El dióxido de carbono junto al ARROZ Y GASES DE EFECTO INVERNADERO. Pilar Irisarri* Medición de los gases emitidos

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1 39 ARROZ Y GASES DE EFECTO INVERNADERO Pilar Irisarri* *Proyecto FPTA INIA Nº 238 Responsable Silvana Tarlera Equipo de investigación: Ana Fernández, Pilar Irisarri, Virginia Pereira, Mariana Urraburu. Por INIA: José Terra. El dióxido de carbono junto al metano y el óxido nitroso son unos de los principales gases responsables del efecto invernadero. El metano (CH 4 ) y el óxido nitroso (N 2 O) son los principales gases de efecto invernadero (GEI) emitidos por el sector agropecuario (revisado por Irisarri y Perdomo, 2009). Aunque la carga global de N 2 O en la atmósfera es menor que la de CH 4, el primero es un GEI 310 veces más potente que el CO 2 en una escala de tiempo de 100 años, mientras que el CH 4 es solo 21 veces mas potente. El cultivo de arroz bajo riego es considerado una de las mayores fuentes mundiales de metano derivadas de la actividad humana. En Uruguay se estima que del total de metano emitido, el 90% proviene del sector agropecuario, correspondiendo el 84% a la fermentación ruminal del ganado, un 2 % al manejo del estiércol y sólo un 4% al generado por cultivos como el arroz (DINAMA, 2006). Ante la falta de información nacional de las emisiones de metano y óxido nitroso en la rotación arroz-pastura, sistema típico en Uruguay y raro en el mundo, se ejecutó un proyecto INIA-FPTA como una primera aproximación al impacto de algunas prácticas de manejo del cultivo sobre la emisión de estos gases en la rotación. El objetivo de este proyecto fue cuantificar emisiones de metano y óxido nitroso en sistemas de cultivo de arroz en el Este uruguayo y evaluar el impacto de distintos regímenes de inundación, fertilización nitrogenada y coberturas invernales sobre las tasas de emisión de estos gases. Parte de los ensayos se realizaron en invernáculo en la Estación Experimental del INIA Treinta y Tres y parte en la Unidad Experimental Paso de la Laguna. Medición de los gases emitidos Para cuantificar la magnitud del flujo de CH 4 y N 2 O emitidos se utilizó el método de cámaras cerradas (IAEA, 1992). Las cámaras usadas sobre pasturas se ven en la Figura 1, la base se mantuvo enterrada en el suelo y se tapó en el momento de las determinaciones, y si había animales pastoreando se protegieron con una jaula. Las cámaras usadas en el cultivo de arroz consistieron en prismas de acrílico transparentes de

2 Figura 1: Campana en pastura 60 cm de altura, colocadas en el momento de tomar las muestras de aire sobre una base de acero inoxidable que permaneció enterrada en el suelo durante todo el transcurso del experimento. La unión de ambas partes se aseguró mediante un cierre de agua para evitar el escape de los gases. Las cámaras contaron además con un ventilador eléctrico para asegurar la homogeneidad de la atmósfera interior y un tubo de ventilación que atraviesa su sección superior, sumergido en su extremo externo en agua, con el fin de mantener el equilibrio entre la presión externa y la presión interna de la cámara. El diseño de las campanas que permite incluir la planta de arroz hasta su máximo desarrollo considera que en arrozales de zonas templadas, el transporte de CH 4 hacia la atmósfera se da mayoritariamente a través de la planta, a pesar de producirse en el suelo (Figura 2)( (Nouchi y col., 1990). En el momento del muestreo se tomaron muestras de aire en tubos al vacío a intervalos regulares de 30 minutos. El análisis de las concentraciones de CH 4 y N 2 O en las muestras de aire se realizó mediante cromatografía gaseosa en los Laboratorios de Microbiología de las Facultades de Química y Agronomía. La tasa de emisión de ambos gases se calculó en base a las áreas de los picos de los respectivos gases corregidas por la temperatura al momento de muestreo. Los resultados de las emisiones obtenidos en este proyecto durante el ciclo del cultivo se observa en la Figura 3 (Pereyra, 2009). JULIO 2010 Figura 2: Campana en ensayo 40 40

3 Fertilización siembra Baños Fert. macollaje Fert. primordio Retiro de agua 41 (Días Después de la Emergencia) Figura 3. Tasa de emisión de N-N 2 O (a) y C-CH 4 (b) en ensayo de campo en función del tiempo. Tratamientos: Raigrás con N ( ); Raigrás sin N ( ); Sin vegetación con N ( ); Sin vegetación sin N ( ). Las flechas indican las aplicaciones de fertilización nitrogenada efectuada en los tratamientos correspondientes. Las líneas verticales indican el momento de inundación del cultivo a los 21 DDE (---); momento de retiro de agua del cultivo (.); momentos de baños del cultivo (.. ). Las emisiones son el resultado final de los gases producidos menos los consumidos por el suelo. Estos procesos de producción y consumo de CH 4 y N 2 O son llevados a cabo por microorganismos presentes en el suelo. Al transformar las emisiones de ambos gases en equivalentes CO 2, es decir, multiplicando por 21 las de CH 4 y por 310 las de N 2 O, surge claramente que el metano es el principal gas emitido por este cultivo, mientras que la emisión de N 2 O se reduce al momento inmediatamente después de la fertilización (a la siembra en el invernáculo y al macollaje en el campo) en estas circunstancias La emisión de CH 4 comenzó en todos los casos por lo menos después de 10 dìas de establecida

