EL PÁRAMO COMO EMISOR DE CARBONO HACIA LA …

EL PÁRAMO COMO EMISOR DE CARBONO HACIA LA ATMÓSFERA: IMPLICACIONES PARA LA ECOHIDROLOGÍA DE CUENCAS ALTOANDINAS

Galo Carrillo Rojas, Mgt. (Ph D. candidate)

Profesor Investigador en Facultad de Ciencias Químicas & Departamento de Recursos Hídricos y Ciencias Ambientales (iDRHiCA) - Universidad de Cuenca

ANTECEDENTESMATERIALES Y

MÉTODOSRESULTADOS CONCLUSIONES TRABAJO FUTURO

Southern-Ecuador Andean Páramo(“Macizo del Cajas” UNESCO biosphere)

➢ Se extienden > 46 000 km2 sobre Colombia, Ecuador, Venezuela, Perú y Centro América (Dinerstein et al. 2017)

➢ Ecuador tiene > 13 000 km2 (7% territorio)

➢ Elevación entre 3300 – 4500 m s.n.m.

➢ Alta biodiversidad vegetal: pajonales (>70%), bosques, arbustos, plantas cojín, y demás (30%)

➢ Recurso hídrico abundante (lagunas, vertientes y humedales)

➢ Gran almacenamiento de Carbono

La Ecoregión de Páramo del Norte Sudamericano



El Páramo como fuente hídrica para el valle Inter andino (Paute)…

Páramos del Cajas,

Quimsacocha y otros al

oeste de la ciudad…

Cultivos

Agua Potable

Hidro-generación

Mapa: Avilés et al. 2013



4

El Páramo como almacenador de carbono en suelo y en vegetación…

Andosoles

Histosoles

➢ Alto almacenamiento de Carbono Orgánico en suelo

(> 320 Ton Ha-1) (Tonneijck et al., 2010)

➢ Bajo contenido de Carbono en Biomasa/Necromasa de Pajonales (20 ~ 120 Ton Ha-1) (Ayala, et al., 2014)




Grandes incógnitas sobre este ecosistema…

H2O

¿CUANTO SE EVAPORA?

¿CUÁNTA ES LA FIJACIÓN / EMISIÓN

DE GAS CARBONO?

CO2

ENERGÍA

¿COMO SE COMPORTA

TERMODINÁMICAMENTE?

?




▪ 3000 – 4500 m s.n.m.▪ 70% of tussock grasslands, 30% of evergreen forests, shrubs, cushion plants and other grass species.▪Wetlands and lakes

Una de las pistas para resolver estas incógnitas…

Nublado?



Sitio de Estudio: Observatorio Ecohidrológico Zhurucay (Quimsacocha, Azuay)



Instrumentación

Técnica de Covarianza de Remolinos(Eddy Covariance Tower) + Sensores Biometeorológicos>2 años contínuos de muestreo (2016 ~ 2019)

Temperatura

Suelo

Humedad

Suelo

Temp / %HR

Aire

Radiómetro

Neto

Platos Flujo de

Calor Suelo

Solar-

Quantum

Precipitation



Instrumentación

IRGA: Analizador

de Gases

Infrarrojo (No

Dispersivo)

Anemómetro

Ultrasónico

Tridimensional



Instrumentación

IRGA y Anemómetro 3D (Muestreo 20 Hz)Sensores Biometeorológicos (Muestreo 1 min)



RED MUNDIAL “FLUXNET” DE OBSERVATORIOS DE FLUJOS(567 activos hasta 2015)

Observatorio “EC-APr” es el primero sobre los Andes

https://fluxnet.ornl.gov/site/4303



Métodos

Balances…

LEH

G

Rn

Balance de Energía (Diurno)

Rn = H + LE + G + Q

Rn ~ Flujo de Radiación Neta

H ~ Flujo de Calor Sensible

LE ~ Flujo de Calor Latente

G ~ Flujo de Calor del Suelo

Q ~ Otras fuentes de energía

indeterminadas

Todo en W m-2



Métodos

LE HRn

Balance de Energía (Nocturno)



