Carbon sequestration in soils
En este documento se comenta el informe Captura de carbono en los suelos para un mejor manejo de la tierra[1] , en el que se analiza el potencial de los suelos agrícolas, forestales y de pastoreo para actuar como sumideros de carbono. Primero se revisa la dinámica actual de este elemento en los suelos y los factores que la regulan; posteriormente se proponen medidas de manejo para cada uso de suelo y finalmente se hace un análisis de las alternativas propuestas.
Palabras clave: Sumideros de carbono, dinámica de carbono, labranza de conservación.
In this paper, the report Captura de carbono en los suelos para un mejor manejo de la tierra[1] is commented, which analyzes the potential of agricultural, forest and pasture soils for acting as carbon sinks. First, the current carbon dynamics and the factors that regulate it are reviewed; then, management measures are proposed for each use of soil and finally, the chosen alternatives are analyzed.
Keywords: Carbon sinks, carbon dynamics, conservation tillage.
En este documento, se presenta la captura de carbono en los suelos como una alternativa para disminuir la emisión de gases con efecto invernadero y mejorar la calidad de los suelos.
En el Protocolo de Kyoto la captura de carbono en los suelos está considerada en los artículos 1.3 (Uso de la tierra) y 1.4 (Cambio en el uso de la tierra y forestación). Además del impacto ambiental, la captura de carbono en los suelos puede tener efectos económicos y sociales; gracias al incremento en la productividad de los suelos, que impacta en la seguridad alimentaria. Ambientalmente, también se espera que esta medida ayude a prevenir o disminuir la degradación del suelo.
Se ha considerado a los suelos como un sumidero de carbono, debido a la capacidad que tienen para almacenar este elemento en forma orgánica (1500 Pg a 1 m de profundidad y 2456 Pg a 2 m de profundidad) e inorgánica (1700 Pg), la cual sobrepasa considerablemente la que presentan la vegetación (650 Pg) y la atmósfera (750 Pg) (International Geosphere Biosphere Program, IGBP, 1998). Sin embargo, para lograr que el carbono se acumule en los suelos, es necesario implementar medidas de manejo adecuadas para ello.
El aumento en actividades como la deforestación, el pastoreo y la agricultura ha incrementado la liberación de carbono hacia la atmósfera, lo cual ha acelerado el calentamiento global. En el pasado, la agricultura era la principal fuente de emisiones de CO2 a la atmósfera. Actualmente, el mayor contribuyente es el uso de combustibles fósiles para la industria y el transporte.
Uno de los retos más importantes del protocolo de Kyoto es lograr que los suelos agrícolas de todo el mundo sean un sumidero de carbono y que esta captura sea cuantificable. La dinámica del carbono en los suelos consta de los aportes de material vegetal muerto, su pérdida por mineralización y su acumulación por humificación. Los principales factores que influyen sobre la evolución de la materia orgánica en los suelos son: la vegetación, el clima y las propiedades del mismo suelo (Lal et al., 1998).
Existen varios métodos que pueden ayudar a conocer las fracciones que componen la materia orgánica; sin embargo, no todos ellos son útiles para conocer la tasa de recambio de esos componentes. Los métodos isotópicos, como el del carbono 14 o la abundancia natural de carbono 13, sirven para calcular el tiempo de permanencia de la materia orgánica en el suelo. El primero de ellos es útil para calcular las tasas de recambio de siglos a milenios y el segundo para tasas con periodos de años a siglos. Con estos métodos se puede seguir la evolución de los diferentes tipos de residuos vegetales en un suelo cuando han existido cambios importantes en la vegetación (como por ejemplo la conversión de bosques en áreas agrícolas o de pastoreo) (Cerri et al., 1985).
La materia orgánica es un indicador clave de la calidad del suelo, ya que en ella ocurren procesos microbiológicos que pueden aportar nutrientes para las plantas. Gracias al contenido de materia orgánica, los suelos presentan estabilidad en su estructura y se incrementa su capacidad de infiltración y la disponibilidad de agua para las plantas.
El contenido de carbono y la capacidad para fijar CO2 en los suelos áridos son muy bajos, pero gracias a las grandes extensiones que ocupan estos suelos, se puede llegar a tener una gran contribución en la captura de carbono y al mismo tiempo evitar la desertificación. Los suelos tropicales también requieren atención y medidas de conservación, ya que por ser abundantes en biomasa suelen deforestarse para explotar sus recursos maderables o emplearse para la agricultura intensiva, lo que ha provocado su infertilidad.
