Variación diurna en las emisiones de CO, CH, N O, y NH durante la fase

Transcripción

1 Variación diurna en las emisiones de CO 2, CH 4, N 2 O, y NH 3 durante la fase de desarrollo del cultivo de arroz en un suelo Molisol de la Línea Noroeste", República Dominicana Programa de Investigaciones Silviculturales, Ambientales y Cambio Climático Vicerrectoría de Investigación e Innovación Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra Santiago, Republica Dominicana

2 Gases de efecto invernadero asociados a la agricultura Los tres principales GEI asociados con 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. Calcular su potencial de calentamiento global (GWP) por lo tanto depende del período de tiempo considerado. Para un plazo de 100 años, las unidades de masa de CH 4 y N 2 O se consideran tener 23 y 296 veces el GWP, respectivamente, de una unidad de CO 2 (IPCC, 2001).

3 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 agrícolas. La emisión neta de CO 2 es pequeña en comparación con su reciclaje total en la agricultura. La emisión es mayormente causada por el uso de energía en los campos; en la fabricación de equipos agrícolas y en el transporte de productos agrícolas.

4 Gases de efecto invernadero asociados a la agricultura El metano [CH 4 ] se emite desde el cultivo de arroz y desechos de rumiantes. El amoniaco (NH 3 ) no se considera un GEI, pero libera pequeñas cantidades de N. En su mayoría, su destino final es volver al suelo en otros lugares diferentes de donde fue emitido. Las emisiones de óxido nitroso [N 2 O] resultan de dos procesos microbianos: nitrificación y de-nitrificación.

5 Nitrificación

6 De-Nitrificación

7 Objetivos Generales y Específicos del Proyecto a) General Cuantificación de las emisiones de Dióxido de Carbono (CO 2 ), Metano (CH 4 ), Óxido Nitroso (N 2 O) y Amoniaco (NH 3 ) en una parcelas de arroz en un suelo del orden Molisol, considerando las diferentes fases de desarrollo del cultivo. b) Específicos Evaluar efecto de la fertilización en la emisión de CO 2 - CH 4 - N 2 O - NH 3 Evaluar la variabilidad en el tiempo de las emisiones de CO 2 - CH 4 - N 2 O - NH 3 en función de la variación del clima.

8 Orden de suelos Molisol Horizonte de espesor, Superficie oscura (horizonte superficial fértil, conocido como un epipedón mólico), Suelos agrícolas más importantes y productivos del mundo, Alta carga orgánica, enriquecida con nutrientes del suelo de la superficie (horizonte C), por lo general entre 60 a 80 cm de espesor. Debido a su productividad y la abundancia, los Molisoles representan uno de los órdenes de suelos más importantes económicamente. El orden de suelos más joven de la tierra.

9 Fertilización, [N 2 ] de la parcela de ensayo ORDEN FECHA FORMULA/ANALISIS [N 2 ] (%) 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 ] Total 867 Propiedades Físico-Químicas de los Suelos en Parcela de Ensayo GEI Cultivo de Arroz (Resultados Análisis Laboratorio Suelos y Aguas del INDRHI, Enero 2015). CO (%) MO (%) Ca (mg/kg) Mg (mg/k g) CIC N (%) P (mg/kg) K (mg/kg) B (mg/kg) ph CE (ms/cm ) Da (g/cm 3 )

10 Aspectos fenológicos al cultivar la variedad de arroz Jaragua Duración de las Fases de Desarrollo del Cultivar de Arroz Jaragua. Fase Duración (día) 1) Vegetativa 60 2) Reproductiva 35 3 ) Maduración 30 Total Altura Media de Planta Medidas Durante el Ciclo del Cultivo. Fecha Altura (cm) 30-ene feb mar mar abr

11 Secuencia de Actividades Actividad Fecha Actividad Fecha Establecimiento de Semillero Muestreo de Suelo para Análisis Físico-Químico y Mediciones de Da y Compactación. Medición de GEI en Suelo Desnudo, Collar 2.57 cm Preparación del Terreno (Corte, cruce, rastra, muros y nivelación húmeda) * al Siembra (trasplante) er Fertilización 40 lbs./ta ( ) días después del trasplante Medición gases en Collar 2.57 cm (H plantas : 16.3 cm) días después del trasplante 2da Fertilización 40 lbs./ta ( ) días después del trasplante 3ra Fertilización 25 lbs./ta Sulfurea [CO(NH 2 ) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 ] 35 días después del trasplante 4ta Fertilización 15 lbs./ta Sulfurea [CO(NH 2 ) 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 ]. Inundación. 43 días después del trasplante Medición gases en collar 50 cm (H plantas: 65.0 cm) 46 días después del trasplante Medición gases en collar 75 cm (H plantas: 65.0 cm) 66 días después del trasplante Medición gases en collar 75 cm (H plantas: 86.7 cm) 80 días después del trasplante Medición gases en collar 75 cm (H plantas: 96.3 cm) 94 días después del trasplante Medición gases en collar 10 cm (H plantas: 0.0 cm) 113 días después del trasplante

