1 Potencial de Captura de Carbono en Suelos de Plantaciones de Caña de Azúcar en Costa Rica Alfredo Alvarado Centro Investigaciones Agronómicas. Universidad de Costa Rica. XVII Congreso Nacional Azucarero Colegio Ingenieros Agrónomos, 2009
2 Objetivos Resumir la información disponible sobre MOS en Costa Rica Estimar el potencial de captura de carbono en suelos de plantaciones de caña de Costa Rica
3 Objetivo 1 Resumir la información disponible sobre MOS en Costa Rica
4 Esquema simplificado del reciclaje de residuos orgánicos
5 UNIFORMITARISMO CATASTROFISMO
6 Factores que aumentan o disminuyen el contenido de MOS Forma, calidad y cantidad de residuos (dentro o sobre el suelo) Edáficos (textura, mineralogía, humedad, etc.) Climáticos (temperatura y precipitación) Bióticos (cobertura vegetal)
7 ADICION DE RESIDUOS Sin quema Con quema
8 Adiciones de residuos sobre el suelo DisminuciónAumento Valores máximos de temperatura, aireación y denitrificación del suelo Valores mínimos de temperatura, aireación y denitrificación del suelo Deforestación mecanizada asociada a quemas Limpieza manual de los terrenos y siembra de cultivos de cobertura Arado convencional y monocultivos Labranza mínima y cultivos intercalados Agricultura con bajos insumos Agricultura de presición Erosión acelerada Medidas de control de erosión Salida de nutrimentos y degradación del suelo Restauración y mejoramiento de la fertilidad del suelo
9 Mineralización de residuos sobre el suelo Cuando los residuos se adicionan sobre el suelo, se puede utilizar varias ecuaciones para describir su velocidad de descomposición (Soto et al. 2002). Entre ellas: Y = Θo e-kx + ε (exponencial simple); Y = Θo e-k1x + (Θ1 – Θo) e-k2x + ε (exponencial doble); Y = Θo + (Θ1 – Θo) e-kx + ε (asintótica).
10 Salas y Conejo 2003
11
12 Descomposición de paja de trigo marcada sobre el suelo Sauerbeck y González 1977
13 Quema del cañal
14 Durabilidad de trozos de carbón en el suelo LugarEdad años A.P. North Queensland, Australia27,000-12,000 Borneo17,00-350 Amazon, Rio Negro6,000-250 La Selva, Costa Rica2,430 Chirripó, Costa Rica1,180-1,100
15 Adiciones de MO dentro del suelo DisminuciónAumento Estado nutricional alto pH bajo Residuos de alta calidad Alta saturación de Al o contenido de alofana Buena disponibilidad de oxígeno Saturación con agua Complejos organo-minerales Protección dentro de los agregados por oclusión Residuos de baja calidad
16 Mineralización de la MO dentro del suelo Cantidad: en masa por unidad de superficie (Buurman, Ibrahim y Amézquita 2004): Cantidad = F1 (1 –kf ) / kh en la cual F 1 = Descomposición de residuos ( masa por unidad de superficie por año) por año) kf = fracción de los residuos descompuestos por año kh = fracción de humus que se descompone por año Esta expresión es válida para las fracciones con tiempo de mineralización : TMR = 1 / kh
17 MO dentro del suelo aumenta cuando: Las raíces finas se descomponen de manera natural dentro del suelo (humificación)Las raíces finas se descomponen de manera natural dentro del suelo (humificación) Producción de exudados por organismos del sueloProducción de exudados por organismos del suelo Autopoda de raíces durante la estación seca en especies deciduasAutopoda de raíces durante la estación seca en especies deciduas Poda de raíces como producto de arar el terrrenoPoda de raíces como producto de arar el terrreno Descomposición de raíces por poda del cultivo (caso del café)Descomposición de raíces por poda del cultivo (caso del café) Mineralización de biomasa microbianaMineralización de biomasa microbiana
18 MO del subsuelo: translocaciones Sustancias orgánicas hidrofílicas de bajo peso molecular son móviles (Alvarado 1974). Las fracciones hidrofílicas húmicas de MOD tienden a aumentar en relación a las hidrofílicas no húmicas con el tiempo; estas últimas son las que migran hacia el subsuelo (Cleveland et al. 2004). Las sustancias orgánicas apolares (producto de la quema) aumentan la escorrentía y disminuyen la migración de MO hacia el subsuelo (Costa 1990). La tasa de descomposición de la MOS decrece con la profundidad y el modelo de transporte por difusión no es suficiente para simular el movimiento de la MOD en base a cambios de valores delta (13)C y delta (14)C (van Dam et al. 1997). Ni la absorción de la MOD por microorganismos, ni las diferencias en la composición de los residuos o de las raíces permiten explicar las variaciones del valor delta (13)C con la profundidad (Cleveland et al. 2004; Powers y Schlesinger 2002b).
