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CAPÍTULO 1. TENDENCIA GENERAL DE LA CAPTURA DE CARBONO EN EL SUELO


El incremento en la atmósfera de los llamados gases de invernadero (GHG) y el consecuente cambio climático tendrán efectos importantes en el siglo XXI. Si bien los escenarios exactos todavía son inciertos, son de esperar serios efectos negativos -aunque se esperan también algunos efectos positivos- por lo que es esencial que sean tomadas un cierto número de medidas para reducir las emisiones de gases de invernadero y para incrementar su captura en los suelos y en la biomasa. Para ello, deben ser desarrolladas nuevas estrategias y políticas apropiadas para el manejo de la agricultura y los bosques. Una opción se basa en la captura de carbono en los suelos o en las biomasas terrestres, sobre todo en las tierras usadas para la agricultura o la forestación. A partir del Protocolo de Kyoto esto se conoce como Uso de la Tierra, Cambio en el Uso de la Tierra y Forestación (LULUCF) y concierne los artículos 1.3 y 1.4 del Protocolo (IPPC, 2000).

La toma de acción para la captura de carbono bajo el Protocolo de Kyoto u otro tratado post-Kyoto no solo estimulará cambios importantes en el manejo del suelo sino que también, por medio de un incremento en el contenido de materia orgánica tendrá efectos significativos directos en sus propiedades y un impacto positivo sobre las cualidades ambientales o agrícolas y sobre la biodiversidad. Las consecuencias incluirán una mayor fertilidad del suelo y productividad de la tierra para la producción de alimentos y para la seguridad alimentaria. Esta herramienta económica también hará que las prácticas agrícolas sean más sostenibles y ayudará a prevenir o mitigar la degradación de los recursos de la tierra.

Carbono y materia orgánica en el suelo

El papel de los suelos en el ciclo del carbono

El ciclo terrestre del carbono se presenta en la Figura 1. En este ciclo, el carbono orgánico del suelo representa la mayor reserva en interacción con la atmósfera y se estima en cerca de 1 500 Pg C a 1 m de profundidad (cerca de 2 456 a dos metros de profundidad)[1]. El carbono inorgánico representa cerca de 1 700 Pg pero es capturado en formas más estables tales como el carbonato de calcio. La vegetación (650 Pg) y la atmósfera (750 Pg) almacenan considerablemente menos cantidades que los suelos.

Figura 1. El ciclo terrestre del carbono: el carbono del suelo y el carbono global disponible. Según International Geosphere Biosphere Program (1998)

Los flujos entre el carbono orgánico del suelo o terrestre y la atmósfera son importantes y pueden ser positivos bajo la forma de captura o negativos como emisión de CO2.

Históricamente se han notado grandes variaciones. Houghton (1995) estima que las emisiones correspondientes al cambio de uso de la tierra -deforestación e incremento del pastoreo y de las tierras cultivadas- fueron cerca de 140 Pg entre 1850 y 1990 (de 0,4 Pg/año en 1850 a 1,7 Pg/año en 1990), con una liberación neta hacia la atmósfera de 25 Pg de carbono. De acuerdo con IPCC (2000), la pérdida histórica de los suelos agrícolas fue de 50 Pg de carbono en el último medio siglo, lo cual representa un tercio de la pérdida total del suelo y la vegetación.

En el pasado, el desarrollo de la agricultura fue la principal causa del incremento de la concentración de CO2 en la atmósfera, pero hoy día, los mayores contribuyentes son la combustión de los combustibles fósiles por parte de la industria y el transporte (6,5 Pg/año). Un hecho importante, es que mientras la deforestación de muchas áreas tropicales produce emisiones de carbono estimadas en 1,5 Pg/año, al mismo tiempo se produce una acumulación en los ecosistemas terrestres de 1,8 a 2 Pg/año. Esto representa lo que es conocido como el carbono faltante en el ciclo: un sumidero que podría estar situado principalmente en la parte norte del hemisferio norte (Schindler, 1999). Los principales factores que actúan sobre la evolución de la materia orgánica conciernen la vegetación -ingreso de residuos, composición de las plantas-, los factores climáticos -condiciones de temperatura y humedad- y las propiedades del suelo -textura, contenido y mineralogía de la arcilla, acidez.

