Materia orgánica en suelos agropecuarios: relación con el cambio climático

Abstract

El carbono orgánico del suelo (COS) y el nitrógeno del suelo (NS) desempeñan un papel crucial en la mitigación del calentamiento global y la gestión sostenible del suelo. La materia orgánica almacenada en el suelo es uno de los reservorios de carbono más importantes y está directamente relacionado con el cambio climático, tal y como han indicado en numerosas ocasiones los expertos que configuran el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) que fue creado en 1988 para facilitar evaluaciones integrales del estado de los conocimientos científicos, técnicos y socioeconómicos sobre el cambio climático, sus causas, posibles repercusiones y estrategias de respuesta. La capacidad del suelo para almacenar carbono es limitada, y depende de varios factores, incluidos las condiciones ambientales, las propiedades fisicoquímicas del suelo y las prácticas de gestión y manejo del suelo. El hombre, como factor que tiene una elevada capacidad técnica para modificar el medio, es uno de los principales agentes que debemos considerar. Por ello, es necesaria la realización de estudios que determinen el comportamiento del suelo frente al almacenamiento del carbono orgánico con la finalidad de mitigar los efectos negativos del cambio climático. Existen numerosos trabajos realizados por investigadores en todo el mundo, así como por organismos como la Organización para la Alimentación y la Agricultura (FAO) dependiente de Naciones Unidas, sobre la relación de la materia orgánica del suelo con el clima, sobre como realizar la medición de esta materia y como desarrollar estrategias que permitan incrementar el contenido de MOS. Sin embargo, los trabajos realizados se han centrado fundamentalmente en zonas templadas o tropicales, posteriormente en las zonas situadas en la parte boreal de la Tierra, existiendo menos trabajos desarrollados en regiones áridas del planeta, lo que se convierte en una ausencia de datos en grandes zonas ocupadas por desiertos. Estas zonas cubren aproximadamente la cuarta parte de la superficie terrestre, en torno a 3.600 millones de hectáreas. En estas zonas de climás áridos, la presencia del hombre no es escasa ya que cerca de 2100 millones de personas, según estimaciones de Naciones Unidas, viven en desiertos y tierras secas. Por esta razón, en estas zonas se desarrollan labores productivas necesarias para la subsistencia, tanto agrícola como de pastoreo. Este estudio, sin pretender ser exhaustivo, evalúa los efectos de diversas prácticas de manejo y gestión del suelo, agrícolas, pastoreo y forestal, sobre las propiedades del suelo y en particular sobre el contenido de materia orgánica, en dos regiones distintas del Mediterráneo occidental. Por un lado, una región mediterránea semiárida del sureste de España (provincia de Alicante), sobre la que existe una mayor información edáfica y es comparable con otras zonas semiáridas y templadas mediterráneas. Por otro lado, se realiza una investigación en una región árida del Sahara en Argelia (provincia de Ghardaïa), sobre la que existe menos información con relación al manejo del suelo y la presencia de carbono orgánico, pero que a pesar de disponer de limitados recursos, desarrolla importantes actividades agropecuarias. Para abordar esta tesis, en primer lugar, se realizó un estudio sobre las metodologías de medición habitual de materia orgánica y la relación de esta con el cambio climático. Para ello se contrastaron los métodos de medición de MOS que se presentan en la bibliografía habitual y los resultados que se asocian con el cambio climático, dando lugar a la primera de las publicaciones que se muestran, publicada en la editorial Springer como capítulo de libro. Se enfatiza en este capítulo de libro, la necesidad de incrementar el contenido de materia orgánica de los suelos como parte del conjunto de acciones que se deben aplicar para mitigar los problemas derivados del clima, se destacan diversas estrategias entre las que sobresale la incorporación de abonos orgánicos y la necesidad de estabilizar la materia orgánica en los suelos, para mitigar y combatir el cambio climático. Posteriormente, se muestra el segundo de los trabajos centrado en la zona de transición climática de la provincia de Alicante, que presenta un clima semiárido, pero con tendencia a la aridez en el sur provincial. Para esta región semiárida de Alicante, se tomaron muestras inalteradas de suelo a una profundidad de 0-5 cm, considerando que la zona superficial es la de mayor interacción con la atmósfera y esta es la zona más dinámica de intercambio y por tanto, en la que se producen de forma muy activa los procesos de descomposición y de transformación en MOS estable. Se estudiaron tres tipos de uso del suelo: agrícola, pastoril y urbano, siendo representativos de los grandes usos del suelo que se den en esta zona. Tras estudiar las muestras utilizando las dos formas habituales de medir matera orgánica, que se describen en las publicaciones con más