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1 Variación diurna en las emisiones de CO 2, CH 4, y N 2 O, durante la fase de desarrollo del cultivo de arroz en suelos de los ordenes Molisol e Inceptisol de la Línea Noroeste", República Dominicana Santiago W. Bueno Lopez, Ph.D. Programa de Investigaciones Silviculturales, Ambientales y Cambio Climático Vicerrectoría de Investigación e Innovación Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra Santiago, Republica Dominicana

2 Objetivos Generales y Específicos del Proyecto a) General Cuantificación de las emisiones de Dióxido de Carbono (CO 2 ), Metano (CH 4 ), y Óxido Nitroso (N 2 O) en parcelas de arroz cultivado en dos ordenes de suelo Mollisol e Inceptisol. b) Específicos Evaluar efecto de la fertilización en la emisión de CO 2 - CH 4 - N 2 O. Evaluar la variabilidad en el tiempo de las emisiones de CO 2 - CH 4 - N 2 O. Evaluar la variabilidad de las emisiones de CO 2 - CH 4 - N 2 O en función de variables, edáficas, climáticas y la relación suelo-agua.

3 Background

4 Ordenes de suelo bajo estudio Mollisol No presentan lixiviación excesiva. Suelos oscuros, con buena descomposición de materia orgánica gracias a los procesos de adición y estabilización (melanización). Saturación de bases superior al 50%. Suelos productivos debido a su alta fertilidad. Suelos bien estructurados. Suelos formados a partir de sedimentos minerales en climas templados húmedos a semiáridos. Dominancia de arcillas. Inceptisol Suelos con características poco definidas. Tienen una baja tasa de descomposición de la materia orgánica Poseen mal drenaje. ph y fertilidad variables dependientes de la zona: alta en zonas aluviales y baja en sedimentos antiguos y lavados sobre los cuales evolucionan el suelo, materia orgánica variable.

5 Propiedades Físico-Químicas Iniciales de los Suelos Orden Suelo (localización) Mollisol (Jicomé- Esperanza) Inceptisol (Guayacanes- Mao) Orden Suelo (localización) Mollisol (Jicomé- Esperanza) Inceptisol (Guayacanes- Mao) PROFUNDIDAD cm % ARENA % LIMO % ARCILLA TEXTURA % Capacidad de Campo % Punto de Marchitez Permanente PH CE µs/cm Arcilloso Densidad Real g/cc Densidad Aparente g/cc % MATERIA ORGANICA Ca meq/100g Franco Limoso Arcilloso Mg meq/100g C I C N % P mg/kg B mg/kg

6 Textura Arcilloso Franco Limoso Arcilloso

7 Fertilización, [N 2 ] en Mollisol e Inceptisol Mollisol FECHA FORMULA/ANALISIS [N 2 ] (%) N (Kg/ha) DOSIS (kg/ha) 1 ra 02/02/ da 12/02/ ra 23/02/2015 Sulfurea [CO(NH 2 ) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 ] ta 3/03/2015 Sulfurea [CO(NH 2 ) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 ] Inceptisol FECHA FORMULA/ANALISIS 1 ra 20/Ene/2016 Arroplex 200( )(4S - 1Zn - 8 sustancias humicas) Total [N 2 ] (%) N (Kg/ha) DOSIS (kg/ha) da 05-Feb ra 18-Feb ta 24-Feb-2016 Sulfurea [CO(NH 2 ) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 ] ta 04-Mar ltrs Polifor (Foliar) (10.8%N %MO - 33% CO) ta 13-Mar-2016 Sulfato Granulado (21%N - 24%S) Total ,157

8 Aspectos fenológicos del cultivar Jaragua Duración de las Fases de Desarrollo del Cultivar de Arroz Jaragua. Fase Duración (día) 1) Vegetativa 60 2) Reproductiva ) Maduración Total

9 Gases Medidos N 2 O CO 2 CH 4 CO 2 eq

10 Gases de efecto invernadero asociados a la agricultura Los tres principales GEI asociados con la agricultura CO 2, CH 4 y N 2 O difieren en su eficacia de atrapar el calor y en sus tasas de rotación en la atmósfera. Potencial de calentamiento global (GWP) para un plazo de 100 años, y comparado con una unidad de CO 2 CH 4.23 N 2 O. 296 La cantidad de flujos entre la atmosfera y el suelo dependen de: Factores físicos del suelo (Temperatura, contenido de agua, ph) Difusión de gases (porosidad llena de aire)