4 la inundación coincidiendo en general con el comienzo de la etapa reproductiva del arroz. Esta emisión continuó en aumento por unos 50 dias por lo menos y disminuyó en respuesta al retiro de agua previo a la cosecha, hasta alcanzar tasas de emisión casi nulas. Fertilización nitrogenada y emisiones se fraccionó de acuerdo a la demanda del cultivo no quedó N en exceso en el suelo pasible de ser nitrificado o desnitrificado. Una vez inundado el cultivo y en condiciones favorables para la desnitrificación posiblemente esta continuó hasta N 2. En el control sin fertilizar las emisiones fueron prácticamente nulas, aunque la gran variabilidad de las emisiones no permitió detectar diferencias entre los tratamientos fertilizados y sin fertilizar. En el ensayo de campo la tendencia observada para el N 2 O luego del retiro de agua previo a la cosecha fue de un leve aumento en la tasa de emisión. Momento de inundación Se ensayó en invernáculo inundación a los 21 y 45 días después de la emergencia del arroz, no observándose diferencias significativas de emisiones entre los tratamientos. En el ensayo de campo el patrón de emisión de N 2 O fue similar al observado en invernáculo, pero en este caso los máximos de emisión detectados sucedieron a la aplicación de baños al cultivo posteriores a la fertilización inicial. Como la fertilización JULIO 2010 Efecto de la cobertura invernal Las tasas de emisión de los cultivos sin vegetación previa, y con raigrás sin fertilización nitrogenada previo al arroz se mantuvieron en el mismo rango que las tasas máximas observadas en invernáculo. En cambio, en arrozales con raigrás como cobertura invernal y fertilización nitrogenada, las concentraciones máximas de CH4 duplicaron los máximos de emisión detectados en los restantes tratamientos. Este patrón se ve evidenciado por el

5 43 hallazgo de una interacción significativa entre las variables cobertura invernal y fertilización nitrogenada, al analizar su incidencia sobre la emisión de CH 4. Emisiones en pasturas En el período de barbecho, se observó un único evento de emisión de N 2 O posterior al laboreo de verano y no se detectó emisión de CH 4. Si bien no se realizaron determinaciones luego de los eventos como lluvia o siembra de pastura que pudieron desencadenar emisiones de N 2 O. El efecto de las deposiciones de los animales sobre las emisiones tampoco se detectó ya que las campanas estaban protegidas por jaulas para evitar que los animales las tiraran. En resumen: En general, las emisiones de CH 4 y N 2 O mostraron un comportamiento opuesto en el transcurso del ciclo de cultivo: la emisión de N 2 O fue máxima al comienzo de la inundación o en etapas de riego previas a ésta, mientras que el CH 4 alcanzó las mayores concentraciones únicamente en las últimas etapas de suelo inundado. La emisión de N 2 O fue baja y por lo tanto el principal GEI emitido por el arroz es metano. Si bien estos resultados son preliminares ya que se realizaron mediciones en los momentos en que teóricamente las emisiones serían mayores, un aumento en la periodicidad y en los días de duración del muestreo podría mejorar el panorama de las emisiones.

6 JULIO Sería interesante determinar que pasa en otro tipo de suelos donde se cultiva arroz en el país como en el norte y ensayar el efecto de algunas medidas sugeridas para la mitigación de las emisiones de metano como la disminución de la profundidad de agua de riego o el retiro del agua para ver su efecto sobre las emisiones de ambos gases además de sobre el rendimiento del cultivo. Resta probar también si alguna de las variedades de arroz usadas en nuestro país presenta menores emisiones debido a una menor tasa de transporte de gases o a la variación en la producción de exudados radicales que afectarán a su vez a los microorganismos productores y consumidores de GEI. El ajuste de la técnica de medición de las emisiones y el disponer de campanas que permiten realizar ensayos en diversas condiciones son un logro importante derivado de la ejecución del proyecto. Contar con algunos datos nacionales puede contribuir a la robustez del cálculo de la huella de C de este sistema de producción, al ajuste de modelos de emisiones de GEI y al diseño de estrategias de mitigación de las mismas. IPCC Guidelines for nacional greenhouse gas inventories. Vol. 4. Irisarri P., Perdomo C Emisiones de gases con efecto invernadero por suelos agrícolas. En: Emisiones de metano y óxido nitroso: principales gases de efecto invernadero producidos por el sector agropecuario en Uruguay. Ed. UdelaR Facultad de Agronomía pp Nouchi y col Mechanism of methane transport from the rhizosphere to atmosphere through rice plants. Plant Physiology 94: Pereyra V Emisiones de metano y óxido nitroso en arrozales de la zona este del Uruguay: el manejo de cultivo como factor determinante. Pasantía de grado de la Licenciatura en Ciencias Biológicas. Profundización en Biotecnología. UdelaR.