arroz y gases de efecto invernadero

39
39
ARROZ Y GASES
DE EFECTO
INVERNADERO
Pilar Irisarri*
E
l dióxido de carbono junto al
metano y el óxido nitroso son
unos de los principales gases
responsables del efecto invernadero. El metano
(CH4) y el óxido nitroso (N2O) son los principales gases de efecto invernadero (GEI) emitidos por el sector agropecuario (revisado por Irisarri y Perdomo,
2009). Aunque la carga global de N2O en la atmósfera es menor que la de CH4, el primero es un GEI
310 veces más potente que el CO2 en una escala de
tiempo de 100 años, mientras que el CH4 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
*Proyecto FPTA INIA Nº 238 –
Responsable Silvana Tarlera Equipo de investigación:
Ana Fernández, Pilar Irisarri, Virginia Pereira,
Mariana Urraburu. Por INIA: José Terra.
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 CH4
y N2O 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
Figura 1:
Campana en pastura
JULIO 2010
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 CH4 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 CH4 y N2O 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).
Figura 2:
Campana en ensayo
40
40
Fert.
macollaje
Fert.
primordio
41
41
Retiro de agua
Baños
n
izació
Fer til bra
siem
(Días Después de la Emergencia)
Figura 3.
Tasa de emisión de N-N2O (a) y C-CH4
(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 CH4 y
N2O son llevados a cabo por microorganismos presentes en el suelo. Al transformar las emisiones de
ambos gases en equivalentes CO2, es decir, multiplicando por 21 las de CH4 y por 310 las de N2O, surge
claramente que el metano es el principal gas emitido por este cultivo, mientras que la emisión de N2O
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 CH4 comenzó en todos los casos por lo menos después de 10 dìas de establecida
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 N2. 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 N2O luego del retiro de
agua previo a la cosecha fue de un leve aumento en
la tasa de emisión.
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
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.
JULIO 2010
En el ensayo de campo el patrón de emisión
de N2O 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
42
42
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
43
43
hallazgo de una interacción significativa entre las
variables cobertura invernal y fertilización nitrogenada, al analizar su incidencia sobre la emisión de
CH4.
Emisiones en pasturas
En el período de barbecho, se observó un
único evento de emisión de N2O posterior al laboreo
de verano y no se detectó emisión de CH4. Si bien
no se realizaron determinaciones luego de los eventos como lluvia o siembra de pastura que pudieron
desencadenar emisiones de N2O. 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 CH4 y N2O mostraron un comportamiento opuesto en el transcurso del ciclo de cultivo: la emisión de N2O fue máxima
al comienzo de la inundación o en etapas de riego
previas a ésta, mientras que el CH4 alcanzó las mayores concentraciones únicamente en las últimas
etapas de suelo inundado.
La emisión de N2O 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.
JULIO 2010
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.
44
44
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. 2006. Guidelines for nacional greenhouse
gas inventories. Vol. 4.
Irisarri P., Perdomo C. 2009. 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 1-29.
Nouchi y col. 1990. Mechanism of methane transport from the rhizosphere to atmosphere
through rice plants. Plant Physiology 94:
59-66.
Pereyra V. 2009. 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.