SIGUIENDO LA DINÁMICA DEL CARBONO EN EL SUELO MEDIANTE ISÓTOPOS ESTABLES Gervasio Piñeiro Laboratorio de Análisis regional y teledetección IFEVA, Facultad de Agronomía, Universidad de Buenos Aires, CONICET
HOJA DE RUTA 1. Importancia Materia orgánica del suelo (MOS) 2. Cambios en el uso y manejo del suelo 3. Cambios en stocks de C del suelo (COS) 4. Cambios en las fracciones del COS 5. Cambios en los flujos de entrada y salida de C al suelo 6. Conclusiones finales
IMPORTANCIA MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO Materia orgánica del suelo (MOS) Material de organismos muertos y sus productos de transformación, descomposición y re-síntesis Micro y meso organismos del suelo -Fertilidad física -Fertilidad química -Reservorio de C Agregados Porosidad Regula temp CIC Buffer ph Nutrientes menor a 2 mm Formación Biomasa vegetal Deposiciones MOS Descomposición
CAMBIOS EN EL USO Y MANEJO DEL SUELO Cuenca del Río de la Plata Pastizal (Campo natural) Selva Agricultura Agricultura sin nunca laboreo Forestación Pasturas Mejoramientos extensivos Exclusión pastoreo Agricultura Forestación Pasturas Bosque Agricultura Forestación Pasturas Exclusión pastoreo
CAMBIOS EN MOS POR CAMBIOS DE USO Y MANEJO DEL SUELO Método de muestreo: sitios pareados vs en el tiempo. Suelo A
Pastizal (Campo natural) Exclusión pastoreo Piñeiro et al., 2009, Global Biogeochemical Cycles.
Bosque Exclusión pastoreo Agricultura Pasturas Diferencia entre uso actual y bosque remanente (%) 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 b) 0-90 cm 5 10 15 20 25 30 35 Ciuffoli et al., 2013 Tiempo (años) Cultivo agrícola Pastura Bosque clausurado
Pastizal Selva Bosque Pasturas Eclesia et al., 2012, Global Change Biology
Pastizal Selva Bosque Forestaciones Eclesia et al., 2012, Global Change Biology
Pastizal (Campo Natural) Agricultura- Sin laboreo COS (Mg.ha -1 ) Laboreo Siembra Directa Tiempo
Pastizal (Campo Natural) Agricultura- Sin laboreo Dif TT C (Final - To) 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20 0 1 2 3 4 5 6-25 CAMBIOS EN STOCK DE COS SEGÚN AÑOS DESDE LA CONVERSIÓN PASTIZAL AGRICULTURA (0-30 CM.)
FRACCIONES DE LA MATERIA ORGANICA Métodos de separación o fraccionamiento de la materia organica Teóricas con modelos (asociados a edad o turnover) Químicas. Ácidos Húmicos, Fúlvicos, etc.. Densidad. Separación con soluciones densas. Light fraction o fracción liviana. Tamaño. Separación por tamices (típico 53 o 50 micras). Suelo Tamiz de 53 micras Materia orgánica labil- POM Materia orgánica estable - MAOM
POM - MATERIA ORGÁNICA PARTICULADA Restos de material vegetal Alta relación C/N = > 20 Protegido por reclacitrancia
MAOM- MATERIA ORGÁNICA ASOCIADA A LOS MINERALES C retenido por las arcillas y limos Baja relación C/N = < 10 Protegido por accesibilidad
Pastizal (Campo natural) Exclusión pastoreo Diferencias en COS en fracciones Suelos profundos COS (mg.cm -3 ) Suelos superficiales COS (mg.cm -3 ) Suelos inundables COS (mg.cm -3 ) POM Profundidad (cm) MAOM + 624 Kg/ha.año - 1192 Kg/ha.año Clausura MAOM Pastoreo MAOM Clausura POM Pastoreo MAOM - 800 Kg/ha.año Piñeiro et al., 2009, Global Biogeochemical Cycles.