Otros factores relacionados con la fertilización del suelo (N, P o S) o con el riego, tienen efecto sobre la producción de las plantas y por lo tanto sobre el contenido de materia orgánica. La tasa de mineralización de la materia orgánica del suelo depende sobre todo de la temperatura y de la disponibilidad de oxígeno -drenaje-, el uso de la tierra, los sistemas de cultivo, el manejo del suelo y de los cultivos (Lal et al., 1995). En un tipo de suelo dado expuesto a prácticas constantes, se alcanza un casi-equilibrio -situación estable- de la materia orgánica del suelo después de 30 a 50 años (Greenland, 1995). En el contexto del combate del calentamiento global y del Protocolo de Kyoto, un punto importante es cómo crear en los suelos agrícolas de todo el mundo un sumidero de carbono bien cuantificado. Tal captura de carbono será relevante para los artículos 3.3 y 3.4 del Protocolo y también tendrá efectos positivos adicionales para la agricultura, el ambiente y la biodiversidad.

Dinámicas del carbono orgánico en los suelos

Las existencias de carbono orgánico presente en los suelos naturales representan un balance dinámico entre la absorción de material vegetal muerto y la pérdida por descomposición (mineralización) (Figura 2). En condiciones aeróbicas del suelo, gran parte del carbono que ingresa al mismo es lábil y sola una pequeña fracción (1%) del que ingresa (55 Pg/año) se acumula en la fracción húmica estable (0,4 Pg/año).

Figura 2. Modelo de la dinámica del carbono en el suelo (Balesdent et al., 2000)

La materia orgánica del suelo tiene una composición muy compleja y heterogénea y está por lo general mezclada o asociada con los constituyentes minerales del suelo. Se han desarrollado un gran número de métodos de separación para identificar los distintos constituyentes de la materia orgánica del suelo, grupos cinéticos, p. ej. grupos que pueden ser definidos por una cierta tasa de recambio del carbono. El sistema tradicional de separación en fracciones fúlvicas y húmicas no separa las fracciones con diferentes tasas de recambio (Balesdent, 1996) como se considera en los modelos. Los métodos de separación física tales como el fraccionamiento según el tamaño de las partículas, la densidad de las fracciones o las fracciones por tamaño de los agregados permiten la separación de fracciones cinéticas significativas (Feller, 1979; Balesdent, 1996). Entre estas fracciones, las partículas de materia orgánica son muy sensibles a los cambios en el uso de la tierra (Cambardella, 1998; Gregorich et al., 1996). Existen algunos métodos directos para determinar la biomasa microbiana, la cual representa de uno a cinco por ciento del total de la materia orgánica del suelo y es una fuente de reserva de nutrientes (N, P). Esta es una fracción muy lábil que fluctúa con la estación y que también responde rápidamente a los cambios de manejo del suelo. Los métodos de isótopos tales como el carbono 14 o la abundancia natural del carbono 13 son muy valiosos ya que permiten una estimación del tiempo de residencia de la materia orgánica y sus fracciones en el suelo. La abundancia de carbono 13 natural es adecuada para las tasas de recambio para períodos de años a siglos y el carbono 14 para períodos de siglos a milenios. Ambos pueden ser aplicados a muestras masivas de suelos o a fracciones aisladas de los mismos. El método de la abundancia de carbono 13 natural puede ser usado solamente si en ese sitio ha ocurrido un cambio de vegetación de un tipo fotosintético C3 a un tipo C4 o viceversa.

La gran ventaja de los métodos isotópicos radica en que la tasa de recambio de la materia orgánica puede ser medida de modo de deducir directamente el tiempo de residencia de los diferentes compartimientos. Cuando hay un cambio importante en la vegetación (bosques/cultivos/pasturas) es posible seguir la evolución de los distintos tipos de residuos de las plantas (Cerri et al., 1985).