11 La respiración de los suelos contribuye con el 20% de las emisiones de CO2

12 Los suelos contribuyen con el 40% de las emisiones de CH4

13 Los suelos contribuyen con el 60% de las emisiones de N 2 O

14 Gases de efecto invernadero asociados a la agricultura En comparación con CH 4 y N 2 O, el CO 2 es reciclado en cantidades mayores a través de los sistemas de cultivo. Se libera de la MO del suelo por respiración heterotrófica y desde las raíces por respiración autotrófica. El metano [CH 4 ] se forma en condiciones anaeróbicas por el rompimiento de compuestos orgánicos, y se emite desde el cultivo de arroz debido a los procesos de ebullición y difusión y por trasportación desde las raíces, a través del aerénquima. Las emisiones de óxido nitroso [N 2 O] resultan de dos procesos microbianos: nitrificación y de-nitrificación.

15 Nitrificación

16 De-Nitrificación Dependiendo de condiciones físicas y químicas del suelo, pueden producir considerables emisiones de N 2 O.

17 Materiales y Equipos 1) Espectrómetro Medidor de Gases Picarro Modelo G2508 (CH 4, N 2 O, NH 3 y CO 2 ); 2) Cámara de Gases; 3) Bomba de vacío; 4) Precámara en PVC de 6 ; 5) Planta eléctrica de 800 W; 6) Cilindro para Densidad Aparente; 7) Medidor de Compactación; 8) ph metro; 9) Conductivímetro- Termómetro 10) Medidor contenido de humedad; 11) Cinta Métrica; Analizador de Gases Picarro. Modelo G2508.(CO 2, CH 4, N 2 O y NH 3 ). (1) (2) (3) 1) Auto-Cámara Forerunner Modelo AC-001 Montada en Precámara de pvc de 6 x 29 ½ h. (2) Set de Medidores Portátiles (ph, CE, T y humedad. (3) Medición de Compactación.

18 Materiales y Equipos Medidor de Compactación (Penetrómetro) Cilindro para Densidad Aparente Medidor de CE y Temperatura Medidor de ph y Humedad

19 Resultados

20 Variables Edáficas y Atmosféricas: promedios de mediciones diarias Promedios ph CE (ds/m) Temp. del Suelo ( C) Temp. del Aire ( C) Humed. Relativa Aire (%) Presión Baromet. (mb) Mollisol Inceptisol Diferencia (M-I) La de-nitrificación contribuye bastante a las emisiones de N 2 O en condiciones anaeróbicas y es favorecida por: niveles apropiados en el ph del suelo (5 y 8 con óptimo en 7) un rango de temperatura de suelo entre 5 y 30 o C (óptimo 25 o C).

21 Conceptos Suelo-Agua Suelo Resistencia (PSI) DA (gr/cm 3 ) Densidad Partícula Asumida (gr/cm 3 ) Porosidad Total [TP](%) Contenido Gravimét. Agua θg Contenido Volumét. Agua θv Porosidad Llena de Aire Porosidad Llena de Agua (WFPS) Mollisol Inceptisol Diferencia (M-I) Varias investigaciones sugieren mayores emisiones de N 2 O por causa de la de-nitrificación cuando WFPS > 80%.

22 Comparación de medias de las variables edáficas en ambos suelos Levene's Test for Equality of Variances Independent Samples Test t-test for Equality of Means 95% IC of the Difference PH HR CE TS Equal variances Equal variances Equal variances not assumed Equal variances F Sig. t df Sig. (2- tailed) Mean Differ. Std. Error Differ. Lower Upper

23 Correlación entre las variables edáficas y las emisiones Emisiones N20 en Inceptisol Emisiones CO2 en Mollisol Emisiones N20 en Mollisol CO2 CH4 N20 NH3 PH HR CE TS Pearson Correlation * Sig. (2- tailed) CO2 CH4 N20 NH3 PH HR CE TS Pearson Correlation ** ** ** Sig. (2- tailed) Pearson Correlation * Sig. (2- tailed)

24 Temperatura del Suelo en Mollisol

25 Temperatura del Suelo en Inceptisol

26 Predicción de emisiones a partir de las variables atmosféricas Variable Dependiente: CO2 en Inceptisol Variable Dependiente CO2 Unstandardized Coefficients B Std. Error t Sig. (Constant) PRESION ATM Variable Dependiente: CH4 en Mollisol Variable Dependiente CH4 Unstandardized Coefficients B Std. Error t Sig. (Constant) PRESION ATM