12 Características agro-climatológicas en la parcela de medición de GEI Ubicación : Jicomé-Esperanza Localización: N W , Altitud 100 msnm Tipo de Suelo: Molisol (Serie Navarrete) Condiciones Climatológicas Durante las Mediciones de GEI en Fca. de Arroz (Jicomé- Esperanza). Localización de la Fca. Arroz del Productor D. Morel en Jicomé- Esperanza. VARIABLE ENE FEB MAR ABR T ( C) P (mm) Et (mm) Hr (%) Ra (w/m 2 ) Vv (m/s) Aire (kg/m 3 )

13 Cronología de mediciones, fertilización y fase de desarrollo del cultivo en días Fertilización Germinación Mediciones Fecha 02/10/15 03/6/15 03/26/15 04/9/15 04/23/15 05/12/15 02/02/ /12/ /23/ /03/ /19/ inicio de Fase vegetativa reproductiva maduración maduración maduración maduración

14 Materiales y Equipos 1) 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.

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

16 Gases Medidos en Cultivo de Arroz en Parcela Localizada en Jicomé-Esperanza N 2 O CO 2 CH 4 NH 3 CO 2 eq

17 Comportamiento del Dióxido de Carbono [CO 2 ] por fecha de medición Emisiones (Kg/Ha/día) de CO 2 Intervalo de confianza Desviación Error para la media al 95% Fase N Media Mínimo Máximo típica típico Límite Límite Fecha inferior superior Total vegetativa 2.- reproductiva Inicio panícula Desarrollo panícula 3.- inicio de maduración 4.- maduración 5.- retoño Floración Grano lechoso Grano pastoso Grano maduro

18 Comportamiento del Dióxido de Carbono [CO 2 ] durante el día Emisiones (Kg/Ha/día) de CO2 Intervalo de confianza para la media al 95% Hora Desviación Límite Límite N Media típica Error típico inferior superior Mínimo Máximo Total

19 Comportamiento del Dióxido de Carbono [CO 2 ]: Medias marginales por fecha y durante el día

20 Anova de dos Factores (Fecha y Hora): Comportamiento del Dióxido de Carbono [CO 2 ]:

21 Anova de un Factor (Fecha): Comportamiento del Dióxido de Carbono [CO 2 ]: Prueba de Comparaciones Múltiples Bonferroni sobre las Emisiones (Kg/Ha/día) de CO2 (I) Fecha (J) Fecha Intervalo de confianza al Diferencia de 95% Error típico Sig. medias (I-J) Límite Límite inferior superior 10 de Febrero * * de Marzo * de Marzo * * de Abril * * de Abril * * * de Mayo * *

22 Comportamiento del Metano [CH 4 ] durante el día N Media Emisiones (Kg/Ha/día) de CH 4 Desviaci ón típica Error típico Intervalo de confianza para la media al 95% Mínimo Máximo Hora Límite Límite inferior superior Total

23 Comportamiento del Metano [CH 4 ] por fecha de medición Fecha N Media Emisiones (Kg/Ha/día) de CH 4 Desviación típica Error típico Intervalo de confianza para la media al 95% Límite inferior Límite superior Mínimo Máximo Total

24 Comportamiento del Metano [CH 4 ]: Medias marginales por fecha y durante el día

25 Comportamiento del Metano [CH 4 ] Pruebas de los efectos inter-horas Medida:CH4 Variable transformada: Promedio Suma de cuadrados Media Eta al cuadrado parcial Origen tipo III gl cuadrática F Sig. Intersección HCODIF Error En las emisiones individuales de CH4, se puede captar un efecto significativo (nivel alfa de 0.05) de las horas en la variable transformada promedio de emisiones por hora.