Los diferentes reservorios de carbono que existen en el suelo tienen distintos tiempos medios de residencia variando de uno a pocos años, dependiendo de la composición bioquímica -por ejemplo, la lignina es más estable que la celulosa-, a décadas o a más de 1 000 años (fracción estable). También hay alguna conexión con la composición, pero principalmente con el tipo de protección o el tipo de uniones químicas. Para la fracción del carbono estable se debe hacer una distinción entre la protección física o química o captura: protección física significa un encapsulado de los fragmentos de la materia orgánica por las partículas de arcilla o por los macro- o microagregados del suelo (Figura 3) (Puget et al., 1995; Balesdent et al., 2000); protección química se refiere a uniones especiales de la materia orgánica con otros constituyentes del suelo -coloides o arcillas-, pero más a menudo esto concierne compuestos orgánicos del suelo muy estables. Sin embargo, el término captura de carbono tal como se usa en el Protocolo de Kyoto no toma en consideración esas distinciones y es equivalente al término almacenamiento de cualquier forma de carbono.

Figura 3. Ubicaciones de la materia orgánico del suelo en la matriz del suelo (Chenu, sin publicar); ePOM: partículas externas de materia orgánica; iPOM: partículas internas de materia orgánica

Los diferentes grupos de materia orgánica en los suelos son influenciados por distintos factores. Las partículas de materia orgánica libre y la biomasa microbiana de los suelos son controladas por el aporte de residuos -manejo de residuos de cultivos o cobertura del suelo- y el clima. La agregación del suelo, la textura y la mineralogía controlan la materia orgánica en macroagregados y por lo tanto, la labranza tiene un gran efecto sobre el tamaño de esos reservorios. Los otros reservorios son menos afectados por los factores agronómicos pero lo son sobre todo por factores pedológicos (microagregación, composición de la arcilla).

El papel fundamental de la materia orgánica en los suelos

La materia orgánica del suelo es un indicador clave de la calidad del suelo, tanto en sus funciones agrícolas (p. ej. producción y economía) como en sus funciones ambientales -entre ellas captura de carbono y calidad del aire. La materia orgánica del suelo es el principal determinante de su actividad biológica. La cantidad, la diversidad y la actividad de la fauna del suelo y de los microorganismos están directamente relacionadas con la materia orgánica. La materia orgánica y la actividad biológica que esta genera tienen gran influencia sobre las propiedades químicas y físicas de los suelos (Robert, 1996b). La agregación y la estabilidad de la estructura del suelo aumentan con el contenido de materia orgánica. Estas a su vez, incrementan la tasa de infiltración y la capacidad de agua disponible en el suelo así como la resistencia contra la erosión hídrica y eólica. La materia orgánica del suelo también mejora la dinámica y la biodisponibilidad de los principales nutrientes de las plantas.

Manejo del carbono en tierras áridas y en áreas tropicales

Este informe hace énfasis en las tierras áridas y en las tierras tropicales, que son las zonas de mayor interés para los países en desarrollo.

Las tierras áridas se definen por el índice de aridez que representa la relación de la precipitación con la evapotraspiración potencial (P/PET) con valores <0,05 para tierras hiperáridas, <0,20 para tierras áridas y de 0,20 a 0,50 para tierras semiáridas. Estas son las tierras secas más características, pero a menudo la zona árida subhúmeda (0,50-0,65) también se incluye en la misma (Middleton y Thomas, 1997). Las tierras áridas representan cerca del 40 por ciento de las tierras del globo. Las zonas hiperáridas naturales cubren un área estimada en 1 000 millones de hectáreas mientras que las tierras áridas, semiáridas y áridas subhúmedas cubren un área de 5 100 millones de hectáreas.

Si bien el contenido de carbono y la capacidad de fijar CO2 por unidad de superficie en las tierras áridas son bajos, pueden de cualquier manera hacer una contribución importante a la captura global de carbono y al mismo tiempo prevenir o disminuir la tasa de desertificación. Con esta amplia definición, una gran parte de las tierras áridas se incluye en el área tropical definida como la parte intertropical del mundo, la que representa el 37,2 por ciento de la superficie terrestre (4 900 millones de hectáreas).