Métodos



Métodos

𝑬𝑻 = ഥ𝝆 ∗ 𝒘′ ∗ 𝒒′Covarianza de: Densidad del aire (ρ), componente

vertical del viento (w) y ratio de mezcla de vapor de

agua (q)

𝑪𝑶𝟐 = ഥ𝝆 ∗ 𝒘′ ∗ 𝒔′Covarianza de: Densidad del aire (ρ), componente

vertical del viento (w) y fracción molar de CO2 en

base seca (s)

𝑵𝑬𝑬 = 𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝑪𝑶𝟐+ 𝑨𝒍𝒎𝒂𝒄𝒆𝒏𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝑪𝑶𝟐

NEE = Intercambio Neto de Carbono del Ecosistema hacia Atmósfera

+NEE (Positivo) = Ganancia de CO2 hacia Atmósfera (Emisión C)

-NEE (Negativo) = Ganancia de CO2 hacia Ecosistema (Fijación C)

𝑵𝑬𝑬 = 𝑮𝑷𝑷 − 𝑹𝒆𝒄𝒐

GPP = Producción Primaria Bruta (Carbono fijado por fotosíntesis = Biomasa)

Reco = Respiración del Ecosistema (Autotrófica = Plantas

+ Heterotrófica = Microorganismos)

≈ 0 (Páramo)



Cierre de Balance de Energía = Casi 99%

(Extraordinario para un ecosistema de montaña)

Particionamiento Energía Disponible (Rn-G) es:

55% en calentar la atmósfera (H) y 43% en

evaporar agua (LE)

Rn = 102 ± 40W m-2

H = 64 ± 39 W m-2

LE = 58 ± 27 W m-2

G = 0.5 ± 5.4 W m-2

(Carrillo-Rojas et al. 2019, J. AgrForMet)



NEE Anual es Positivo

Reco > GPP

NEE Diurno = -2.9 ± 3.0 μmol m-2 s-1

NEE Nocturno = +3.23 ± 1.1 μmol m-2 s-1

NEE Promedio Diario =

+0.3 ± 0.6 gC m-2 día-1

Ocurrencia NEE Positivo = 484 días

Ocurrencia NEE Negativo = 246 días

Y el Balance Anual es…

NEE = +100 ± 30 gC m-2 año-1

GPP = 1171 ± 4 gC m-2 año-1

Reco = 1270 ± 34 gC m-2 año-1

Páramo actúa

como fuente de

CO2 ↑




ETa = 1.7 ± 0.3 mm día-1

(max. = 5.1, min. = 0.3)

ETa Anual = 635 ± 9 mm año-1

ETr (FAO56) = 702 ± 8 mm año-1

ETr (ASCE) = 812 ± 20mm año-1

Evapotranspiración Actual (ETa) versus

Modelos de Evapotranspiración de referencia (ETr)

Lluvia durante

el periodo:

1238 ± 4 mm año-1

Se evapora efectivamente un

51% de lo que llueve en el sitio




Balance Hidrológico a Nivel Mensual

Los meses de Agosto y Noviembre presentan déficit hídrico


CAUDALES



• El sitio de estudio actúa predominantemente como fuente de CO2 hacia la

atmósfera

• Contradictorio con algunos estudios que generalizan al páramo como

capturador de carbono atmosférico (basado estudios sobre humedales e

histosoles con estimaciones discontinuas de biomasa o medición de NEE y

Reco con cámara):



Southern-Ecuador Andean Páramo(“Macizo del Cajas” UNESCO biosphere) Una de las pistas para resolver estas incógnitas…Ingreso de Energía limitado por alta nubosidad

> 80% del tiempo! (Índice de cielos despejados Kt ≈ 0.2)



Las razones que soportan nuestros hallazgos:

