Emisiones de CO2 y C en el suelo en sistemas de maíz manejados orgánica y convencionalmente.

Moreno-Espíndola Iván Pável Miranda-García Gabriela Fuentes-Ponce Mariela Rodríguez Luis Manuel. Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Xochimilco, Departamento de Producción Agrícola y Animal. México.

Lima Perú, Septiembre de 2013

CO2

Fotosíntesis

Plantas (carbohidratos)

Materia orgánica del suelo

Microorganismos

Mineralización (vuelve a formas inorgánicas)

Animales y microorganismos

Respiración

Anaerobiosis metano (CH4)

Monóxido de carbono (CO)

La acumulación de carbono (C) en los ecosistemas terrestres es parte fundamental del balance global del ciclo del C, siendo dicha acumulación de C orgánico una de las vías de reducción de la emisión de dióxido de carbono (CO2) (García et al., 2006).

INTRODUCCIÓN

La agricultura contribuye con la emisión del 10 al 12% de CO2 y otros gases de efecto invernadero (GEI) de manera global (IPCC, 2007). El flujo de CO2 en los suelos agrícolas depende de interacciones climáticas, biológicas, físicas y químicas, siendo el tipo de labranza uno de los factores que más efecto tiene sobre la liberación de GEI.

Sin embargo, la emisión de CO2 y la captura de C no dependen únicamente de la labranza, sino de otras prácticas como la incorporación de residuos (Oorts et al., 2007) y el uso de insumos sintéticos como fertilizantes y herbicidas (Hass et al., 2000).

Ante ello, se ha planteado la necesidad de generar e implementar agrosistemas desarrollados bajo una concepción holística en la que se incluyan elementos técnico-productivos, ambientales y culturales, considerando la emisión de GEI y los rendimientos del sistema.

a) Agricultura de conservación (AC): reducción de la labranza, rotación de cultivos y retención de residuos de cosecha, se ha planteado como una alternativa para la captura de C (Fuentes et al., 2012). Incluye el uso de insumos industrializados altamente tóxicos como los herbicidas.

a) Agricultura ecológica (AE): trata de minimizar el uso de insumos sintéticos y de cerrar

los ciclos energéticos en el agrosistema (Guzmán y González, 2009).

b) Agricultura tradicional (AT): se excluye el uso de insumos externos sintéticos, se introducen la rotación y el policultivo.

c) Agricultura orgánica (AO): no se realiza labranza, se emplean insumos orgánicos como extractos vegetales, compostas, inóculos microbianos, además de emplear semillas nativas (Rigby y Cáceres, 2001).

En el presente estudio 5 sistemas de producción de maíz nativo fueron comparados con el objetivo de estimar las emisiones de CO2, el contenido de COS y los rendimientos en grano, para conocer las ventajas y desventajas de cada sistema.

OBJETIVO

MATERIALES Y MÉTODOS

• Cocotitlán en el Oriente del Estado de México, a una altura de 2,300 msnm.

• Clima templado subhúmedo con lluvias de mayo a octubre con una precipitación anual de 784 mm.

• Andosol vítrico éutrico. El sitio de estudio se incluye en el Programa de Investigación Sierra Nevada de la UAM.

Sistema Labranza Manejo de

residuos

Fertilización Manejo de

arvenses

Rotación

Convencional Convencional Sin

residuos

Química Herbicida Monocultivo

Ecológico

Convencional

Incorporado

(30%)

Orgánica

Control

mecánico

Monocultivo

AC con

agroquímicos

Cero

Retención

(100%)

Química

Químico

Rotación

AC sin

agroquímicos

Cero

Retención

(100%)

Orgánica

Orgánico

Rotación

Milpa orgánica

(manejo mixto)

Cero

Retención

(100%)

Orgánica

Orgánico

Cultivo forrajero

(veza)

Asociado

El experimento se estableció en 1 ha en 2011, con un diseño de bloques al azar con tres repeticiones, la parcela se subdividió en 15 subparcelas de 250 m2 en las cuales se implementaron 5 sistemas de producción de maíz nativo de la región (chalqueño).

Sistemas de producción de maíz:

CO2: analizador de gases infrarrojo no-dispersivo (EGM-4 CO2) y una cámara de respiración del suelo que contiene una bomba de succión de aire. Humedad del suelo: TDR (Time Domain Reflectometry) Trase modelo 6050X1, con conductores de onda estándar de 15 cm de longitud, los conductores se entierran de forma paralela en el suelo y emiten un pulso de radiación electromagnética. COS: a partir de datos de materia orgánica, utilizando el método Walkley y Black (NOM-021-RECNAT-2000). Rendimientos: se calcularon a partir del peso de los granos con un 14% de humedad.

Se realizó un muestreo sistémico considerando 6 puntos de medición en cada parcela durante todo el año, con mediciones semanales en la época de lluvia y quincenales en la época seca.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

14-mar 30-mar 12-abril 26-abril 13-mayo 9-junio 23-junio 30-Junio 14 julio 08-nov 17-nov 24-nov

Flu

jo C

O2 (

g C

O2-C

m-2

h-1

)

Milpa orgánica

AC con agroquímicos

Convencional

Ecológico

AC sin agroquímicos

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Flujo de CO2 en cinco sistemas de producción de maíz.

Las emisiones de CO2 fueron mayores para todos los sistemas durante la época de lluvia. Dicho aumento puede deberse a una mayor actividad microbiana en relación con la mineralización de la MO favorecida por la humedad (Arnaldo et al., 2009).