26 Comportamiento del Oxido Nitroso [N 2 O] por fecha de medición N Media Emisiones (Kg/Ha/día) de N 2 O Desviaci ón típica Error típico Intervalo de confianza para la media al 95% Mínimo Máximo Fecha Límite Límite inferior superior Total

27 Comportamiento del Oxido Nitroso [N 2 O] durante el día N Media Emisiones (Kg/Ha/día) de N 2 O Desviación típica Error típico Intervalo de confianza para la media al 95% Mínimo Máximo Hora Límite Límite inferior superior Total

28 Comportamiento del Oxido Nitroso [N 2 O] : Medias marginales por fecha y durante el día

29 Comportamiento del Oxido Nitroso [N 2 O] Origen Suma de cuadrados tipo III Pruebas de los efectos inter-horas Medida:N2O Variable transformada: Promedio gl Media cuadrática F Sig. Eta al cuadrado parcial Intersección HCODIF Error En las emisiones individuales de N2O, se puede observar un efecto significativo (nivel alfa de 0.05) de las horas en la variable transformada promedio de emisiones por hora.

30 Comportamiento del Amoníaco [NH 3 ] durante el día N Media Emisiones (Kg/Ha/día) de NH3 Desviación típica Error típico Intervalo de confianza para la media al 95% Mínimo Máximo Hora Límite Límite inferior superior Total

31 Comportamiento del Amoníaco [NH 3 ] por fecha de medición N Media Emisiones (Kg/Ha/día) de NH3 Desviación típica Error típico Intervalo de confianza para la media al 95% Mínimo Máximo Fecha Límite Límite inferior superior Total

32 Comportamiento del Amoníaco [NH 3 ] : Medias marginales por fecha y durante el día

33 Comportamiento del Amoníaco [NH 3 ] Prueba de Comparaciones Múltiples Bonferroni sobre las Emisiones (Kg/Ha/día) de NH 3 Intervalo de confianza al 95% (I) Fecha (J) Fecha Diferencia de medias (I-J) Error típico Sig. Límite inferior Límite superior 10 de Febrero * de Marzo * El ANOVA de un factor (fecha de medición) muestra diferencias estadísticas significativas en las emisiones individuales de NH3, en las fechas indicadas.

34 Comportamiento del Amoníaco [NH 3 ] Suma de cuadrados tipo III Pruebas de los efectos inter-horas Medida:N2O Variable transformada: Promedio Eta al cuadrado parcial Media Origen gl cuadrática F Sig. Intersección HCODIF Error En las emisiones individuales de NH 3, se puede observar un efecto significativo (nivel alfa de 0.05) de las horas en la variable transformada promedio de emisiones por hora.

35 GWP en parcela GWP (IPCC 2001) Flux CO2 (E) (umol/m 2 /s) Flux CH4 (E) (nmol/m 2 /s) Flux N2O (E) (nmol/m 2 /s) Flux NH3 (E) (umol/m 2 /s) n Promedio GWP (CO2 eq) N/A Kg/ha/ dia (CO2 eq) Ton/ha 108 dias (CO2 eq) Producción (arroz blanco/ha) COMPARACIONES?? Estudio Teórico Factor Toneladas/Ha ,403 Gg/185,100 ha 1,146.70* *Comunicación Nacional sobre cambio climático Ton CO2 eq./ton de arroz ton ton 4

36 Conclusiones Las mayores emisiones de CO 2 se registraron al inicio y durante la etapa de maduración del grano. a los 97 y 125 días después de la germinación 23 y 51 días después de inundación permanente 23 y 80 días después de fertilización total Hay diferencias significativas en las emisiones de CO 2 entre las 6 fechas evaluadas. Menores al inicio y después de la cosecha. Hay diferencias significativas en las emisiones de NH 3 en 2 de las fechas evaluadas. Mayores al inicio de cosecha. Al transformar la variable emisiones en promedios por hora, los flujos de CH 4, N 2 O y NH 3 resultaron ser estadísticamente significativos.

37 Conclusiones Toneladas Métricas/Hectárea de CO 2 son equivalentes a: La Emisión de Gases de Efecto Invernadero producida por: 5 carros de pasajeros en un año. 90,971.2 km recorridos anualmente por un carro de pasajeros promedio. 8.6 toneladas de basura enviadas al basurero. 1.2 camiones de basura reciclados en vez de ser enviados al basurero. La Emisión de CO 2 producida por: 2,687 galones de gasolina consumida. 25,650 libras de carbón consumidas barriles de petróleo consumidos. 995 cilindros de gas propano para bbq. El carbono secuestrado por 3.4 hectáreas de pino criollo maduro en un año [342 arboles; cm dap; 22.6 m de altura]. 612 plantitas recién sembradas y que se dejen crecer 10 años.

38 Agradecimientos FONDOCyT 2013 J. Payero M. Garcia Nani Garcia Sarahaime Rodriguez Danny Morel Junta de Regantes de Esperanza