Análisis del Carbono en la Dinámica de Uso de la Tierra

Análisis del Carbono en la Dinámica de Uso de la Tierra Gerald Kapp Glenn Hyman, Valentina Robiglio, y Douglas White Fahmuddin Agus, Kurniatun Hairiah, Sandra Verlarde y Meine van Noordwijk Taller: Economía de Actividades y sus aplicaciones prácticas hacia un enfoque de paisaje Esmeraldas, 2-6 de Julio 2012 geraldkapp@worldbank.org

Por qué y como analizar el Carbono en la Dinámica de Uso de la Tierra? 1. Por qué trazar mapas de los sistemas de uso de la tierra? 2. Cual es la relación entre cobertura y uso de la tierra? 3. Que es la matriz de cambio en el uso de la tierra? 4. Que técnicas se pueden utilizar para medir el carbono?

Componentes para el desarrollo de una curva de costos de oportunidad según el Manual Para el eje vertical: Cap. 4 Cap. 5 Clasificar Reservas de usos de la tierra carbono Bosque (tc/ha). Agricult. Para el eje horizontal: Cap. 6 Beneficios (USD/h a) Matriz de costos de oportunidad (USD/tCO 2 e) Cap. 7 Costos de oportunidad Cap. 4 Estimar el cambio en el uso de la tierra (matriz de registros, historias o trayectorias Matriz de emisiones (tco 2 e) Estimación de los Costos de Oportunidad de Manual de Capacitacion. Banco Mundial, 2011

Pasos analíticos para desarrollar una curva de costos de oportunidad 1 Encuesta socioeconómica de sistemas de uso del suelo y beneficios gestionados por los agricultores 4 Curva de abatimiento / costos de oportunidad 2 Medición de reservorios de carbono en cada sistema de uso del suelo 3 Evaluación de cambios en el uso del suelo y los reservorios de carbono mediante análisis espacial usando análisis de detección remota

Unidad de tierra Terreno ecológicamente homogéneo a la escala escogida Atributos de la unidad Cobertura del suelo Uso de la tierra Carbono Suelo Geo-morfología Hidrología Geografía - Paisaje

USO DE LA TIERRA COBERTURA DE LA TIERRA Cobertura de la tierra: la cobertura (bio-)física que se observa sobre la superficie de la tierra (p.eje. pradera, bosque de altura) Uso de la tierra: caracterizado por los arreglos, actividades e insumos que el hombre emprende en un cierto tipo de cobertura de la tierra, para producir, cambiarla o mantenerla (p. eje. pastoreo, césped de golf, extracción de madera) (FAO-LCCS2: http://www.glcn.org/ontology/l2_def_1_en.jsp)

USO DE LA TIERRA COBERTURA DE SUELO COBERTURA DE SUELO USO DE LA TIERRA

USO DE LA TIERRA COBERTURA DE SUELO La agricultura migratoria

Amazonía peruana central 1990 kilómetros Cubierta forestal 95% Cubierta forestal 80% Cubierta forestal 65% Cubierta forestal 50% Plantación palma de aceite Agricultura de roza Minifundio Haciendas ganaderas Sin vegetación Aguas libres Sin datos

Labores preliminares para llegar de CT al UT 1) Identificar y adquirir mapas existentes 2) Decidir de utilizar y adaptar un marco existente o crear uno nuevo Elementos claves: la compatibilidad de las resoluciones referentes a la información sobre el uso de la tierra la información económica la información sobre el carbono

LCCS: http://www.glcn.org

Sistemas de clasificación y leyenda Sistemas jerárquicos: 1) Una familia de clases de UT está vinculada mediante una relación padre-hijo a través de varios niveles 2) En el nivel más alto o general, la definición aplica pocos criterios diagnósticos (p.ej. Bosque / No bosque) 3) Las clases pueden inferirse fácilmente del análisis de la Cobertura de la Tierra

Sistemas de clasificación y leyenda O T R O S Turba No turba Zona de turba no forestal Zona forestal Bosque en turba Bosque en n turba Sin perturbar Desmontado / quemador Bosque de pantano Alta densidad Baja densidad Sin perturbar Desmontado / quemado Sin perturbar Manglar Desmontado / quemado Imagen preprocesada Zona no forestal Sistema basado en árboles Sistema no basado en árboles Multiestrato Monocultivo Agricultura Arroz E X P L. A G R O F. Basada en caucho Basada en frutas Basada en canela Basada en resinas naturales S I N D A T O S Nube Sombra Sin vegetación Tierra Agua Hierba Matorral Asentamiento Tierra desmontada P L A N T A C I Ó N Caucho Palma de aceite Madera indus. Constr.