Pastizal Selva Bosque Forestaciones Eclesia et al., 2012, Global Change Biology
Pastizal Selva Bosque Pasturas Eclesia et al., 2012, Global Change Biology
IMPORTANCIA DE CONOCER FLUJOS DE C Porque aumenta el SOC con los cambios de uso o manejo? Mas entradas de C o mas salidas? Supuestos: Ingresos SOC Egresos Caja bien mezclada, homogénea igual probabilidad de salir (morir) Modelos de flujos (variables de estado y flujos) %de masa remanente 100-0 - Modelo exponencial C t = C o. e -kt Tiempo
Modelo exponencial 1 Ingresos Siempre se descompone la misma proporcion de la materia organica, o sea k es constante en el tiempo de la descompocicion Porcentaje de C remanente C t = C 0.e -k.t + I (0 to t) Tiempo Ingresos SOC SOC Egresos
USO DE ISOTOPOS ESTABLES PARA CONOCER FLUJOS DE C Uso de isótopos estable para determinar la descomposición C 3 13 C/ 12 C δ 13 C= -27 C 4 13 C/ 12 C δ 13 C= -12 %de masa remanente 100-0 - Tiempo C t = C o. e -kt Ingresos SOC SOC Egresos
APLICACIÓN A UN MODELO DE DOS CAJAS Suelo inicial en el antecesor nativo Entrada de C del Nuevo uso del suelo Suelo final en el nuevo sistema POM POM nueva POM vieja k 1 Luego de X años k 2 MAOM MAOM nueva POMvieja en MAOM K 3 MAOM vieja
Pastizal Forestaciones Tacuarembó - Suelos arenosos Suelo inicial bajo campo natural 13 Cv = -19 Entrada de C del Nuevo uso del suelo (Eucalyptus) 13 Cv = -28,6 Suelo final con Eucalyptus POM= 0.58 Mg ha -1 POM = POMn = 0,35 1,76 Mg ha -1 Mg ha -1 k 1 Luego de 14 años POMv = 0,23 Mg ha -1 k 2 K 1 +k 2 = 0,14 MAOM= 16,5 Mg ha -1 MAOMnueva = 0,83 Mg ha -1 POM en MAOM= 0,15 Mg ha -1 K 3 = 0,09 MAOMvieja = 4,66 Mg ha -1 MAOM= 5.64 Mg ha -1
APLICACIÓN DEL MODELO DE DOS POOLS- PLANTACIONES DE EUCALIPTUS SOBRE PASTIZALES EN URUGUAY Tacuarembó - Suelos arenosos c) 40 35 14 años d) 40 35 50 años COS (Mg ha-1) 30 25 20 15 10 5 0 POM MAOM COS (Mg ha-1) 30 25 20 15 10 5 0 Pastizal Eucalipto Lavalleja - Suelos arcillosos Pastizal Eucalipto C MOPn C MOPo C MOPo en la MOAM C MOAMn C MOAMo a) 40 35 9 años b) 40 35 45 años COS (Mg ha-1) 30 25 20 15 10 COS (Mg ha-1) 30 25 20 15 10 5 5 0 Pastizal Eucalipto 0 Pastizal Eucalipto Piñeiro et al., 2012
APLICACIÓN DEL MODELO DE DOS POOLS-PLANTACIONES DE PINOS VS PASTURAS C4 EN MISIONES Eclesia et al., 2013 35 Pasturas 30 COS (Mg ha-1) 25 20 15 10 5 0 0 25 55 65 edad (años) COS (Mg ha -1 ) 35 30 25 20 15 10 5 0 Pinos 0 25 30 31 edad (años) C MOPn C MOPo C MOPo en la MOAM C MOAMn C MOAMo
Pastizal (Campo Natural) Agricultura Experimento Controlado MAÍZ - δ 13 C -13.0 T2 (2009) To (2007) T2 (2009) SOJA δ 13 C -27.1 Maíz C-POM δ 13 C -21.2 Campo natural C-POM δ 13 C -21.8 Soja C-POM δ 13 C -22.2 Mazzilli et al., 2014. Soil Biology and Biochemistry
Conociendo la cantidad de entradas de C, podemos calcular flujos y humificación.