19 MO del subsuelo: translocación por organismos Hormigas Termitas Cangrejos Roedores Lombrices
20 MOS (0-30 cm) en función del órden de suelo en Costa Rica
21 Suelos distróficos vs eutróficos Zonas Sur y Norte Ultisoles Pedalferes Pedocales Mollisoles Guanacaste
22 Carbón orgánico en suelos de Centro América (0-30 cm) Díaz-Romeu et al. 1970
23 Orden de Suelo MínimoMáximoPromedio Contenido de Materia Orgánica (%) Vertisoles (n= 25)1.65.93.5 Inceptisoles (n= 25)1.09.94.2 Ultisoles (n= 25)1.99.75.7 Andisoles (n= 25)4.824.010.9 MOS por órden de suelo en Costa Rica ( 0-30 cm) Adaptado de Cabalceta 1993
24 MOS por orden de suelo en Costa Rica (0-30 y 0-100 cm) ORDEN SUELO Extensión ha Mg MO a prof. de (m) MO * Tg Muestras No Ecuasión regresión Coef. Regr. x = 0,3y = 1 Inceptisoles1975940127,5249,4492,827y = 2,1565 x - 17,3880,84 Ultisoles1068943138,4244,6261,515y = 2,0729 x - 42,3780,78 Andisoles749852222,0401,8301,314y = 1,8351 x - 5,65760,91 Entisoles626940116,7286,1179,48y = 1,3424 x + 129,440,53 Alfisoles487227156,7260,7127,08y = 1,4003 x + 41,2120,80 Vertisoles78446111,2223,817,620y = 1,6993 x + 34,820,72 Mollisoles68972144,0269,218,616y = 1,8974 x - 4,13550,80 Histosoles49266362,6967,347,73y = 8,2793 x - 2035,10,96 COSTA RICA51055861445,7111 Alvarado 2006 *Tg = Teragramo = 10 9 g = 1000 ton
25 MOS en función de Zona de Vida en Costa Rica
26 MOS en Costa Rica en función de la Zona de Vida (Horiz. A / Horiz. B o R) Zona de Vida SecoHúmedoLluviosoPluvialPROM. Mat. Org. % Tropical3.3/1.0 (7)3.3/0.9 (7)4.3/1.3 (13)3.6/1.1 (27) Premontano6.3/2.8 (2)6.9/2.20(6)6.6/2.0(5)6.6/2.3 (13) Montano Bajo 4.9/1.6 (1)19.1/4.9 (1)20.4/6.7 (3)14.8/4.4 (5) Montano19.8/-- (1)19.8/R (1) PROMEDIO3.3/1.0 (7)4.8/1.8 (10)10.1/2.8 (20)15.62/4.31 (9) Adaptado de Holdridge et al. 1971
27 MOS por Zona de Vida Costa Rica (0-30 y 0-100 cm) ZONA VIDA Extensión ha Mg MO a prof. de (m) MO Tg Muestra No Ecuación de regresión Coef. Regr. x = 0,3Y = 1 Bosque seco15032882,7142,921,57y = 1,2697x + 37,8520,95 Bosque húmedo1058193119,9192,0203,27y = 1,4993x + 49,0340,59 Bosque lluvioso108365286,9144,4156,513y = 1,1008x + 4,79450,91 Premontano húmedo556748193,5310,5172,92nd Premontano lluvioso1217681191,6321,1391,06y = 2,6939x - 59,5820,96 Premontano pluvial44533586,1291,2129,75y = 6,283x - 249,470,98 Montano bajo húmedo137621309,6586,280,73y = 1,7414x + 220,370,99 Montano húmedo335478188,2342,0114,71nd Montano lluvioso1872228,3420,80,81nd Montano pluvial118678244,3651,677,36y = 1,4338x - 24,4410,94 COSTA RICA51055861348,251 Alvarado 2006 * Tg = Teragramo = 10 9 g = 1000 ton
28 Objetivo 2 Estimar el potencial de captura de carbono en suelos de plantaciones de caña de Costa Rica
29 La MOS y el manejo del ecosistema 1.La alteración del ecosistema por intervención humana puede ser marginal (explotaciones extensivas) o fundamental (explotaciones intensivas) 2.Los cambios en el uso de la tierra pueden afectar MOS en el tanto en que: Hacen variar propiedades del suelo como la Da, Humedad, Porosidad, ect. La adición y la descomposición de los residuos (poblaciones, etc.)