detalle, así como el nitrógeno Kjeldahl presente en el suelo, los análisis revelaron que las tierras de cultivo tenían las reservas más altas de COS y NS, seguidas de los pastizales y los suelos urbanos. Estos resultados en principio, podían indicar que o bien hay aportes de abonos orgánicos o bien en los suelos se acumulan residuos vegetales que aportan MOS. En cuanto a las características de los suelos estudiados, estos presentan predominantemente una textura franca, franco-arcillosa y franco- arenosa, con porcentajes de humedad y valores de densidad aparente bajos en zonas cultivadas y pastoriles, y superiores en las zonas urbanas, más compactados. El pH era alcalino, como corresponde a a suelos de origen calizo, y la conductividad eléctrica y el contenido de carbonato de calcio eran de moderados a altos, particularmente la salinidad en los suelos situados más al sur. Centrándonos en la materia orgánica, ésta se cuantificó utilizando los dos métodos contrastados hallados en la bibliografía como más comunes, la pérdida por ignición de materia orgánica conocido por sus iniciales en inglés LOI (los on ignition), y la determinación de materia orgánica oxidable utilizando el método dado en el proyecto de armonización de técnicas de medición en suelos auspiciado por FAO denominado GLOSOLAN (Global Soil Laboratory Network) y basado en el método ideado por Walkley y Black a principios del siglo XX. Los resultados obtenidos indicaron que el contenido de materia orgánica varió, independientemente del método utilizado para medirla, con el siguiente orden: agrícola > pastoril > urbana. Los resultados obtenidos para COS y NS indican que las tierras cultivadas tuvieron los mayores almacenamientos de carbono, seguidas de los pastizales y los suelos urbanos. Los valores obtenidos para la relación CWB/NKjeldahl fueron en general, cercanos a 10, indicando una tendencia a la descomposición de la materia orgánica frente a una acumulación/estabilización, por lo que sería deseable que esta relación C/N fuera superior, en torno a 20. Los resultados fueron muy distintos según el método de medida de materia orgánica empleado, siendo mayores los valores obtenidos mediante la pérdida por ignición que los obtenidos mediante oxidación. Es posible que estas diferencias se deban a diversas fuentes de error que tradicionalmente se asocian a estos métodos y en particular a la pérdida por ignición. Entre otras, a la pérdida de agua de cristalización de las arcillas, la transformación de yesos o la existencia de materia orgánica que se pierde por ignición y que no se descompone por oxidación, faoreciendo la diferencia entre ambos métodos. Precisamente, este fue uno de los temas que promovieron un cambio de estrategia a la hora de trabajar en los suelos áridos, en los que se prestó mayor atención a los efectos en el uso de estas metodologías de depertimación de COS y MOS, cuando se estudiaron los suelos de la zona desértica de Argelia. Así, la tercera de las ùblicaciones se centró en la región árida de Ghardaïa. La estrategia de toma de muestras en los suelos arenosos cambió, considerando relevante incrementar la profundidad, dado que la aireación y el intercambio gaseoso suele ser mayor en este tipo de suelos debido a la porosidad, a la presencia de poros maás grandes favorecido por la granulometría arenosa. Así, se recolectaron muestras de suelo a una profundidad de 0 a 30 cm bajo diferentes usos del suelo: agrícola, forestal y pastoril. En este caso no se conisderaron las afecciones urbanas y si las escasa zonas que presentan un estado asimilable a forestal. Para determinar la materia orgánica del suelo (MOS) se utilizaron los mismos métodos que en el caso anterior, el basado en la oxidación con dicromato en medio húmedo acidificado (Walkley-Black - método WB) y la pérdida por ignición (LOI). El porcentaje promedio de los valores de MOS determinado fue 1.86, 2.42, 1.54 usando el método LOI, pero se obtuvieron valores mucho más bajos de 0.34, 0.33, 0.36 usando el método WB, para suelos agrícolas, forestales y pastoriles respectivamente. Estos resultados mostraron discrepancias significativas entre los dos métodos, como ya se apuntó en el trabajo anterior, siendo los valores de materia orgánica del suelo (MOS) mayores con el método LOI. En el caso del WB, los valores son tan bajos y la sensibilidad del método fue inferior a la deseable. Cuando se trataron de relacionar los resultados de ambos métodos, se obtuvo una relación lineal débil entre los dos procedimientos analíticos (R2 de 0,19 y 0,13 para suelos agrícolas y forestales), mientras que se encontró una relación media (R2= 0,65) para suelos de pastoreo cuando se aplicó el ajuste lineal. Se realizó también un ajuste logarítmico que no mejoró sustancialmente los resultados obtenidos con el ajuste lineal. Es muy posible que las circunstancias especiales que se dan en ambientes desérticos, con elevadas temperaturas y la baja disponibilidad de materia orgánica, favorezcan la rápida descomposición de los compuestos más lábiles, más fácilmente