Los bosques cubren una tercera parte del sistema terrestre y, por lo tanto, el carbono que se almacena en los suelos forestales representa una tercera parte del total de carbono del suelo a un metro de profundidad, que aproximadamente es de 1500 Gt (Dixon, 1995). Lo anterior ha llevado a la conclusión de que los ecosistemas forestales contienen más carbono por unidad de superficie que cualquier otro tipo de uso del suelo, por lo que es importante considerar el manejo de los bosques para la fijación del carbono.
El protocolo de Kyoto incluye a los suelos de pastoreo para captura de carbono debido a que ocupan grandes extensiones y almacenan entre 200 y 400 Gt de carbono (FAO, 2000). Los suelos de cultivo también son tomados en cuenta. Aunque la agricultura implica una gran pérdida de materia orgánica del suelo, se pueden llegar a aplicar técnicas conservacionistas para incrementarla y así contribuir a la captura del carbono.
También se revisan medidas muy prometedoras para aplicarse a los distintos ecosistemas y usos de suelo, para lograr una mejor contribución a la captura de carbono y además, para evitar la desertificación de los suelos y mejorar su calidad. Se destaca también la necesidad de contar con una red global de inspección, para documentar las evidencias del funcionamiento de los suelos como sumideros de carbono y de la mejora de sus propiedades. Finalmente, se identifica una serie de problemáticas relacionadas con la puesta en marcha del proyecto para la captura de carbono en los suelos.
La captura de carbono en el suelo comprende la interacción del elemento con aquellos factores que pueden influir en la modificación de las características del suelo a través del tiempo, tales como las condiciones ambientales del lugar y los componentes que conforman su estructura o que están íntimamente ligados a ella. Por lo tanto, la estimación del potencial de captura de carbono en suelos considera dos aspectos primordiales: la existencia original de carbono y los cambios en las existencias del mismo.
El contenido de carbono en el suelo depende de los factores relacionados con su formación, pero puede modificarse por los cambios en su uso y manejo. Los factores climáticos y los factores del suelo permiten explicar el almacenamiento del carbono en largos periodos, mientras que el uso del suelo y los cambios de vegetación son considerados en periodos más cortos. Las grandes diferencias en la existencia de carbono entre diferentes zonas ecológicas se presentan en relación a la temperatura y la lluvia, variando de 4 kg/m2 en las zonas áridas, de 8 a 10 kg/m2 en las zonas tropicales y de 21 a 24 kg/m2 en las regiones polares o boreales (Lal et al., 1998).
Existen diversos estudios agronómicos a largo plazo que documentan el cambio en la existencia del carbono del suelo debido a variaciones en la cobertura y en su uso. Éstos han permitido calcular y desarrollar modelos que evalúan el efecto de diversos tipos de labranza y labranza cero, así como su papel en el almacenamiento de carbono.
La deforestación provoca la pérdida casi total de la biomasa vegetal y entre 40 y 50% del carbono contenido dentro del suelo. La reforestación incrementará lentamente el carbono sobre y debajo de la superficie, dependiendo de la tasa de crecimiento de los árboles.
Los experimentos realizados en zonas templadas muestran que los sistemas orgánicos y sostenibles mejoran los suelos debido a la acumulación de materia orgánica.
Por otra parte, existen diversos modelos matemáticos para estudiar y simular la dinámica de carbono como resultado de los cambios de uso del suelo. Generalmente están ligados a un Sistema de Información Geográfica (SIG) y requieren diversos datos, tanto del clima, como de las características del suelo, información sobre el manejo del suelo y la materia orgánica presente. Dichos modelos se han desarrollado para generar predicciones sobre el potencial de secuestro de carbono en el suelo, el rendimiento de cultivos, las emisiones de diferentes gases y hasta para estimar efectos del cambio climático.
A pesar de que ya se conocen algunas de las variables con mayor relevancia en la captura de carbono en el suelo y de que ya se cuenta con modelos que permiten la predicción de la dinámica del carbono en diferentes escenarios, debe considerarse dar un seguimiento permanente a los cambios en la capacidad de captura de carbono en los suelos. Esto servirá para poder prevenir y evitar repercusiones en las funciones del suelo.
En los bosques, las actividades que alteran la dinámica del carbono en los suelos son: la deforestación, la agricultura de roza, tumba y quema, la agrosilvicultura y la forestación.
Es importante tomar en cuenta, que aun cuando se elimine la biomasa superior de un bosque con la deforestación, la materia orgánica que queda sobre y dentro del suelo (entre 50 y 60%), puede conservarse si adoptan medidas conservacionistas de manejo.