27

28 Emisiones Promedio y Tasas Gases Unidades Emisiones Promedio Mollisol Emisiones Promedio Inceptisol Tasa (Mollisol/ Inceptisol) Tasa (Inceptisol /Mollisol) CO 2 Kg/Ha/Día CH 4 (en CO 2 equivalente) Kg/Ha/Día N 2 0 (en CO 2 equivalente) Kg/Ha/Día Promedio Total CO 2 eq. Kg/Ha/Día CO 2 eq. Cosecha (Tons. en 113 días)

29 Emisiones de CO 2 eq. y Fertilización con Nitrógeno Mollisol Inceptisol CO 2 eq: Promedio 113 días (Ton/ha) N (Ton/ha) CO 2 eq: Promedio 113 días (Ton/ha) N (Ton/ha) En el Mollisol el promedio de Emisiones de CO2 eq es 2.6 veces mayor que el valor correspondiente del Inceptisol, a pesar que la cantidad de nitrógeno aplicada en este ultimo fue 1.37 veces mayor.

30 Kg/Ha/Año 500 CO 2 eq después de primer fertilización Mollisol: DESPUES 1ER FERT Inceptisol: DESPUES 1ER FERT

31 kg/ha/dia 500 Emisiones de CO 2 eq después de la 1er fertilización CO2 EQ MOLLISOL (D-1erFERT) CO2 EQ INCEPTISOL (D-1erFERT)

32 Kg/Ha/Dia 4000 CO 2 eq después de toda la fertilización Inceptisol: DESPUES TODA FERT Mollisol: DESPUES TODA FERT

33 Kg/Ha/Dia 4000 Emisiones de CO 2 eq después de toda la fertilización CO2 EQ MOLLISOL (D-FERTCOMP) CO2 EQ INCEPTISOL (D-FERTCOMP) -500

34 Toneladas Emisiones de CO 2 eq durante la Cosecha Principal (113 días) en Mollisol (Navarrete I) vs. Inceptisol (Esperanza III) CO2eq MOLLISOL CO2eq INCEPTISOL

35 Análisis Estadístico

36 Emisiones (CO 2 eq) después del Trasplante (KgHa -1 Dia) Días Después del Trasplante Estadísticos descriptivos SUELO Media Desviación típica N Inceptisol Mollisol Inceptisol Mollisol Inceptisol Mollisol Inceptisol Mollisol Inceptisol Mollisol Inceptisol Mollisol

37 Emisiones (CO 2 eq) después del Trasplante (KgHa -1 Dia) Pruebas de efectos intra-sujetos. Medida:CO2EQ Esfericidad y Suma de Eta al Parámetro de Media Potencia Correcciones cuadrados tipo gl F Sig. cuadrado no centralidad cuadrática observada Origen Estimadas III parcial Parámetro a FECHA FECHA * SUELO Error (FECHA) Esfericidad asumida; 2.- Greenhouse-Geisser ε =.474 ; 3.- Huynh-Feldt ε =.494 ; 4.- Límite-inferior ε =.0.200

38 Emisiones (CO 2 eq) después del Trasplante (KgHa -1 Dia) Medida:CO2EQ Suma de cuadrados tipo III Pruebas de contrastes intra-sujetos Eta al cuadrado parcial Parámetro de no centralidad Parámetro Potenci a observa da a Origen Efecto FECHA gl Media cuadrática F Sig. FECHA Lineal Cuadrático Cúbico Orden Orden FECHA * SUELO Error (FECHA) Lineal Cuadrático Cúbico Orden Orden Lineal Cuadrático Cúbico Orden Orden

39 Emisiones (CO 2 eq) después del Trasplante (Kg Ha -1 Dia -1 ) Estimaciones para la Variable Suelo Medida:CO2EQ Intervalo de confianza 95% SUELO Media Error típ. Límite inferior Límite superior Inceptisol Mollisol Comparaciones por pares Medida:CO2EQ Intervalo de confianza al 95 % para la diferencia a (I)SUELO (J)SUELO Diferencia de medias (I-J) Error típico Sig. a Límite inferior Límite superior Incept Mollisol * Mollis Inceptisol *

