Land use change effects on soil carbon stocks in the La Plata River

merma de superficie agrícola serían más severos en un
futuro ciclo húmedo.
Esta comparación ofrece la oportunidad de diseñar
políticas de gestión del territorio que contemplen el
contexto hidrológico. Dichas políticas deben tomar en
cuenta la fuerte variabilidad en las áreas afectadas por
inundaciones en la región. Es necesario contar con un
estudio multidisciplinario que evalúe otras pérdidas
como daños en la infraestructura o la emigración de
los pequeños productores. La identificación de riesgos
adicionales resultantes de los cambios en el uso y
manejo de la tierra puede poner perspectiva a lo
puramente productivo. También habrá que balancear
la necesidad de seguir y mejorar la producción de
alimento con las necesidades del medio ambiente.
El desafío será pensar en políticas que traigan una
solución viable para la región en su conjunto a la
vez que fomenten el compromiso y la cooperación
individual en pos del bien común en los paisajes
agrícolas.
* Proyecto "Cambios en el uso de la tierra, biocombustibles y desarrollo rural", financiado por IDRC-Canadá y dirigido por el IAI
Land use change effects on soil carbon stocks
in the La Plata River Basin
Heitor L. C. Coutinho1, Elke Noellemeyer2, Fabiano Balieiro1,
Gervasio Piñero3 and Esteban Jobaggy4
Effective and sustainable management of land use in the LPB depends on the ability of managers and policy
makers to predict the impacts of land use changes (LUC) on nature and society. Modeling efforts to predict
environmental impacts can benefit from the knowledge acquired from impact assessments of past LUC processes.
The soil system is responsible for regulating several ecosystem services. Soil organic matter is directly associated
with some of these services, and soil carbon should therefore be assessed and monitored under different land use
options. Here, we synthesize research results and analyze LUC impacts on soil carbon stocks from two different
collaborative projects: Land Use Change in the Rio de La Plata Basin: Linking Biophysical and Human Factors, led
by the University of Buenos Aires, and funded by the NSF-IAI research networks program; and Landuse, Biofuels
and Rural Development in the La Plata Basin; led by the IAI and funded by the IDRC, Canada.
Conversion of the native vegetation to agricultural systems has caused reductions in the soil carbon stocks
of both the Brazilian Cerrado and the grasslands in Argentina and Uruguay. Such carbon losses may mainly be
the result of lower carbon inputs to the soil under crop production, and to a lesser extent to higher carbon
respiration losses from the soil. IAI researchers are trying to increase understanding of the dynamics of soil
carbon under different land use transitions in the LPB to provide advice on effective and sustainable land use and
landscape management.
Similar land use changes in different regions of the basin can have opposite effects. While conversion of nondegraded natural pasture lands in the Pampas to annual crops caused large soil carbon losses, well-managed
annual crops might increase soil carbon in degraded Cerrado pastures, particularly if no-tillage and rotations with
nitrogen fixing legumes are used. Afforestation of degraded agricultural soils showed positive soil organic matter
balance in dry ecosystems, particularly under the presence of beneficial plant root fungi associations (mycorrhiza).
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However, in humid environments in the south of the basin and in
the Cerrado, afforestation with Eucalyptus or Pinus monocultures
has caused carbon losses.
Enhancement of soil fertility has been associated with soil carbon
buildup and retention. Pasture areas accumulate more soil carbon
when fertilized. Likewise, biological fertilization, such as nitrogen
fixation by legumes, increases soil carbon stocks. Therefore, IAI
researchers recommended green manuring using nitrogen fixing
species in crop rotations under no-tillage systems to enhance
both nitrogen and carbon enrichment of agricultural soils, and
reduce the system's carbon footprint. Agricultural soils under
these conditions can attain high levels of carbon, and may recover,
Landuse changes: forest to agriculture // Cambios en el
or even surpass, the soil carbon contents found under native
uso de la tierra: de bosques a agricultura
vegetation, especially for ecosystems with low primary production.
Nutrient management, however, needs to be carefully evaluated
to avoid nitrogen losses. When afforestation is used to restore degraded agricultural soils, organic matter in
the soil increases and stabilizes. However, the degree to which carbon will be sequestered in the soil is highly
dependent on forest species and soil quality. Many of these results were obtained from experimental sites under
optimized, not “natural” conditions, so they may not be broadly representative. Full carbon accounting of different
agricultural systems in the basin should be carried out, considering indirect impacts such as increased use of
fossil-fuel derived fertilizers and other inputs with high carbon footprints.
In the grassland biome (Campos-Pampas), where soil organic matter is the main carbon pool, transformation of
pastures and grasslands to annual croplands decreased carbon stocks by as much in 25 years as was lost in over
three centuries of grazing use on native grasslands. Soil degradation brought about by agricultural expansion can
be very rapid and imply large carbon losses, especially from sandy soils. Soil texture was found to be one of the
most important factors that affect the impacts of land use on carbon sequestration or losses.
