MF2548S El carbono orgánico del suelo y el ciclo

El carbono orgánico del suelo y el
ciclo global del carbono
Department of Agronomy
MF-2548S
Carbon Series
El carbono es un componente básico fundamental para la vida. El carbono está presente en la
atmósfera, en la vida vegetal y animal, en la materia
orgánica no viva, en los combustibles fósiles, en las
rocas, y también está disuelto en los océanos. El
movimiento de las moléculas de carbono de una
forma a otra se conoce como el ciclo del carbono
(Figura 1). Las plantas obtienen carbono de la atmósfera a través de la fotosíntesis.
Al utilizar el dióxido de carbono (CO2) de la
atmósfera y energía del sol, las plantas convierten
el CO2 en carbono orgánico mientras producen
tallos, hojas, y raíces. El ciclo de vida y muerte de
las plantas tiene como resultado la acumulación de
tejido vegetal en descomposición, tanto superficial
como subterránea (raíces vegetales), y produce una
importante cantidad de carbono orgánico del suelo.
de la superficie. Como resultado, el importante nivel
de carbono orgánico en los suelos que se desarrollaron
bajo pastos nativos sucede a una profundidad de varios
pies. El color oscuro asociado con un suelo rico y fértil
es, en gran parte, una medida del contenido de carbono
orgánico. Cuando el contenido de carbono orgánico del
suelo disminuye, el color del suelo se aclara y refleja su
contenido mineral. Por ende, los suelos rojos del sureste
de Kansas y del noreste de Oklahoma son indicadores
de altas concentraciones de hierro y de bajos niveles de
carbono del suelo.
Los suelos que se forman bajos bosques tienden a
acumular altos niveles de carbono orgánico del suelo
próximos a la superficie y tienen niveles de carbono
más bajos en el subsuelo. Esta estratificación del suelo,
se debe principalmente a la acumulación de residuo de
hojas y madera en descomposición proveniente de las
ramas y de los árboles que se acumulan en la superficie
del suelo. Sin embargo, la estratificación del suelo también es una función de la lluvia anual y del proceso de
erosión acelerado que enriquece al subsuelo con arcilla.
Carbono orgánico del suelo
Los suelos varían en la cantidad de carbono
orgánico del suelo1 que contienen, oscilando de
menos de 1 por ciento en muchos suelos arenosos
a más de 20 por ciento en los suelos
de pantanos o ciénagas. Los suelos
de Kansas tuvieron un contenido de
carbono orgánico del suelo nativo que
osciló de 1 a 4 por ciento. La mayoría de
los suelos cultivados de Kansas tienen
niveles de carbono orgánico del suelo de
0,5 a 2 por ciento.
En Kansas, las pasturas de praderas nativas, como el andropogón
(Angdropogon gerardii Vitman) y el
indio (Sorghastrum nutans (L.)Nash),
ayudaron a formar suelos profundos.
Las raíces de estas y otras especies de
pastos son fibrosas, y pueden crecer a
grandes profundidades produciendo la
mayoría de su biomasa anual debajo
1
Nota: La formula química para la materia
orgánica del suelo es compleja, pero
consiste principalmente en carbono orgánico,
nitrógeno e hidrógeno. Para convertir la
materia orgánica del suelo (% MO), como
se reporta en la mayoría de los estudios de
suelo, en carbono orgánico del suelo, divida
el porcentaje de materia orgánica por 1,7.