40 Emisiones (CO 2 eq) después del Trasplante (Kg Ha -1 Dia -1 ) Medida:CO2EQ Comparaciones por pares DIAS DESPUES TRASP. (I)SUELO (J)SUELO 20 Inceptisol Mollisol 46 Inceptisol Mollisol 66 Inceptisol Mollisol 80 Inceptisol Mollisol 95 Inceptisol Mollisol 110 Inceptisol Mollisol Diferencia de medias (I-J) Error típico Sig. a Intervalo de confianza al 95 % para la diferencia a Límite inferior Límite superior * * * *

41 Arroz Producido vs. Emisiones Suelo Producción Arroz Blanco(Ton/Ha) Ton CO2 eq./ton de arroz Tasas de Emisiones comparadas con lo expuesto Comunicación Nacional sobre Cambio Climático (6.20 Ton/Ha) Mollisol Inceptisol

42 Discusión & Conclusiones

43 Discusión Las emisiones de CO 2 fueron 5 veces mayores en el Mollisol Contenido alto de arcilla (Mollisol=52% vs. Inceptisol=34%) provoca una mayor evolución del CO 2. La liberación del CO 2 aumenta de forma exponencial con el incremento de la temperatura del suelo debido a una mayor descomposición de MO (Mollisol=2.79 vs. Inceptisol=0.84), y mayor actividad en las raíces. Las emisiones de CH 4 fueron 5 veces mayores en el Inceptisol Un mayor contenido de agua (Mollisol=91.21%; Inceptisol=81.76%) causa una menor difusión del CH 4. Las emisiones de CH 4 se inhiben si el ph es menor de 6.0 (Mollisol=5.1; Inceptisol=6.1). El riego intermitente durante el periodo de cultivo (practicado en el Mollisol) es adverso a la producción de CH 4. Las emisiones de N 2 0 fueron 9 veces mayores en el Inceptisol Se aplico una cantidad de nitrógeno 1.37 veces mayor en el Inceptisol (Inceptisol=0.250 Ton N vs Mollisol=0.182 Ton N). Un mayor contenido de agua (Mollisol=91.21%; Inceptisol=81.76%) produce mayor conversión de N 2 0 a N 2. A ph < 6.0 (Mollisol=5.1; Inceptisol=6.1), decrece la de-nitrificación.

44 Discusión Disminuir la concentración NH4+ y NO3- utilizando inhibidores para la ureasa y nitrificación, mejorara el uso eficiente de fertilizantes Se reducen los procesos de nitrificación y de-nitrificación Se reduce la tasa de N 2 0:N 2 Aumentar el C orgánico del suelo mediante practicas como retención de residuos de cosecha y aplicación de fertilizantes con componentes orgánicos, Aumentar el ph del suelo con aplicaciones de cal cada año, y Mejorar la aireación del suelo al lograr una mejor estructura vía: Secuestro de C, Evitando la compactación, Mejorando el drenaje Uso eficiente de agua facilitara niveles de nitrificación y de-nitrificación apropiados reducirá la tasa de N 2 0:N 2

45 Conclusiones Existe una interacción significativa de los factores suelo x fecha en las emisiones de CO2 eq F(2.37, )=44.65, p<0.000, η 2 = 0.34 Existe un efecto significativo del factor principal intra-sujetos fecha en las emisiones de CO2 eq F(2.37, )=42.19, p<0.000, η 2 = 0.33 Existe un comportamiento cuadrático significativo en la interacción de los factores suelo x fecha y también para el factor principal fecha en las emisiones de CO2 eq F(1, 87)= 140, p<0.000, η 2 = y F(1, 87)= 79, p<0.000, η 2 = 0.476, respectivamente. Existe diferencias significativas para el factor principal suelo en las emisiones de CO2 eq. Las emisiones son mayores en el Mollisol con diferencia de medias de Kg Ha -1 Día -1 p< Existe diferencias estadísticamente significativas en las emisiones de CO2 eq en los dos ordenes del suelo en 4 de las 6 fechas. Las emisiones son mayores en el mollisol en todas las fechas excepto después de la cosecha.

46 Agradecimientos MESCyT - FONDOCyT Danny Morel (Productor) Antonio Pérez (Productor) Encarna Garcia, Ph.D.(Co-Investigador) Milton Garcia, MP (Co-Investigador) Maximino Herrera, MP (Co-Investigador) Ing. Luis Caraballo (Co-Investigador) Gregori Pichardo (Estudiante) Sarahaime Rodriguez (Estudiante)

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