Las tierras también pueden ser clasificadas de acuerdo a su tipo de ocupación. Las tierras cultivadas representan 750 millones de hectáreas en la zona templada y 650 millones de hectáreas en la zona tropical. La extensión total de tierras disponibles para los cultivos en zonas de secano es de alrededor de 2 600 millones de hectáreas, pero los bosques cubren una parte de las mismas -1 700 millones de hectáreas- y otra parte no puede ser efectivamente usada a causa de serias limitaciones (Alexandratos, 1995). Los tierras bajo riego -120 millones de hectáreas- están incluidas.

Los bosques tropicales cubren grandes áreas que representan más de 2 000 millones de hectáreas y son fundamentales para la salud del planeta. La mayor parte de estas áreas se encuentran en los países en desarrollo. La mejor solución sería protegerlas o por lo menos asegurar el mejor manejo posible, especialmente en la parte de los mismos que ya está degradada (13 por ciento en América del Sur, 19 por ciento en África y 27 por ciento en Asia); otras posibles soluciones serán discutidas más adelante.

Las pasturas permanentes o las tierras de pastoreo cubren más de 3 000 millones de hectáreas, la mayor parte de las cuales está en tierras áridas; el estado de degradación de estas tierras es estimado entre 14 y 31 por ciento.

De acuerdo a la Evaluación Global de la Degradación del Suelo (GLASOD, Oldeman et al., 1991), las tierras degradadas representan una gran proporción de los distintos tipos de tierras, cualquiera sea su tipo de ocupación. El total llega a 1 965 millones de hectáreas en todo el mundo, la mayoría de las cuales se encuentra en áreas tropicales y en tierras áridas (Cuadro 1).

Las degradaciones física y química, que son los procesos principales, muy a menudo resultan en degradación biológica (Robert y Stengel, 1999). La erosión hídrica y eólica componen, cuantitativamente, los procesos de degradación más importantes. Las principales causas son la deforestación, el sobrepastoreo y el mal manejo de los suelos. La pérdida de materia orgánica no ha sido identificada como un proceso específico de degradación, pero cerca de la mitad de los suelos químicamente degradados están exhaustos.

CUADRO 1. Degradación mundial de suelos en relación a los cuatro procesos principales de degradación* (terreno moderada a extremadamente degradado, millones de ha) (de Oldeman et al., 1991)

Área **

Erosión hídrica

Erosión eólica

Degradación química

Degradación física

Total (x 106 ha)

África

170

98

36

17

321

Asia

315

90

41

6

452

América del Sur

77

16

44

1

138

América Central y del Norte

90

37

7

5

139

Europa

93

39

18

8

158

Australia

3

15

1

2

21

Total

748

295

147

39

1 229**

* Los tres factores causantes, de importancia similar, son deforestación, sobrepastoreo y mal manejo agrícola

** El total llega a 1 965 millones de hectáreas si se agregan los suelos ligeramente afectados

El contenido de materia orgánica del suelo es por lo general más bajo donde la degradación es más severa. La cantidad de carbono que puede ser capturada por medio de la rehabilitación de tierras degradadas será, por lo tanto, importante en áreas donde es técnica y socio-económicamente una opción viable. En los suelos tropicales, la degradación de los suelos inducida por la hombre afecta del 45 al 65 por ciento de las tierras agrícolas, dependiendo del continente (GLASOD, Oldeman et al., 1991). Esta situación hace que el margen de progreso para la captura de carbono en suelos tropicales degradados sea muy alto. Los beneficios adicionales relacionados incluirán el mejoramiento de las propiedades químicas, la biodisponibilidad de elementos -mayor fertilidad- y la resiliencia contra la degradación física, especialmente de la erosión. Por lo tanto, el secuestro de carbono contribuirá a restaurar la calidad de los suelos degradados.

Ecosistemas forestales: emisión de CO2 y captura de carbono en los suelos

El almacenamiento de carbono y su liberación por los ecosistemas forestales -ya sea a causa de la forestación, la reforestación o la deforestación- están considerados en el Artículo 3.3 del Protocolo de Kyoto. Sin embargo, el Artículo 3.4 también se considera cuando se trata del manejo de bosques en zonas tropicales en razón de las importantes interacciones con la captura de carbono en los suelos.