Seleccionando imágenes de satélite: costo y complejidad del uso frente a la resolución UMM UMM = Unidad mínima de medición Fuente: GOFC-GOLD Handbook (2009) Landsat TM o ETM+, Terra ASTER, IRDS, DMC, SPOT HRV CBERS IKONOS, QuickBird, fotografías aéreas Costo/km 2 - complejidad

Verificación de la interpretación de una imagen por observación directa; GPS Cámara digital Hoja de cálculo Base de datos Proceso de validación Protocolo de verificación en campo de la interpretación de una imagen http://gisweb.ciat.cgiar.org/googledocs/fpp_mapper/groundtruth_protocol.pdf Relacionar (geotagear) fotos y GPS http://gisweb.ciat.cgiar.org/googledocs/fpp_mapper/geotagear%20fotos%20digitales.pdf

Proceso de validación Datos de referencia: GOOGLE EARTH IKONOS

Análisis del cambio en el uso de la tierra Tabla con los datos originales para los polígonos por clases para las fechas consideradas (> 4,100 polígonos)

Cambio de Ocupación del suelo 2003 Matriz de Cambio en el Uso de la Tierra Cambio a Ocupación del suelo 2006 TF TC P H A OT SD 2003 Total TF 89.11 1.22 1.64 0.47 0.02 0.45 0.69 93.60 TC 0.87 45.28 1.09 0.30 0.35 0.39 0.18 48.45 P 1.79 1.27 14.73 0.49 0.03 0.21 0.15 18.66 H 1.22 0.65 0.58 7.78 0.03 0.30 0.01 10.57 A 0.03 0.17 0.04 0.01 2.61 0.02 0.01 2.91 OT 0.20 0.28 0.32 0.11 0.02 2.09 0.01 3.02 SD 5.25 1.50 1.03 0.20 0.04 0.17 2.51 10.70 Total 2006 98.46 50.37 19.42 9.36 3.09 3.63 3.57 187.91 TF = terreno forestal. TC = tierra de cultivo. P = pastizal. H = humedal. A =asentamiento. OT= otros terrenos. SD= sin datos

Como medir el carbono en la dinámica de los sistemas de uso de la tierra? C Paisaje Área de cambios Cambio de las reservas de C Cambio de las reservas de C en el paisaje (t C año -1) DATOS DE LA ACTIVIDAD Área de cambios entre el uso de la tierra 1 y 2 (ha) FACTOR DE EMISIONES Diferencia de reservas de C entre el uso de la tierra 1 y 2 (t C ha -1) Directrices del IPCC de 2006 para los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero Volumen 4. Agricultura, silvicultura y otros usos de la tierra http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/spanish/vol4.html

Reserva de carbono, Mg ha -1 Como el uso del suelo afecta los reservorios de C? 240 200 160 120 80 40 0 Bosque natural Corta y quema Explotación agroforestal Perdida por corta y quema Recuperada mediante reforestación Restante en tierras degradadas Corta 0 10 20 30 40 Años 230 80 29 (IPCC, 2001, página 209) Reserva media de carbono, Mg ha -1

carbono (t/ha) Distribución del Carbono en un Sistema de Uso de la Tierra en Guatemala 250 200 150 100 50 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 árboles maderables plantas café Total árboles de sombra suelo años CO2Fix Model (2005)

Qué relación tiene con los créditos de carbono? Contabilidad del carbono = Cajero automático Reservorio de carbono menos reservorio de carbono del nivel de referencia precio de carbono $$ Basado en t CO2

Utilidad de Medición de Carbono Costos de Oportunidad curvas de abatimiento Sistema de Medición, Reporte (Notificación) y Verificación (MRV) Niveles de emisiones de referencia (NER o REL) Comunicaciones nacionales a la UNFCCC

Prioridad y costos de la medición del carbono en diferentes tipos de usos de la tierra y reservorios Reservorio de C Método Uso de la tierra Bosque Plantación Costo Prioridad Costo Prioridad Cultivo anual Costo Prioridad Biomasa árboles DAP y ecuaciones alométricas Biomasa sotobosque Muestras destructivas Nota: los valores más altos (verde sombreado) indican una prioridad o un coste mayor. Ejemplo de Indonesia.