El ciclo global del carbono
5
Atmospheric Pool
720
60
60
120
105
2
Soils
1,500
Land Plants
560
107
0.4
Net destruction
of vegetation
Total Fossil Fuel
5,000
Rivers
Ocean
38,000
Burial 0.1
Figura 1. Ciclo global actual del carbono. Todas las reservas se expresan
en unidades de gigatoneladas de carbono, y las tasas son gigatoneladas de
carbono por año. (Fuente: Schlesinger, 1991)
Kansas State University Agricultural Experiment Station and Cooperative Extension Service
Carbono atmosférico
Los científicos que utilizan datos del hielo, junto
con el monitoreo a largo plazo del CO2 en la atmósfera, han comprobado grandes fluctuaciones en el CO2
atmosférico durante los últimos 200.000 años. Al
observar en los últimos 1.000 años, los niveles de CO2
atmosférico han aumentado de manera significativa
(Figura 2). El nivel actual (2000 AC) de CO2, aproximadamente 369 ppm, es el más elevado de los últimos
1000 años. Lo que resulta más importante es que la
tasa de aumento se ha acelerado tan rápido que el ecosistema puede ser incapaz de adaptarse.
Este aumento del CO2 coincide con el uso de combustible fósil, el desmonte de tierras, y el cambio en
el uso de tierras como se ha observado en las Grandes
Llanuras y en todo el mundo. El factor más importante
que explica el aumento de los niveles de CO2 atmosférico es el uso de combustibles fósiles. Con la tasa de
uso actual de 5 Gt de carbono por año (Gt significa in
gigatonelada, que equivale a 2.2 trillones de libras), las
reservas totales de combustible fósil se agotarán en los
próximos 300 o 400 años.
A medida que se agota el inventario de combustible fósil, el carbono que ha estado fuera del ciclo
durante millones de años se traslada directamente a la
atmósfera. El carbono atmosférico eventualmente se
convertirá nuevamente en carbono orgánico o en océanos y logra un nuevo equilibrio, pero el proceso puede
llevar miles de años.
En el corto plazo, este “nuevo” carbono permanecerá en la atmósfera como CO2. Los modelos
atmosféricos actuales predicen que el agotamiento de
las reservas de combustible fósil tendrá como resultado concentraciones pico de CO2 a niveles cercanos
a 1.200 ppm. Algunos científicos creen que habrá
concentraciones todavía más altas. Este mayor nivel de
CO2 ha hecho que algunos científicos crean que la temperatura global promedio comience a aumentar. En la
prensa popular, este tema se denomina calentamiento
global. Los así llamado gases de efecto invernadero,
CO2, metano (CH4), y el óxido nitroso (N2O) presentes
en la atmósfera, ayudan a retener el calor que normalmente se irradia fuera de la superficie de la tierra. Con
mayores concentraciones de estos gases, el calor no
puede escapar, y, en consecuencia, las temperaturas
globales aumentan. Los cambios en las temperaturas
globales hasta ahora son leves y no muestran una
tendencia definitiva, pero los cambios en los niveles
de CO2 atmosférico están bien documentados y son
aceptados por los científicos.
Cómo manejar el carbono
CO2 Concentration (ppmy)
¿Qué se puede hacer para detener o revertir el
aumento de CO2? En cuanto a los recursos, donde
se produce CO2, en las reservas, de donde se extrajo
CO2, una solución obvia es reducir el insumo del
recurso, reduciendo el uso de combustibles fósiles.
Esto podría limitar la entrada de CO2 a la atmósfera.
Eventualmente, se necesitarán fuentes de energía más
limpias y eficientes, pero la economía actual de los
combustibles fósiles limita la adopción y el desarrollo
de las fuentes alternativas de energía. En el ínterin,
mientras desarrollamos tecnologías de energía alternativa, el aumento del uso de las reservas puede ayudar a
estabilizar los niveles de CO2 atmosférico.
Un inventario de las reservas de carbono mundial
(Figura 1) muestra que el almacenaje de carbono en
los profundos océanos es la principal reserva, pero los
cambios de esta fuente puede llevar millones de años.
Además, nuestra capacidad de manipular dicha fuente
es limitada. La segunda fuente
380
más grande es el carbono orgánico
del suelo. El carbono orgánico del
360
suelo constituye más del doble del
340
carbono almacenado de la vegetación mundial (plantas, árboles,
320
cultivos, y pastos). Una forma de
300
ayudar a estabilizar el CO2 sería
280
adoptar las prácticas mundiales
que aumentar los niveles de car260
bono del suelo.