Con la práctica de roza, tumba y quema, el bosque se elimina con la quema y con ello se pierde el carbono contenido en la biomasa aérea, además de una parte del contenido en el suelo. Un efecto benéfico de la quema es la liberación de nutrientes minerales para las plantas. Posteriormente habrá más pérdidas de carbono, cuya magnitud dependerá del uso que se le dé al suelo. Si se aplica labranza convencional podría perderse entre el 40 y 50% del carbono en unas docenas de años. No obstante, como parte de la práctica de roza, tumba y quema, hay un periodo de descanso para el suelo, durante el que puede haber una recuperación de carbono. Para que ésta sea mayor se recomienda que se siembren pastos.
La agrosilvicultura es una medida conservacionista para recuperar el carbono perdido con las prácticas de deforestación y roza, tumba y quema. Esta medida también podría implementarse en suelos agrícolas poco fértiles para mejorar su calidad. En estos últimos casos se recomienda el uso de leguminosas, para que además de incrementar la captura de carbono, y otros nutrientes como el nitrógeno, también mejore la estructura del suelo. Incluso si las ventajas ambientales y económicas de la agrosilvicultura son evidentes, la adopción de este sistema se complica por cuestiones sociales y culturales, y por consiguiente su contribución a la captura de carbono será inferior a la estimada.
Con la forestación, la recuperación de carbono varía en función de las condiciones climáticas de la zona. La tasa anual total de carbono (en la biomasa aérea y dentro del suelo) aumenta en las zonas boreales de 0.4 a 1.2 t/ha/año, en las templadas de 1.5 a 4.5 t/ha/año y en las tropicales, de 4 a 8 t/ha/año (Dixon, 1995).
Los principales factores que afectan negativamente el contenido de carbono en los pastizales son el sobrepastoreo y el fuego. Como consecuencia del sobrepastoreo, el 70% de los suelos de pastoreo están degradados (Pieri, 1989). Por otra parte, el fuego es el responsable de que se emita a la atmósfera hasta el 30% del carbono almacenado en el suelo. Para mitigar los efectos de estas dos prácticas, se debe controlar el pastoreo (intensidad, frecuencia y estacionalidad) y hacer un mejor manejo del fuego. Además, deben adoptarse medidas para enriquecer el suelo y usar pastos de mejor calidad.
En los suelos agrícolas, las pérdidas de carbono se deben a los procesos de erosión y de mineralización de la materia orgánica. Las pérdidas de suelo por erosión van de 1 a 10 t/ha/año, y en casos extremos hasta 50 t/ha/año (Lal et al., 1998), lo que representa a nivel global una pérdida de carbono de 150 a 1 500 t/año (Gregorich et al., 1998). Entre las medidas más comunes para prevenir la erosión del suelo, están: el terraceo, las curvas de nivel, el uso de coberturas vegetales y las barreras arbóreas, entre otras. Todas ellas, además de proteger el suelo, favorecen la acumulación de la materia orgánica. También se ha documentado que los sistemas de labranza de conservación hacen un buen manejo del carbono en los suelos y adicionalmente contribuyen a mejorar su calidad.
La labranza de conservación incluye la protección del suelo con los residuos del cultivo anterior, o con un cultivo de cobertura, para en ambos casos asegurar el ingreso de materia orgánica. Posteriormente se realiza la siembra directa a través de la capa de residuos.
En las zonas áridas y semiáridas, el uso de cultivos de cobertura es importante para suprimir el barbecho desnudo o para mejorarlo, aunque el uso de estiércol o composta también puede ser de importancia fundamental para la retención del agua y la producción de cultivos en estas zonas. El riego agrícola permite un incremento de la biomasa, aunque las condiciones no son necesariamente compatibles con las que se requieren para el almacenamiento de carbono. Cabe mencionar que todas las prácticas dirigidas a la fijación del carbono en suelos cultivados también suelen restaurar los suelos degradados.
En este apartado se presentan los resultados obtenidos por (Lal et al., 1998) en los escenarios en que se aplicaron prácticas para la captura de carbono. Los datos que se reportan corresponden a lugares en los que las prácticas se han aplicado por periodos de 20 a 50 años, que es el límite de capacidad de los suelos para almacenar carbono; este intervalo de tiempo es muy amplio, porque la evolución del carbono depende de las características de los suelos y de los sitios.
En los suelos agrícolas se encontró que la labranza de conservación es la práctica que impactó positivamente y en mayor medida la captura de carbono. También se observó que la cobertura viva proporcionó mejores resultados que la de residuos de cosecha, siempre que la disponibilidad de agua no sea una limitante para mantener el cultivo de cobertura. En cuanto a la adición de residuos orgánicos, como lodos o estiércol, se encontró que son una buena opción y que cuando se aplican composteados se maximiza la captura de carbono. Los resultados también mostraron que las prácticas para la captura de carbono contribuyen a recuperar los suelos degradados o al menos disminuyen la erosión.