oxidables y permanezcan los más recalcitrantes. Estos últimos sí pueden ser consumidos mediante procesos de ignición y presentan más ersistencia al ataque sulfocrómico del método WB. Este hecho podría explicar, en su mayor parte, la diferencia apreciada cuando se utiliza la pérdida por ignición de la materia orgánica frente a su descomposición mediante ataque oxidativo. Los resultados obtenidos, tanto las líneas de actuación indicadas en el capítulo publicado en la editorial Springer, como los obtenidos en los dos artículos de investigación en países de la cuenca mediterránea, pero con condiciones climáticas muy diferentes, resaltan la importancia de evaluar los efectos de las prácticas de manejo del suelo y su gestión, para poder identificar los impactos de estas prácticas en el almacenamiento de carbono y nitrógeno. Pero, por otro lado, resalta la necesidad de mejorar los métodos de medición del carbono orgánico del suelo, de la materia orgánica, para comprender los procesos ambientales locales y para desarrollar estrategias efectivas de secuestro y de almacenamiento de carbono. En cualquier caso, los métodos de determinación habituales pueden ser utilizados para establecer comparaciones en la mayoría de los suelos que se analizan. Sin embargo, el método de pérdida por ignición (LOI) evita el uso de materiales altamente contaminantes, como es el caso del cromo, que está presente en el método de oxidación, además de ser de muy sencilla aplicabilidad y no requerir unas condiciones especialmente complejas para estimar la pérdida de materia orgánica del suelo durante la ignición. No cabe duda que es crucial realizar más investigaciones para establecer un marco común de referencia en las metodologías a palicar en los suelos, y acciones para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero mediante la mejora del almacenamiento de carbono en el suelo, particularmente en regiones áridas y semiáridas.

Soil organic carbon (SOC) and soil nitrogen (SN) play a crucial role in global warming mitigation and sustainable soil management. Soil capacity to store carbon depends on a number of factors, including environmental conditions, soil physicochemical properties and land management practices. This study assesses the effects of various soil management practices on soil properties in two distinct regions: a semi-arid Mediterranean region of south-eastern Spain (Alicante) and an arid Saharan region of Algeria (Ghardaïa). Firstly, the organic matter measurement methods presented in the usual bibliography and the relationship with climate change were contrasted, giving rise to the first of the publications shown. This book chapter emphasizes the need to increase the organic matter content of soils, with various strategies, among which the incorporation of organic fertilizers stands out, to mitigate and combat climate change. For the semi-arid region of Alicante, soil samples were taken at a depth of 0-5 cm under three types of land use: agricultural, pastoral and urban. Analyses revealed that cultivated land had the highest SOC and SN stocks, followed by grassland and urban soils. Soils were predominantly loam, clay loam and sandy loam in texture, with low moisture percentages and bulk density values in both cultivated and pastoral areas. pH was alkaline, and electrical conductivity and calcium carbonate content were moderate to high. Organic matter estimated using the LOI and WB methods varied in the following order: agricultural > pastoral > urban. The results obtained for SOC and SN indicate that cultivated land had the highest stocks, followed by grassland and urban soils. C/N values close to 10 indicated easy decomposition of organic matter. For the arid Ghardaïa region, soil samples were taken at a depth of 0-30 cm under different land uses: agricultural, forestry and pastoral. Oxidation with acidified wet dichromate (Walkley-Black method - WB) and loss on ignition (LOI) were used to determine soil organic matter (SOM). The mean percentage SOM values were 1.86, 2.42, 1.54 using the LOI method, but lower values of 0.34, 0.33, 0.36 were determined using the WB method, for agricultural, forest and pastoral soils respectively. These results showed significant discrepancies between the two methods, with SOM values being higher with the LOI method. A weak linear relationship between the two analytical procedures was obtained (R2 of 0.19 and 0.13 for agricultural and forest soils), while an average relationship (R2= 0.65) was found for pastoral soils when using the linear fit. The results underline the importance of assessing the effects of soil management practices and identifying the impacts of these practices on carbon and nitrogen storage. Improved methods for measuring SOC and an understanding of local environmental processes are needed to develop effective carbon sequestration strategies. Further research is crucial to establish a common framework of actions to reduce greenhouse gas emissions and enhance soil carbon storage, particularly in semi-arid and arid regions.