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
¿Cuánto carbono puede
Year
almacenarse en un suelo determiFigura 2. Los cambios en los niveles de dióxido de carbono atmosférico. (Nota:
nado de Kansas? Es una pregunta
Este gráfico muestra los niveles de CO2 de datos del hielo de Groenlandia y de
simple, pero no hay respuesta
la Antártica (varios símbolos representan los diferentes sitios de muestreo) +
simple. El potencial de almacemonitoreo en Mauna Loa, en el ~2000. (Adapatado de IPCC, 1995, y de CDIAC,
naje del suelo es una función del
Departamento de Energía de los EEUU, 2002))
% Soil Organic Carbon
2.8
Historical
Future
nivel de carbono orgánico actual
Management
Projections
del suelo, de la concentración de
2.6
CO2 atmosférico, y de las prácticas
de manejo del suelo. Para muchos
Advent of
2.4
Conventional
Based on 1990
suelos de Kansas, las pérdidas de la
Tillage
Reduced Tillage
Tillage Ratio*
2.2
capa superficial del suelo por causa
Conversion to Agriculture From
de la erosión, y de las frecuentes
Native Vegetation, 1907
2.0
operaciones de labranza han reducido los niveles de carbono a menos
1.8
61% of 1907 SOC
de la mitad de los valores nativos.
Con un manejo adecuado, se puede
1.6
aumentar el carbono orgánico del
suelo de la mayoría de los suelos.
1.4
53% of 1907 SOC
Las pérdidas de carbono
1.2
del suelo durante la primera mitad
1900
1920
1940
1960
1980
2000
2020
del siglo 20 se recuperaron parcialmente en la segunda mitad, cuando
Year
se mejoraron las prácticas de
0.5%
Projected Annual
conservación del suelo y se inten1.0%
Yield Increase
sificaron los sistemas de cultivo
1.5%
(Figura 3). Las prácticas adecuadas
*1990 levels = 70% Conventional; 27% Reduced Till; 3% No-Till
de fertilidad y mejores híbridos
Figura 3. Cambios medidos y predichos en el contenido d carbono orgánico del
y cultivares han desempeñado un
suelo de un suelo de pradera durante el período de cultivo. (Fuente: Donnigan y
rol fundamental en la formación
col.,1998)
de carbono orgánico del suelo.
Resumen
Rendimientos más altos y mayores intensidades de culEl carbono es un componente básico de la vida
tivo aumentan la cantidad de biomasa que se devuelve
vegetal
y un elemento principal de la materia orgánica
al suelo, brindando un mayor aporte que puede condel suelo. El dióxido de carbono es la forma gaseosa
vertirse en carbono orgánico del suelo. El lado derecho
del carbono y es un gas de efecto invernadero. Desde
de la Figura 3 muestra las proyecciones futuras de los
los
comienzos de la revolución industrial, los niveles
niveles de carbono orgánico del suelo que suponen
de
CO
han aumentado a una tasa aproximada de
1990 prácticas de labranza y cultivo.
2
1.5 por ciento anual. El aumento continuado de las
Los suelos bajo siembra directa y sistemas
concentraciones de CO2 atmosférico podría llevar al
intensificados de cultivo pueden aumentar el carbono
calentamiento global. La fijación de CO2 de las plantas
del suelo en un 0.1 por ciento anual. Actualmente, en
en carbono orgánico del suelo es un mecanismo posiKansas, el 10 por ciento de los 21 millones de acres
ble para reducir el aumento de las concentraciones de
de tierra cultivable se encuentra bajo siembra directa y
CO
en la atmósfera. La reducción a largo plazo de los
debería secuestrar unas 21.000 toneladas adicionales
2
niveles
de CO2 atmosférico requerirá de una reducción
de carbono por año. Una mayor adopción de siembra
del
uso
de combustibles fósiles y del desarrollo de
directa y de sistemas intensificados de cultivo podría
fuentes alternativas de energía.
secuestrar más carbono.