30 BOSQUE POTRERO
31 1. Conversión de bosque a pasto: Después de 25 años de pastura el contenido neto de MOS se redujo en 21.8 Mg/ha en un Entic Hapludands y en 1.5 Mg/ha en un Oxic Humitropepts de la región Atlántica (Veldkamp 1994). En un Andic Humitropepts, un año después de la deforestación, la descomposición de raíces causó un aumento de la MOS en el subsuelo al formarse complejos organo-minerales estables (Veldkamp 1994). El contenido de MOS decreció al pasar de bosque maduro a pasto debido a la mayor mineralización de residuos por mayor temperatura del suelo en Guanacaste (Johnson y Wedin 1997).
32 BOSQUE PLANTACIÓN
33 2. Cambio de bosque a plantación Al tumbar y quemar un bosque de 8-9 años en Turrialba se volatilizó el 31% de la MO inicial, el 22% N y el 49% S. La evolución de CO2 del suelo fue mayor debajo de los residuos (mayor humedad) que del bosque vivo transpirando (Ewell et al. 1981). La fracción de MOS de partículas ligeras y MOS ligada a la fracción arena, disminuyó en relación a la fracción de MOS ligada al limo y la arcilla, al pasar de bosque primario a uso agrícola intensivo en la región Huetar (Guggenberger y Zech 1999). Al pasar de bosque a plantaciones de caña la MOS de 0-30 cm se redujo en un 22% en la región de Aguas Zarcas (Krebs 1972).
34 Variación del contenido de MOS en Andisoles de cañales en Aguas Zarcas, San Carlos
35 Contendido de C (Mg ha -1 ) en suelos de bosque y cañales BosqueCaña 12 añosCaña 50 años Total71,944,638,5 Originario del bosque 71,93621 Originario de los cañales 8,617,3 Variación del contenido de materia orgánica en Oxisoles de bosque y cañales en Sao Paulo, Brasil
36 Orden de Suelo Años con caña de azúcar Prof. de muestreo (cm) C (g/kg) Alfisol140-15-0.8 Alfisol1415-30-0.4 Alfisol1445-60+0.3 Alfisol200-5-3.7 Alfisol2050-60+0.6 Fluvent900-5+1.1 Fluvent9050-60+1.5 Inceptisol350-5-6.6 Inceptisol3550-60+9.1 Oxisol170-15-2.0 Oxisol1715-30+0.4 Oxisol1745-60-0.4 Cambios en el contenido de carbono del suelo en plantaciones de caña de azúcar en los trópicos.
37 Conclusiones La “moda” de capturar carbono, obedece más a un asunto de geo- política que a un verdadero esfuerzo por reducir la contaminación ambiental. En este sentido, algunas empresas han visto una oportunidad para mejorar su imagen y percibir un ingreso por emplear tecnologías “limpias”. La realidad demuestra que incrementar la captura de carbono en el suelo es posible solamente en los casos en que la MOS se haya perdido, sea por erosión o por mineralización con cambios en uso de la tierra. El manejo de las plantaciones de caña de azúcar por períodos prolongados, aparentemente causa una disminución de MOS entre el 20 y el 40% del contenido inicial bajo vegetación de bosque natural. Una vez establecidas, las plantaciones pueden considerarse “sostenibles” desde el punto de vista de mantener el contenido de MOS, con pocas oportunidades para elevar esta variable del suelo.
38 Muchas gracias