Prioridad y costos de la medición del carbono en diferentes tipos de usos de la tierra y reservorios Uso de la tierra Reservorio de C Método Costo Bosque Prioridad Plantación Costo Prioridad Cultivo anual Costo Prioridad Biomasa árboles DAP y ecuaciones alométricas Biomasa sotobosque Muestras destructivas Cultivo Documentación, datos secundarios Biomasa muerta No destructivo Hojarasca Destructivo C tierra Destructivo: densid. y contenido de C Nota: los valores más altos (verde sombreado) indican una prioridad o un costo mayor. Ejemplo de Indonesia.

Requisitos que deben cumplir los datos según la Guía de Buenas Prácticas del IPCC Representativos: presentar sistemas de uso de la tierra / cobertura de la tierra en sus proporciones Coherentes a lo largo del tiempo: presentar sistemas de UT/ CT sin contradicciones en el tiempo Completos: incluir toda la tierra de un país, cubriendo tanto aumentos en una zona y pérdidas en otra Transparentes: describir claramente las fuentes de datos, definiciones, metodologías y suposiciones

Elegir niveles de precisión Nivel ( tier )1: Datos de ámbito global Imágenes de detección remota Ecuaciones y parámetros globales / regionales Nivel 2: Datos de ámbito nacional Datos de inventarios forestales, centrados en volúmenes de madera de especies comerciales Datos ecológicos que se pueden convertir en estimaciones de la biomasa total Nivel 3: Datos de parcelas / cuencas hidrográficas Modelos bio-económicos de producción de biomasa según diferentes regímenes de gestión, calibrados con datos de la biomasa a nivel de parcela (especies maderables y otras) Datos de parcelas forestales de larga duración

Número de parcelas Relación entre costos y el nivel de precisión de las mediciones: Ejemplo de un bosque en Bolivia Nivel de precisión (+/-) en % del promedio del carbono de biomasa (nivel de confianza: 95%) % *Fuente: IPCC 2003, capítulo 4-3

Determinar el número de parcelas 1. Identificar el nivel de precisión deseado, p. ej. +/- 10% del valor medio (0,1) 2. Identificar la zona donde se van a recopilar los datos preliminares para cada estrato, entre 6 y 10 parcelas de tamaño adecuado 3. Estimar la reserva media de carbono y la desviación estándar con respecto a los datos preliminares 4. Calcular el número necesario de parcelas Referencia: Pearson, Walker, Brown 2005: Sourcebook for Land Use, Land-Use Change and Forestry Projects. BioCF, Winrock International

Variables para determinar el número adecuado de parcelas Media Varianza Desviación estándar t : valor de la distribución t de la probabilidad para un nivel de confianza elegido, p. ej. 95%. Inicialmente, para un tamaño de muestra desconocido: t = 2 t

Ejemplo: determinar el número de parcelas Proyecto de 1 solo estrato Área Tamaño de la parcela Reserva media de carbono Desviación estándar N (no. de (número posibles de unidades posibles de unidades muestra) de muestra) Precisión deseada E (error permisible) (error permisible) 10.16² parcelas Referencia: Pearson, Walker, Brown 2005: Sourcebook for Land Use, Land-Use Change and Forestry Projects. BioCF, Winrock International

Tool to calculate sample size Does both sample size and costs 34

Contabilidad de los cambios en las reservas de C en los distintos sectores de uso de la tierra C = ij A ij [ C ij BV + C ij MOM + C ij SUELO ] / T ij Cambio UT Biomasa Necromasa Suelo Bosque intacto Bosque de alta densidad intervenido Bosque de baja densidad intervenido Bosque de pantano intacto Bosque de pantano intervenido Manglar intacto Explotación sobre manglar Rebrote natural de matorral Caucho agroforestal Canela agroforestal Jardín particular Caucho Palma de aceite Coco Café agroforestal Agricultura Campo de arroz Turbera abierta Hierba Terreno limpio Asentamiento Estanque de peces Masa de agua Sin datos Kalimantan Oriental 1990 2000

Contabilidad de los cambios en las reseras de C en los distintos sectores de uso de la tierra C = ij A ij [ C ij BV + C ij MOM + C ij SUELO ] / T ij C Cambio anual en las reservas de C en el paisaje, t C año -1 ij A ij Suma de áreas de tipo de uso de la tierra i que cambia a j, ha C ij BV Cambio en las reservas de C en biomasa viva, derivadas de cambios del tipo de uso de la tierra i al j, t C ha -1 C ij MOM Cambio en las reservas de C en materia orgánica muerta, derivadas de cambios del tipo de uso de la tierra i al j, t C ha -1 C ij SUELO Cambio en las reservas de C en suelos derivadas de cambios del tipo de uso de la tierra i al j, t C ha -1 Período de transición del tipo de uso de la tierra i al tipo j, año T ij Cambio UT Biomasa Necromasa Suelo