A nivel mundial, sí existe el potencial para
utilizar el suelo como una fuente de carbono, pero
sigue siendo una solución a corto plazo. Después de un
tiempo, probablemente de 30 a 50 años, se alcanzará
un nuevo nivel de balance de carbono orgánico del
suelo, donde será difícil lograr mayores aumentos en
el almacenaje de carbono. La solución a largo plazo
para estabilizar los niveles de CO2 atmosférico implicará una menor dependencia en el uso de combustibles
fósiles para producir energía.
Kent A. McVay
Soil and Water Conservation Specialist, Agronomy
Especialista en la Conservación del suelo y del agua,
Ingeniero Agrónomo
Charles W. Rice
Soil Microbiologist, Agronomy
Microbiólogo del suelo, Ingeniero Agrónomo
Los nombres de marcas que aparecen en este artículo tienen el sólo propósito de identificación del producto. No se intenta obtener
aprobación, no hay críticas implícitas de los productos similares que no se mencionan.
Las publicaciones de la Universidad del Estado de Kansas están disponibles en el sitio web: www.oznet.ksu.edu
Los contenidos de esta publicación pueden reproducirse con propósitos educativos. Todos los demás derechos están reservados. En
cada caso, se le debe dar crédito a Kent A. McVay y Charles W. Rice, El carbono orgánico del suelo y el ciclo global del carbono,
Universidad del Estado de Kansas, octubre 2002.
Este material está basado en el trabajo respaldado por el Servicio de Investigación, Educación, y Extensión Cooperativa del Estado,
Departamento de Agricultura de los EE.UU, bajo el Acuerdo Nº 2001-38700-11092.l Acuerdo Nº 2001-38700-11092.
Cualquier opinión, descubrimiento, conclusión, o recomendación expresada en esta publicación pertenecen al autor/es y no reflejan
necesariamente la opinión del Departamento de Agricultura de los EE.UU.
de Kansas y Servicio de extensión cooperativa
MF-2548S
Agosto 2006
Es la política de la Estación experimental agrícola de la Universidad del Estado de Kansas y del Servicio de extensión cooperativa que todas las personas
tengan igual oportunidad y acceso a los programas, servicios, actividades y materiales educativos sin importar raza, color, religión, nacionalidad, sexo,
edad o discapacidad.
La Universidad del Estado de Kansas es una organización que brinda igualdad de oportunidades. Emitido en apoyo al Trabajo de Extensión Cooperativo,
el Acta del 8 de mayo y del 30 de junio, según enmendado. + Fred Cholick, Decano de la Universidad del Estado de Kansas, de los Consejos de Extensión
del Condado, de los Distritos de extensión, y del Departamento de Agricultura Cooperativa de los EEUU.
Brand names appearing in this publication are for product identification purposes only. No endorsement is intended,
nor is criticism implied of similar products not mentioned.
Publications from Kansas State University are available on the World Wide Web at: http://www.oznet.ksu.edu
Contents of this publication may be freely reproduced for educational purposes. All other rights reserved. In each case, credit Kent A.
McVay and Charles W. Rice, Soil Organic Carbon and the Global Carbon Cycle, Kansas State University, October 2002.
This material is based upon work supported by the Cooperative State Research, Education, and Extension Service, U.S. Department of
Agriculture, Under Agreement No. 2001-38700-11092.
Any opinions, findings, conclusions, or recommendations expressed in this publication are those of the author(s) and do not
necessarily reflect the view of the U.S. Department of Agriculture.
Kansas State University Agricultural Experiment Station and Cooperative Extension Service
MF-2548S
August 2006
K-State Research and Extension is an equal opportunity provider and employer. Issued in furtherance of Cooperative Extension Work, Acts of May 8 and June 30, 1914,
as amended. Kansas State University, County Extension Councils, Extension Districts, and United States Department of Agriculture Cooperating, Fred A. Cholick, Director.