la rotación con leguminosa (Tabla 1). El cálculo del GWP indicó que aunque ambos sistemas actúan como emisores netos de gases de efecto invernadero, la rotación con leguminosa fue capaz de reducir la emisión de estos gases en casi dos tercios respecto el valor de la rotación sin leguminosas (Tabla 1).

Conclusiones

El estudio de simulación realizado en el marco del proyecto MOSOEX permitió comparar la capacidad de mitigación del cambio climático en dos escenarios de manejo contrastados en sistemas de producción de cultivos extensivos de secano. A pesar de que el modelo estimó aumentos en los contenidos de carbono orgánico del suelo en los sistemas estudiados (reducción de la intensidad de laboreo y rotaciones de cultivo sin y con leguminosas), el modelo también predijo importantes tasas de emisiones de óxido nitroso especialmente en el caso de estudio de Soria en el que se evaluó la inclusión de leguminosas en rotaciones. El cálculo del potencial de calentamiento global (GWP) fue útil para comparar el efecto de los sistemas de manejo en la capacidad de mitigación en su conjunto. Así, los resultados de este índice demostraron que los suelos de los sistemas de laboreo evaluados en Huesca actuaron como sumideros de gases de efecto invernadero mientras que los suelos de los sistemas de rotación de cultivos en Soria actuaron como emisores netos de estos gases. Además, la adopción de siembra directa (en Huesca) y el uso de rotaciones con leguminosas (en Soria) son estrategias válidas para minimizar el impacto ambiental del manejo agrícola en términos de cambio climático en las respectivas zonas de estudio. Los resultados de este estudio ponen de manifiesto la importancia de los suelos y su manejo para reducir el impacto de la agricultura en el cambio climático.



El proyecto MOSOEX es un grupo operativo financiado en el marco del Programa Nacional de Desarrollo Rural 2014-2020 por el Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural-FEADER y el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación; al 80% por el Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural - FEADER y al 20% por fondos de la Administración General del Estado, con un presupuesto total de 471.296,09 euros. El organismo responsable del contenido es el grupo operativo MOSOEX, y la autoridad de gestión es la Dirección General de Desarrollo Rural, Innovación y Formación Agroalimentaria (D.G.D. RIFA)

Imagen: Financiación

Financiáción del proyecto

El 12 de marzo de 2019 se publicó en el «Boletín Oficial del Estado» el extracto de la Resolución de 26 de febrero de 2019, del Fondo Español de Garantía Agraria, O. A. (FEGA) por la que se convocan ayudas para la concesión de subvenciones a la ejecución de proyectos de innovación de interés general por grupos operativos de la Asociación Europea para la Innovación en materia de productividad y sostenibilidad agrícolas (AEI-Agri), en el marco del Programa Nacional de Desarrollo Rural 2014-2020, para el año 2019. En base a dicha convocatoria el grupo operativo «MOSOEX» recibe una subvención de 471.296,09 € cofinanciada al 80% por el Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural (FEADER) y al 20% por fondos de la Administración General del Estado.


Autoría:

  • Jorge Álvaro-Fuentes (CSIC)

Referencias

  • Álvaro-Fuentes, J., Arrúe, J.L., Bielsa, A., Cantero-Martínez, C., Plaza-Bonilla, D., Paustian, K. (2017). Simulating climate change and land use effects on soil nitrous oxide emissions in Mediterranean conditions using the Daycent model. Agriculture, Ecosystems & Environment, 238, 78–88.
  • Erice, D., Vallejo, A., Hontoria, C. 2021. Sistemas agrarios extensivos: Técnicas de manejo de los agricultores para aumentar la materia orgánica y la salud del suelo. Tierras Agricultura, 297, 78-83.
  • Myhre, G., Shindell, D., Breéon, F.-M., Collins, W., Fuglestvedt, J., Huang, J., Koch, D., Lamarque, J.-F.,,Lee, D., Mendoza, B., et al. (2013). Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, Supplementary Material. En: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate, Change. Cambridge University Press: Cambridge, UK, New York, NY, USA.
  • Parton, W.J., Hartman, M., Ojima, D., Schimel, D. (1998). DAYCENT and its land surface submodel: description and testing. Global Planetary Change, 19, 35–48.

Fecha de publicación:

16 de junio de 2021