The global need for a reduction of greenhouse gases in the atmosphere calls for agricultural systems with
low carbon footprints, and the effects of soil carbon (organic matter) storage on soil fertility and agricultural
production are also an important regional issue. Intensification of agricultural and livestock production
systems, using existing technology and innovative solutions, is the most effective way to ensure the sustainable
development of rural areas. No-tillage systems are important for soil carbon capture and storage, control of soil
erosion, and resilience but may affect hydrologic regulation in negative ways under excess rainfall. New agricultural
practices aimed to increase carbon uptake by the vegetation and into the soil may need multi-cropping systems
that are more efficient in capturing available water, carbon and nutrients, providing farmers with more options for
marketable products, while increasing on farm agrobiodiversity and delivery of ecosystem services.
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Embrapa Solos, Rio de Janeiro, Brazil; 2Facultad de Agronomia, Universidad Nacional de La Pampa, Argentina; 3IFEVA,
Universidad de Buenos Aires/CONICET, Argentina; 4IMASL, Universidad Nacional de San Luis/CONICET, Argentina
Descargo de responsabilidad: Las contribuciones aquí contenidas fueron publicadas tal como las enviaron los autores y no
representan necesariamente la opinión del IAI. // Disclaimer: The contributions contained herein are published as submitted by
authors and do not necessarily represent the views of the IAI.
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Efectos del cambio en el uso de la tierra en los
contenidos de carbono del suelo de la cuenca del
Río de La Plata
Heitor L. C. Coutinho1, Elke Noellemeyer2, Fabiano Balieiro1,
Gervasio Piñero3 y Esteban Jobaggy4
El manejo efectivo y sostenible del uso de la tierra en
la cuenca del Río de La Plata depende de la capacidad
de los gerentes y responsables de formular políticas
de predecir los impactos que los cambios en tal uso
tienen en la naturaleza y la sociedad. Los esfuerzos
de modelado para predecir los impactos ambientales
pueden beneficiarse con el conocimiento proveniente
de evaluar los impactos de los procesos de cambio
en el uso de la tierra que tuvieron lugar en el pasado.
El sistema suelo es responsable de regular varios
servicios ecosistémicos. La materia orgánica del suelo
está directamente asociada con algunos de estos
servicios, y el carbono del suelo debiera por lo tanto
analizarse bajo diferentes opciones de uso de la tierra.
Aquí, sintetizamos los resultados de la investigación de
dos proyectos cooperativos y analizamos los impactos
del cambio en el uso de la tierra en el contenido de
carbono en el suelo. Los proyectos son Cambios en
el uso de la tierra en la cuenca del Río de La Plata:
Vinculando los factores biofísicos y humanos, dirigido
por la Universidad de Buenos Aires, y financiado por
el programa de redes de investigación de NSF-IAI; y
Uso de la tierra, biocombustibles y desarrollo rural
en la cuenca del Río de La Plata, dirigido por el IAI y
financiado por el IDRC de Canadá.
La conversión de la vegetación nativa a sistemas
agrícolas ha provocado una disminución en el
contenido de carbono de los suelos del Cerrado
brasileño y los pastizales de Argentina y Uruguay.
Esas pérdidas de carbono pueden ser principalmente
consecuencia de un menor aporte de carbono al suelo
por la producción de cultivos, y en menor medida,
de mayores pérdidas del carbono del suelo por
respiración. Los investigadores del IAI están tratando
de comprender mejor la dinámica del carbono bajo
diferentes transiciones entre usos de la tierra en la
cuenca del Plata para brindar asesoramiento con el fin
de lograr un uso de la tierra y un manejo del paisaje
que sean efectivos y sustentables.
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Cambios similares en el uso de la tierra en diferentes
regiones de la cuenca del Plata pueden tener efectos
contrarios. Mientras que la conversión de pastizales
naturales no degradados de la Pampa a cultivos
anuales causó grandes pérdidas del carbono del
suelo, los cultivos anuales bien manejados podrían
incrementarlo en pasturas degradadas del Cerrado,
especialmente si se aplica la siembra directa y las
rotaciones con leguminosas fijadoras de nitrógeno. La
aforestación de suelos agrícolas degradados mostró
un balance positivo de materia orgánica en el suelo en
ecosistemas secos, particularmente ante la presencia
de asociaciones beneficiosas entre raíces y hongos
(micorrizas). Sin embargo, en los ambientes húmedos
del sur de la cuenca y en el Cerrado, la aforestación
con monocultivos de Eucalyptus o Pinus ha provocado
pérdidas de carbono.