Contabilidad de los cambios en las reservas de C en los distintos sectores de uso de la tierra C = ij A ij [ C ij BV + C ij MOM + C ij SUELO ] / T ij Creación de modelos Medición a nivel de parcela

Diseño de parcelas anidadas para la toma de muestras Subparcela grande 100 x 20 m Subparcela de 0,5 x 0,5 m Árboles DAP >30 cm (circunferencia 95 cm) dentro de la subparcela grande Árboles con DAP de 5-30 cm dentro de la subparcela de 5 x 40 m Árboles DAP <5 cm (circunf. <15 cm) dentro de la subparcela de 0,5 x 0,5 m Parcela de la muestra del sotobosque y de la hojarasca

Variables para determinar la biomasa de árboles encima del suelo 1. Diámetro del fuste 2. Gravedad específica de la madera 3. Altura total del árbol 4. Tipo de bosque (seco, húmedo o pluvial) Mas importante Menos importante ρ, D, H Biomasa en Mg/árbol = densidad madera (g / cm 3 o t / m 3 ); D = dap (cm); H = altura del árbol (m) Chave et al. (2005)

Relación del tamaño de los árboles con las reservas de carbono en un bosque Diámetro del fuste DAP (cm) Materia seca de biomasa por árbol (Mg) Número de árboles por hectárea Carbono por hectárea (Mg/ha) Carbono (%) 10 - < 20 0,13 900 53 19 20 - < 30 2,25 70 71 24 30 - < 50 8,50 20 76 26 50 - < 70 20,00 10 90 31 Total - 1000 290 100 Mg = tonelada métrica

Ecuaciones de la biomasa de los árboles Lluvia, mm/año Ecuación alométrica Seco (<1500) W = 0,139 D 2,32 Brown, 1997 Húmedo (1500-4000) W = 0,118 D 2,53 Brown, 1997 W = 0,049 D 2 H Brown et al.,1995 W = 0,11 D 2+c (c=0,62) Ketterings et al., 2001 Diámetro cm Número árboles R 2 5-40 28 0.89 5-148 170 0.90 Muy húmedo (>4000) W = 0,037 D 1,89 H Brown, 1997 4-112 160 0.90 W = biomasa árbol encima del suelo (kg/árbol); D = dap (cm); H = altura (m) R = coeficiente de correlación; = densidad madera (g/cm 3 )

Tree dry weight, kg/tree Peso seco del árbol, kg/árbol Aptitud de ecuaciones alométricas para Paraserianthes falcataria en N. Lampung, Indonesia 250 200 Observed Observado Brown 97 97 Ketterings Ketterings 2001 2001 Brown 150 Power observado (Observed) Y y = 0,0272 0.0272x D 2.831 2,831 R 2 R= 2 0,8161 = 0.8161 observado 100 50 Ketterings 0 5 10 15 20 Stem Diámetro diameter, basal, cm cm

Estimación de la biomasa y del carbono de los árboles en sistemas agroforestales W = 0,11 D 2+0,62 (Ketterings et al., 2001) Densidad de la madera ( )= 0,375 g cm -3 c = 0,62 W = biomasa; D = dap Carbono = 46% x W

Pinus Bambú Caoba Paraserianthes Vamos a utilizar esta ecuación alométrica? W = 0,118 D 2,53 (Brown, 1997) Café Platano

Ecuaciones de biomasa para especies "leñosas" Vegetación Ecuaciones R 2 Café (Arifin, 2001) W = 0,2811 D 2,0635 0,9455 Platanero (Arifin, 2001) W = 0,0303 D 2,1345 0,9887 Bambú (Priyadarsini,1998) Paraserianthes (Sugiarto, 2001) Té (Camelia sinensis) (Hariyadi, 2005) W = 0,1312 D 2,2784 0,9541 W = 0,0272 D 2,831 0,8161 W = 0,1594 D 1,1517 Pinus (Waterloo, 1995) W = 0,0417 D 2,6576 0,9085

Equipo necesario

Densidad de la madera Densidad Wood de la density, madera, Mg Mg m -3 m 3 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 A medium media=0,72 = 0.72 low bound midpoint upper bound 0.0 0.0 0.5 1.00.0 0.5 1.0 Cumulative frequency límite inferior punto medio límite superior B medium media=0,66 = 0.66 Cumulative frequency C medium media=0,62 = 0.62 0.0 0.5 1.0 Cumulative frequency Frecuencia acumulativa Frecuencia acumulativa Frecuencia acumulativa Bosque natural Bosque alterado Agroforestería con caucho http://www.worldagroforestry.org/sea/products/afdbases/af/index.asp