1) Técnica de Muestreo ininterrumpido (día/noche) y durante todo el espectro de

variabilidad climática

2) Vegetación Predominante Pajonal (Calamagrostis Intermedia sp.) con bajo ratio de

biomasa activa / necromasa (0.45 : 1)

3) Otros estudios no contemplan factores de inhibición de captura: (i) Limitación de

Fotosíntesis, (ii) Bajas Temperaturas (iii) Alta humedad del suelo, e (iv) inhibidores

descomposición (metálicos/volcánicos)

4) El páramo tiene gran similitud con otras “tundras alpinas o árticas” que son fuentes

de CO2



5) El páramo tiene gran similitud con otras “tundras alpinas o árticas”

que son fuentes de CO2

Niwot Rigde, CO, USA

(3 500 m s.n.m.)

NEE = +175 gC m-2 año-1

Qinghai-Tibetan Plateau, China

(3 250 m s.n.m.)

NEE = +106 gC m-2 año-1

Monte Bondone, Italia

(1563 m s.n.m.)

NEE = +180 gC m-2 año-1

Atqasuk, Alaska

(24 m s.n.m.)

NEE = +20 gC m-2 año-1



Implicaciones en Escenarios de Cambio Climático

1) Si la capa más superficial del suelo de páramo (hasta 10 cm) posee aprox. 31

± 23 kgC m−2 (Tonneijck et al. 2010); la emisión anual de +100 ± 30 gC m-2

provocaría un agotamiento de carbono orgánico en 313 ± 232 años.

2) El cambio climático favorecería la emisión de CO2 y aceleraría el proceso de

pérdida anterior (Anderson et al. 2017, Buytaert et al. 2011).

3) Algunos estudios predicen incrementos variables de nubosidad en la región

altoandina (Ruiz et al. 2008; 2009) = Reducción de energía disponible =

Limitación de Fotosíntesis. Simultáneamente, mayor precipitación limita la

respiración.

4) Otros estudios señalan incremento de la radiación solar = Favorece

incremento de temperatura de aire y suelo… ¿Equilibrio Fotosíntesis vs.

Respiración?



Implicaciones en Escenarios de Cambio Climático

5) Prolongación de periodos de Déficit Hídrico = Reducción de humedad de

suelo = Arribo al punto marchitez de vegetación = Cambio irreversible del

dosel.

6) Al incrementarse la temperatura del aire, existiría una mayor pérdida de

agua por evapotranspiración.

7) Cambios en la frecuencia e intensidad de lluvia, acompañados de periodos

largos de sequías = Mayor emisión de CO2 y ETa (Buytaert et al., 2011).

8) Cambios en la capacidad hidrofílica de los suelos orgánicos = Reducción en

capacidad de retención y filtración de agua (Poulenard et al., 2003).



Southern-Ecuador Andean Páramo(“Macizo del Cajas” UNESCO biosphere) Estudio final publicado en el Journal Elsevier“Agricultural and Forest Meteorology” (2019):https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2018.11.006



UNIVERSIDAD DE CUENCA DEPARTAMENTO DE RECURSOS HIDRICOS Y CIENCIAS AMBIENTALES

CENTRO DE HIDROLOGÍA Y CLIMA

Balance Hídrico a Nivel de Cuenca Hidrográfica

Precipitación: Pluviómetro(diferentes tecnologías y precisión)

Área de la Cuenca (GIS)y otras características

Caudal: Sensores de Nivel(sónico, presión, etc.)

Adaptado de K. Novick, 2016

050

100150

El footprint se define como la contribución relativa a diferentes distancias (en la dirección del viento) para el flujo vertical medido

Footprint o contribución concéntrica

http://www.licor.com/env/products/eddy_covariance/LI-7500A

Corrección de Flujo en el Suelo

G = G (sensor depth) + G (Storage)G = G(8cm) + S (ΔT,WC)

G

G

SW

CΔ

T

Δ

T

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