Los tratamientos AC sin agroquímicos y MO mostraron las mayores emisiones de CO2 en junio y julio, dicho resultado puede adjudicarse a que durante todo el año se les mantuvo con el cultivo de veza, lo que generó que existiera mayor tasa de respiración de las plantas en comparación con tratamientos como el de Convencional, donde no siempre se contó con un cultivo establecido.

Flujo anual de CO2 y contenido de C orgánico en cinco sistemas de producción de maíz a lo largo de un año.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0

1

2

3

4

5

6

Milpa orgánica AC con agroquímicos

Convencional Ecológico AC sin agroquímicos

C o

rgán

ico

(g

10

0 g

-1)

Flu

jo

CO

2 (

g C

O2-C

m-2

h-1

)

Flujo anual CO2 C orgánico

Aunque en el presente estudio ha transcurrido un año de monitoreo, los resultados son consistentes con lo reportado por Oorts et al. (2007) quienes realizaron la determinación del flujo de CO2 en parcelas manejadas por 32 años bajo sistemas de convencional y de AC, en el estudio encuentran que de manera global las parcelas sin labranza son las que emiten mas CO2 aunque observan variaciones a lo largo de un año.

Si bien se observa mayor emisión anual de CO2 en las parcelas con MO, el monto no es significativo, lo que indica que este sistema que se mantuvo todo el año con cobertura vegetal y produciendo biomasa de maíz, frijol, calabaza y veza, no emite mas CO2 que el sistema Convencional y el de AC con agroquímicos los cuales sólo mantienen la producción de biomasa durante 5 meses.

Al observar el COS en tres fracciones del perfil del suelo de 0 a 20, es posible observar una tendencia a mayor acumulación en los sistemas con cero labranza, particularmente en el perfil de 0 a 5 y de 5 a 10 cm de profundidad, esto puede deberse a que al no mover el suelo, la parte mas superficial suele enriquecerse con materia orgánica (Stewart et al., 2008), debido a que la materia orgánica del suelo queda protegida en los agregados que al no ser destruidos retienen el carbono evitando su pérdida en forma de CO2 (Alevar, 2006).

COS en 5 sistemas de producción de maíz.

Carbono orgánico del suelo (g kg-1

) Tratamientos 0-5cm 5-10cm 10-20cm Convencional 3.2 3.6 3.3 Ecológico 3.9 4.3 4.7 AC con agroquímicos 6.5 5.8 4.4 AC sin agroquímicos 6.4 4.1 4.3 Milpa orgánica 4.9 6.2 5.0

El contenido de COS no fue significativamente diferente entre tratamientos, aunque puede observarse que en el sistema MO y en el AC con agroquímicos existe mayor acumulación probablemente debido a la presencia de raíces de veza, así como a la retención de residuos, en comparación con el sistema Convencional que presentó la menor acumulación de COS.

Las variaciones tanto en las emisiones de CO2 como en el contenido de COS en el suelo pueden estar relacionadas con la actividad microbiana heterotrófica, que se puede ver afectada por las prácticas agrícolas como la labranza y la aplicación de fertilizantes altamente solubles y herbicidas, como es el caso de la agricultura convencional, lo cual reduce el potencial para retener C (Franzluebbers et al., 1995).

El sistema Convencional fue el que mostró el mayor rendimiento y el sistema de Milpa el menor. Si bien la búsqueda de sistemas de producción que impacten en menor grado al ambiente debe incluir entre sus consideraciones el rendimiento de los cultivos establecidos, es necesario observar que sistemas como la Milpa no producen únicamente maíz, sino que a lo largo del año generan biomasa de otros cultivos como la calabaza, el frijol y de especies de cobertura o abonos verdes que a largo plazo favorecen la calidad del suelo.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Milpa orgánica AC con

agroquímicos

Convencional Ecológico AC sin

agroquímicos

kg

ha

-1

Rendimiento anual en grano de maíz nativo con 14% de humedad.

1. El sistema de producción orgánico (Milpa) y los sistemas con rotación y labranza cero (AC) no mostraron menores emisiones de CO2 en comparación con el sistema Convencional.

2. El contenido de COS fue ligeramente mayor aunque sin ser significativo en los sistemas de Milpa y AC con agroquímicos.

3. Debe considerarse que a pesar de no encontrarse diferencias significativas durante el año, los sistemas con rotación de cultivos y orgánico mantuvieron la producción de biomasa durante todo el año.

1. Estudios posteriores deberán continuar el monitoreo de los sistemas de producción y

considerar además variables microbiológicas como la actividad enzimática que pueden estar relacionadas con la emisión de CO2 y la captura de C.

CONCLUSIONES

ZTROh+r 1 2 3 4 5

ZTRQH+r ZT10h+r

Maíz Avena Maíz Avena Milpa

6 7 8 9 10

11 12 13

Maíz, frijol, calabaza

ZT10h+r ZTROh+r

Maíz Avena Maíz Avena

ZTRQH+r

CTMQH-r

Maíz Maíz

CTMOc30r CTMQH-r

Maíz

14 15 16

17 18 19 20 21

Maíz Maíz Maíz

Maíz Avena Milpa Maíz Avena

CTMOc30r CTMQH-r CTMOc30r

ZT10htr ZTRQH+r ZTROh+r