Para la recuperación de los bosques, además de la reforestación, la agrosilvicultura fue la que reportó mejores resultados ambientales y también económicos para los productores. Sin embargo, se hace mención de la complejidad que implica este sistema (comprende al menos 18 prácticas y existe un gran número de variaciones), ya que los árboles están asociados con el cultivo, con el ganado o con ambos, por lo que requiere un manejo colectivo del espacio.
Para solucionar estas dificultades, se recomienda proporcionar asesoría e incentivos a los productores.
En las zonas de pastoreo, se identificó como práctica prioritaria el establecimiento de pasturas en zonas áridas para frenar la erosión y la desertificación de los suelos. Asimismo, es necesario mejorar el manejo del pastoreo y del fuego. Estas últimas cuestiones tienen una fuerte limitante social para su aplicación.
De acuerdo con las estimaciones realizadas por el IPCC (2000), con la adopción de mejores prácticas de manejo de los suelos en los países desarrollados, para el año 2040 el 50% de los suelos de cultivo se habrá beneficiado y esto reportará una ganancia media de carbono de 0.32 t/ha/año. En el caso de las zonas de pastoreo, el 20% de los suelos se habrá beneficiado de estas prácticas, con una tasa de captura de carbono de 0.8 t/ha/año. Por último, en la agrosilvicultura, el 30% de la extensión se manejará mejor y con esto se logrará capturar 0.22 t/ha/año de carbono.
En cuanto a cambios de uso del suelo, se recomienda convertir áreas agrícolas en agrosilvicultura o pastizales.
A continuación se presenta una breve descripción de los diferentes aspectos en los que puede repercutir la captura de carbono en suelos, considerando las funciones propias del suelo y el impacto en diferentes esferas, tanto políticas, como sociales y económicas, relativas a la salud y ambientales.
Como se ha mencionado, la calidad y fertilidad del suelo, se verán beneficiadas por la captura de carbono y el aumento de la materia orgánica, lo que se reflejará en el ambiente, la resiliencia y la sostenibilidad de la agricultura.
La captura de carbono en los suelos previene la erosión (hídrica y eólica) e incrementa la preservación del agua, además de que permite fijar contaminantes y por ende disminuir su toxicidad. También reduce la escorrentía de contaminantes, así como la severidad y la frecuencia de inundaciones.
La disminución de la concentración del CO2 atmosférico es otro fenómeno que se presenta al aumentar la materia orgánica en el suelo, pero debe tenerse cuidado con algunos ambientes (suelos con alto contenido de arcilla), ya que pueden generarse otros gases cuyo efecto invernadero es mayor (en particular metano y óxido nitroso).
La diversidad de genes, microorganismos, fauna y biodiversidad sobre la superficie del suelo está en función del abastecimiento de materia orgánica fresca y del uso del suelo.
La presencia de residuos de plantas o plantas de cobertura en la superficie del suelo favorecerá las cadenas asociadas con los detritos. Además, el aumento de materia orgánica incrementará el número de los principales grupos que conforman la macrofauna, responsables de brindar estructura y porosidad al suelo, lo que asegurará la distribución de materia orgánica incluso a más de un metro de profundidad de la superficie.
El aumento de la biodiversidad es un proceso lento, pero que garantiza un mejor funcionamiento de los elementos biológicos del suelo.
Por otra parte, la implementación de la labranza de conservación reduce el tiempo laboral, la energía y costo de los materiales; además generará cultivos más sanos con una mayor capacidad de recuperación y suelos con mayor calidad, que contendrán más nutrientes y permitirán una mayor retención del agua debido a la materia orgánica contenida.
Además de los beneficios inmediatos, existen otros otorgados por intervenciones políticas (Protocolo de Kyoto o un probable tratado Post-Kyoto o el Mecanismo de Desarrollo Limpio), que generan incentivos económicos por la captura de carbono. Hay tres formas de calcular el valor del carbono pero recientemente se han establecido sistemas de intercambio o canje de carbono cuyos valores del crédito son menores que los costos reales externos.
Un verdadero impacto en el cambio climático presenta un desafío importante ya que estas operaciones pueden revertirse con el tiempo, por lo que no existe una reducción permanente de las emisiones. Serán necesarias políticas gubernamentales de desarrollo con un enfoque participativo, así como acciones técnicas de apoyo.