Los bosques cubren el 29 por ciento de las tierras y contienen el 60 por ciento del carbono de la vegetación terrestre. El carbono almacenado en los suelos forestales representa el 36 por ciento del total del carbono del suelo a un metro de profundidad (1 500 Pg). Recientemente fue llevado a cabo un balance completo de los bosques de Francia por Dupouey et al., 1999. Este estudio comprendió 540 parcelas de la red europea de supervisión forestal. La media total del carbono del ecosistema fue de 137 t C/ha; de este total, el suelo representa el 51 por ciento (71 t), los restos vegetales superficiales 6 por ciento y las raíces 6 por ciento. Estos datos son muy cercanos a los proporcionados en el último informe del IPCC (IPCC 2000) para los bosques en Tennessee (Estados Unidos de América). También se proporcionan datos para los bosques tropicales cerca de Manaos (Brasil). El total de carbono en el sistema es mayor (447 t/ha) y así como el depósito de suelo orgánico (162 t, 36 % del total) (Figura 4).

Figura 4. Existencias anuales estimadas del total de carbono del suelo (t C/ha) en bosques tropicales y templados (de IPCC 2000)

Los ecosistemas forestales contienen más carbono por unidad de superficie que cualquier otro tipo de uso de la tierra y sus suelos -que contienen cerca del 40 por ciento del total del carbono- son de importancia primaria cuando se considera el manejo de los bosques.

Por lo general, en los bosques naturales el carbono del suelo está en equilibrio, pero tan pronto como ocurre la deforestación -o la reforestación-, ese equilibrio es afectado. Actualmente, se estima que cada año son deforestadas entre 15 y 17 millones de hectáreas, sobre todo en los trópicos (FAO, 1993) y que muy a menudo parte del carbono orgánico se pierde dando lugar a una considerable emisión de CO2. Por lo tanto, donde la deforestación no puede ser detenida, es necesario un manejo correcto para minimizar las pérdidas de carbono. La reforestación, sobre todo en los suelos degradados con bajo contenido de materia orgánica, será una forma importante de secuestro de carbono a largo plazo, tanto en la biomasa como en el suelo.

Tierras de pastoreo: un gran potencial como sumidero de carbono

Las tierras de pastoreo están incluidas en el Artículo 3.4 del protocolo de Kyoto y, como los bosques, juegan un papel importante en el secuestro de carbono. En primer lugar, las tierras de pastoreo, según la FAO, ocupan 3 200 millones de hectáreas y almacenan entre 200 y 420 Pg en el ecosistema total, una gran parte del mismo debajo de la superficie y, por lo tanto, en un estado relativamente estable. El carbono del suelo en las tierras de pastoreo es estimado en 70 t/ha, cifra similar a las cantidades almacenadas en los suelos forestales (Trumbmore et al., 1995; Balesdent y Arrouays, 1999). Debido a la poca confiabilidad de los datos, las estadísticas de la FAO sobre uso de la tierra no proporcionan más el área de las tierras de pastoreo.

Muchas áreas de tierras de pastoreo en las zonas tropicales y áridas son mal manejadas y están degradadas; por lo tanto, ofrecen variadas posibilidades de secuestro de carbono.

Tierras cultivadas: el papel de las prácticas agronómicas

El desarrollo de la agricultura ha implicado una gran pérdida de materia orgánica del suelo. Hay varias formas de las diferentes prácticas de manejo de tierras que pueden ser usadas para aumentar el contenido de la materia orgánica del suelo (Figura 9) tales como el incremento de la productividad y de la biomasa -variedades, fertilización e irrigación. El cambio climático global puede tener un efecto similar. Las fuentes de materia orgánica también incluyen residuos orgánicos, composte y cultivos de cobertura.

Las principales formas de obtener un incremento de la materia orgánica en el suelo están asociadas a la agricultura de conservación y comportan la labranza mínima o cero y el uso de una cobertura vegetal continua y protectora formada por materiales vegetales vivos o muertos sobre la superficie del suelo.


[1] Pg = 1015 g = Gt =109 toneladas métricas

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