Tabla de biomasa total de los árboles > 5 cm DAP N.º 1 2 3 100 Nombre local/científico Con ramas? S/N C D Al *) Biomasa, kg/árbol**) BIOMASA TOTAL DE LOS ÁRBOLES. Nota: C= circunferencia (cm), D = dap= C/π (cm), donde π =3,14 ; Al= altura del árbol (cm), = densidad de la madera (g cm -3 ) *)Densidad estimada de la madera: Alta, Media y Baja (0,x, 0,y y 0,z g cm -3 ) Nota * *) Biomasa sobre la superficie estimada utilizando una ecuación alométrica específica para los árboles en el bosque tropical, y para árboles que crecen en el sistema de la agrosilvicultura y el sistema de las plantaciones

Biomasa total del sotobosque Reserva de C = PS (kg) x C total (0,46) N.º PF total (kg) PF muestra parcial (g) PS muestra parcial (g) PS total kg/0,25 m 2 kg/m 2 C total, % Reserva de C total, t/ha 1 2 3 4 5 6 PS total PS medio PS = peso seco, PF = peso fresco

Reservas de C del sistema de raíces de los árboles Los valores predeterminados para la relación brote/raíz son 4:1 para bosques tropicales húmedos en suelos normales de tierras altas. 4 hasta 10:1 en sitios continuamente húmedos alrededor de 1:1 con una fertilidad del suelo muy baja, estaciones secas largas 1

Estimación de la necromasa: árboles tumbados Diámetro basal (D) Longitud (L) 5 m 40 m PS = /4 x D 2 [cm 2 ] x longitud [cm] x densidad de madera [g cm -3 ]

NECROMASA: toma de muestras sin perturbar nada

Toma de muestras destructiva: sotobosque y hojarasca 5 m 0,5 m 0,5 m 40 m

Toma de muestras de tierra Densidad aparente de la tierra Densidad aparente = Peso / Vol. (g cm -3 ) 1 2 4 3 Marco de metal: 20x20x10 cm

Estimación de la reserva total de C en el suelo Ejemplo de cálculo Que es la reserva de C (t/ha) en una capa de tierra de 10 cm, si la densidad aparente de la tierra es 1 kg/dm 3 o 1 t/m 3, y la concentración de C org en la tierra es de un 2%? Peso de la tierra por ha = 100 m x 100 m x 0,10 m x 1 t/m 3 = 1000 t Reserva de C en la tierra = 1000 t x 0,02 = 20 t/ha

Estimación de la reserva total de C por parcela SUS Rep. Árbol*) t/ha 1 2 3 4 5 6 Sotobosque t/ha Hojarasca t/ha Raíz**) t/ha Suelo 0-5 cm t/ha Suelo 5-15 cm t/ha Reserva total de C t/ha 1 2 3 4 5 6 1+2+3+4+5 +6 Σ.

Reservas de carbono en turberas (Foto: Fahmudin Agus)

Reserva de C, t/ha 600 500 400 300 200 100 0 Desarrollo del reservorio de carbono en varios SUT Degradación - 260 tc /ha Deforestación -180 tc/ha Árbol Sotobosque Madera muerta Hojarasca Suelo (S) 0-5 cm S, 5-10 cm S, 10-20 cm S, 20-30 cm Tomich et al., 1998

Problemas de la medición del C 1. Alta variación de la agrosilvicultura en el paisaje (rotación entre cultivo-barbecho, agrosilvicultura compleja o simple) 2. Dificultad para cuantificar el carbón vegetal que hay en el suelo procedente de actividades de corta y quema anteriores

Reservas medias de carbono de diferentes SUT calculadas en un período de tiempo Sistema de uso del suelo (SUS) Reserva media de C en un período de tiempo (tc/ha) Bosque natural 250 918 Bosque explotado 200 734 Bosque muy explotado 120 440 Agroforesteria 1: 80 294 Agroforesteria 2: 60 220 Cacao 50 184 Plantaciones de palma de aceite 41 150 Pastos mejorados 5 18 Pastos de baja productividad 2 7 Agricultura, barbecho 8 años 15 55 Reserva media de CO 2 en un período (tco 2 /ha) Agricultura, barbecho 3 años 5 18 Fuentes: Palm, et al. 2004; White, et al. 2005.

Una elevada reserva de C en el mosaico de paisajes sería capaz de mantener también un elevado nivel de biodiversidad y beneficiar a los agricultores? (Foto: P van Duijnhoven)