El aumento de la fertilidad del suelo ha estado asociado
con la acumulación y retención de carbono. El suelo
en áreas de pasturas, cuando son fertilizadas, acumula
más carbono. Similarmente, la fertilización biológica,
como la fijación de nitrógeno por leguminosas,
incrementa los contenidos de carbono en el suelo.
Por lo tanto, los investigadores del IAI recomendaron
la rotación con especies fijadoras de nitrógeno para
abono verde en sistemas de siembra directa para
aumentar el enriquecimiento en nitrógeno y carbono
de los suelos agrícolas y reducir la huella de carbono
del sistema. Los suelos agrícolas en estas condiciones
pueden acumular grandes cantidades de carbono, y
recuperar o incluso superar los niveles que tenían
bajo vegetación nativa, especialmente en ecosistemas
con baja producción primaria. El manejo de nutrientes,
sin embargo, debe evaluarse cuidadosamente para
evitar pérdidas de nitrógeno. Cuando se utiliza la
aforestación para restituir suelos agrícolas degradados,
la materia orgánica en el suelo aumenta y se estabiliza.
Sin embargo, el nivel de captura de carbono, depende
en gran medida de las especies forestales y de la
calidad del suelo. Muchos de estos resultados fueron
obtenidos en sitios experimentales con condiciones
optimizadas no “naturales”, por lo que podrían no ser
ampliamente representativos. Sería necesario realizar
una contabilización completa del carbono en diferentes
sistemas agrícolas de la cuenca, considerando los
impactos indirectos, como el aumento en el uso de
fertilizantes derivados de combustibles fósiles y otros
insumos con huellas de carbono grandes.
En el bioma de pastizales (Campos-Pampa), donde la
materia orgánica del suelo es la principal reserva de
carbono, la transformación de pasturas y pastizales
a cultivos anuales hizo decrecer en 25 años los
contenidos de carbono en niveles similares a los que
se perdieron por pastoreo en pastizales nativos en más
de tres siglos. La degradación del suelo aparejada a la
expansión agrícola puede ser muy rápida e implicar
grandes pérdidas de carbono, particularmente en
suelos arenosos. Se observó que la textura del suelo
es uno de los factores más importantes que afectan los
impactos del uso de la tierra en la captura o pérdida de
carbono.
La necesidad mundial de reducir los gases de
invernadero en la atmósfera demanda sistemas
agrícolas con huellas de carbono bajas y los efectos
del almacenamiento de carbono (materia orgánica)
en el suelo sobre su fertilidad y sobre la producción
agrícola tienen también importancia regional. La
intensificación de los sistemas productivos agrícolas
y ganaderos, con el uso de la tecnología existente y
soluciones innovadoras, es la forma más efectiva de
asegurar el desarrollo sostenible de las áreas rurales.
Los sistemas de siembra directa son importantes
para la captura y el almacenamiento de carbono, el
control de la erosión del suelo y la resiliencia, pero
pueden afectar negativamente la regulación hidrológica
ante excesos de lluvias. Nuevas prácticas agrícolas
dirigidas a incrementar la captura de carbono por la
vegetación y en el suelo pueden requerir sistemas de
múltiples cultivos que sean más eficientes en la toma
de agua, carbono y nutrientes disponibles, ofreciendo
más opciones a los productores para obtener
productos comerciales, al tiempo que aumentan
la agrobiodiversidad y la provisión de servicios
ecosistémicos en sus establecimientos.
Embrapa Solos, Rio de Janeiro, Brasil; 2Facultad de Agronomia, Universidad Nacional de La Pampa, Argentina; 3IFEVA, Universidad de
Buenos Aires/CONICET, Buenos Aires, Argentina; 4IMASL, Universidad Nacional de San Luis/CONICET, Argentina
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What drives land use change and transitions?
Holm Tiessen*
Several of the IAI's projects concerned themselves with characterizing the nature and range of land use
transitions, assessing impacts on natural and human systems, and developing tools (statistical, modelling,
projections based on historical analyses) to predict the plausible evolution of land use. The following is a brief
account of a knowledge synthesis across these IAI's projects.
Since the 1980s much low-intensity grazing land in the La Plata basin has transitioned into market-oriented
production of cereals and oilseeds for feed, food and biofuel as a response to increased global demand and
resulting high agricultural commodity prices. Market signals were critical in the soybean expansion in the Brazilian
Cerrado, and together with trends of increasing rainfall have driven the introduction of industrial-scale soybean
production in the Argentine Pampas and Salta. Increased demand for biofuels favored the expansion of sugarcane
in the States of São Paulo and, to a lesser extent, Mato Grosso.
The substantial regional development and creation of wealth triggered by agricultural expansion was accompanied
by collateral effects: decreases in carbon stocks of soils and ecosystems and therefore increased carbon
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