EFECTO PRIMMING
Estimar la proporción de C que entra al suelo derivado de las raíces o de los residuos aéreos Corn residues - δ 13 C -13.0 2009 2007 Initial grassland 2009 Soybean residues δ 13 C -27.1 C POM δ 13 C -20.5 C POM δ 13 C -20.8 C POM δ 13 C -21.5 C POM δ 13 C -21.7 C POM δ 13 C -22.0 Corn Roots - δ 13 C -13.7 Soybean Roots δ 13 C -25.1
Estimar la proporción de C que entra al suelo derivado de las raíces o de los residuos aéreos Mazzilli et al.. enviado a Soil Biology and Biochemistry
Granos Con estimación de humificacion de raíces y aéreo, completamos el flujo de C!!! MAÍZ PPN 100% 7% Residuos Aéreos Subterráneos CO 2 42,5% POM MOP CO 2 0,9% CO 2 Descomponedores CO 2 2,7% 5,9% 0,7% MOAM MAOM Mazzilli et al..en preparacion
Granos Soja PPN 100% Residuos Aereos Subterráneos CO 2 58,1 % POM MOP CO 2 0,6% CO Descomponedores 2 CO 2 0,8 % 4,5% 1,3% MAOM MOAM Mazzilli et al..en preparacion
COS (mg.cm -3 ) POM MAOM COS (mg.cm -3 ) Clausura MAOM Pastoreo MAOM Clausura POM Pastoreo MAOM COS (mg.cm -3 ) MENSAJES FINALES 1- Aumentos o perdidas de SOC según distintos usos del suelo Pastizal Selva Bosque Pasturas 2- Los cambios en el COS resultan principalmente de cambios en la MAOM Profundidad (cm) Suelos profundos + 6 2 4 Kg/ ha.año Eclesia et al., 2012, Global Change Biology Diferencias en CARBON O Suelos superficiales Suelos inundables - 1 1 9 2 Kg/ ha.año - 8 0 0 Kg/ ha.año 3- Las entradas (flujos) de C directo a MAOM determinan cambios en COS 4- Residuos de alta C/N pueden acelerar descomposición de MAOM (priming) Piñeiro et al., 2009, Global Biogeochemical Cycles. APLICACIÓN DEL MODELO DE DOS POOLS-PLANTACIONES DE PINOS VS PASTURAS C4 EN MISIONES COS (Mg ha-1) 35 30 25 20 15 10 EFECTO PRIMMING 5 0 Pasturas 0 25 55 65 edad (años) COS (Mg ha -1 ) 35 30 25 20 15 10 5 0 Pinos 0 25 30 31 edad (años) C MOPn C MOPo C MOPo en la MOAM C MOAMn C MOAMo 5- Las raíces se humifican más que los residuos aéreos Con estimación de humificacion de raíces y aéreo, completamos el flujo de C!!! Granos POM M OP MAÍZ Residuos PPN Aéreos CO 2 100% CO 2 7% 42,5% Subterráneos 0,9% CO 2 Descomponedores CO 2 0,7% 2,7% 5,9% MMAOM OAM
MUCHAS GRACIAS!! Agradecimientos: Agencia, CONICET, IAI, NSF Paola Eclesia, Sebastian Mazzilli, Lucia Ciuffoli, Esteban Jobbagy, Rob Jackson, Armen Kemanian, Oswaldo Ernst, Priscila Pinto, Jose Paruelo, Martin Oesterhled, Sean Berthrong..y muchos mas! FAGRO
FIN