El aumento de CO2 atmosférico incrementa la biomasa o la red primaria de producción por medio de la fertilización con carbono. La biomasa aérea y el suelo tendrán mayor captura de carbono y el aumento de temperatura permitirá una mayor captura mundial de carbono considerando los países cuya temperatura es una limitante. Los efectos del cambio climático en la captura de carbono pueden estimarse mediante modelos.
Existen muchas ventajas producto del cuidado de la calidad del suelo, que van a repercutir en diversas esferas, no solo a nivel ambiental, sino a nivel económico, político, social y a la salud (por mencionar algunas).
Lamentablemente, muchas de las ventajas expuestas en el capítulo resultan desconocidas para gran parte de la población, por lo que aún es una tarea ardua el tratar de difundir esta información. No sólo para concientizar a aquella gente que se dedica al manejo de suelos, sino al público en general, para que puedan dimensionar la importancia que juega el suelo y la captura de carbono en la cotidianeidad.
De la misma forma, es necesario remarcar que, de continuar con el uso desmedido y descuidado de los suelos, las consecuencias podrían llegar a ser irreversibles y conseguirían afectar de forma permanente sus funciones.
Para la captura de carbono, se identificaron como prioritarias la preservación y recuperación de los bosques, mediante campañas de forestación y reforestación. De aplicarse medidas para hacer un mejor uso del suelo y cambios de uso del mismo, los países en desarrollo tienen mayor potencial para secuestrar carbono, excepto en los bosques.
Para recuperar suelos ligera y medianamente degradados, la aplicación de prácticas conservacionistas es suficiente. En cambio, para zonas con degradación fuerte o extrema, deben aplicarse tratamientos específicos y en muchos casos hacer un cambio de uso del suelo. Se propone la conversión a agrosilvicultura en áreas húmedas y a pastizales en zonas áridas o semiáridas. Para suelos contaminados, será necesario aplicar tratamientos específicos y sembrar especies tolerantes a esos contaminantes.
Para la recuperación y conservación de los suelos agrícolas, se propone la adopción de alguna de las variantes de labranza de conservación que se adapte mejor a las condiciones y necesidades de la región en cuestión.
Asimismo, se ha planteado la necesidad de establecer una red de supervisión en todos los países, para evaluar los resultados de la adopción de las medidas propuestas. El periodo mínimo para realizar esta supervisión se estableció entre 5 y 10 años. Las metodologías de evaluación seleccionadas fueron; la medición de isótopos de carbono (para identificar el origen de la materia orgánica y para medir los flujos de carbono) y los sensores remotos para mapear la cubierta vegetal y de uso del suelo.
También se identificaron una serie de problemas que es necesario tener en cuenta; estos incluyen la falta de información del estado actual de los suelos, la necesidad de validar modelos de captura y flujo de carbono, la identificación de los problemas que pueden presentarse a largo plazo en los suelos, la evaluación de la dinámica de gases de efecto invernadero, por mencionar algunos.
Cerri, C., Feller, C., Balesdent, J., & Victoria, R. (1985). Application du traçage isotopique naturel 13C à l’étude de la dynamique de la matière organique dans les sols. Paris: C.R. Acad. Sc.
Dixon, R. (1995). Agroforestry systems: sources or sinks of greenhouse gas? Agroforestry systems, 31:99-116.
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Gregorich, E., Greer, K., Anderson, D., & Liang, B. (1998). Carbon distribution and losses: erosion and deposition effects. Soil & Tillage Research, 47: 291-302.
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Lal, R., Kimble, J., Follet, R., & Cole, C. (1998). The potential of U.S. cropland to sequester carbon and mitigate the greenhouse effect. Chelsea: Ann Arbor Press.
Pieri, C. (1989). Fertilité des terres de savanes. Ministère de la Coopération. Paris: CIRAD.
[1]FAO, ONU. (2002) Captura de carbono en los suelos para un mejor manejo de la tierra. Informes sobre recursos mundiales de suelos. Roma.
[a]Ingeniera en Biotecnología, egresada de la Universidad Politécnica de Pachuca. Estudiante del Doctorado en Ciencias Ambientales de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
[b]Ingeniero Ambiental, egresado del Instituto Tecnológico de Minatitlán. Estudiante del Doctorado en Ciencias Ambientales en la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
[c]Doctora en Ciencias con especialidad en Biotecnología Ambiental, por el CINVESTAV. Profesora Investigadora Titular adscrita al Área Académica de Química. Temas de investigación: Dinámica de nutrientes y contaminantes en suelos, recuperación de suelos y biomonitoreo atmosférico.