Le carbone organique du sol (COS) et l'azote du sol (NS) jouent un rôle crucial dans l'atténuation du réchauffement climatique et dans la gestion durable des sols. La capacité du sol à stocker le carbone dépend de plusieurs facteurs, notamment les conditions environnementales, les propriétés physicochimiques du sol, ainsi que les pratiques de gestion des terres. Cette étude évalue les effets de diverses pratiques de gestion du sol sur les propriétés du sol dans deux régions distinctes : une région semi-aride méditerranéenne du sud-est de l'Espagne (Alicante) et une région aride saharienne de l’Algérie (Ghardaïa). Dans un premier temps, les méthodes de mesure de la matière organique présentées dans la bibliographie habituelle et la relation avec le changement climatique ont été contrastées, donnant lieu à la première des publications présentées. Ce chapitre du livre souligne la nécessité d'augmenter la teneur en matière organique des sols, avec diverses stratégies, parmi lesquelles se distingue l'incorporation d'engrais organiques, pour atténuer et combattre le changement climatique. Pour la région semi-aride d’Alicante, les échantillons de sol ont été prélevés à une profondeur de 0-5 cm sous trois types d'occupation du sol : agricoles, pastorales et urbains. Les analyses ont révélé que les terres cultivées présentaient les stocks de COS et de NS les plus élevés, suivies par les prairies et les sols urbains. Les sols avaient principalement une texture de limon, de limon argileux et de limon sableux, avec des pourcentages d'humidité et des valeurs de densité apparente faibles dans les zones cultivées et pastorales. Le pH était alcalin, et la conductivité électrique ainsi que la teneur en carbonate de calcium étaient modérées à élevées. La matière organique estimée à l'aide des méthodes LOI et WB variait dans l'ordre suivant : agricoles > pastorales > urbains. Les résultats obtenus pour le COS et le NS indiquent que les terres cultivées présentaient les stocks les plus élevés, suivies par les prairies et les sols urbains. Les valeurs du rapport C/N proches de 10 indiquaient une décomposition facile de la matière organique. Pour la région aride de Ghardaïa, des échantillons de sol ont été prélevés à une profondeur de 0-30 cm sous différentes utilisations du sol: agricoles, forestières et pastorales. Les méthodes d'oxydation avec du bichromate humide acidifié (méthode Walkley-Black - WB) et la perte au feu (LOI) ont été utilisées pour déterminer la matière organique du sol (MOS). Le pourcentage moyen des valeurs MOS était de 1,86, 2,42, 1,54 en utilisant la méthode LOI, mais des valeurs plus faibles de 0,34, 0,33, 0,36 ont été déterminées en utilisant la méthode WB, pour les sols agricoles, forestiers et pastoraux respectivement. Ces résultats ont montré des divergences significatives entre les deux méthodes, les valeurs MOS étant plus élevées avec la méthode LOI. Une faible relation linéaire entre les deux procédures analytiques a été obtenue (R2 de 0,19 et 0,13 pour les sols agricoles et forestiers), tandis qu'une relation moyenne (R2= 0,65) a été trouvée pour les sols pastoraux lors de l'utilisation de l'ajustement linéaire. Les résultats soulignent l'importance d'évaluer les effets des pratiques de gestion des sols et d'identifier les impacts de ces pratiques sur le stockage du carbone et de l'azote. Il est nécessaire d'améliorer les méthodes de mesure du COS et de comprendre les processus environnementaux locaux pour développer des stratégies efficaces de séquestration du carbone. Des recherches supplémentaires sont cruciales pour établir un cadre commun d'actions visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à améliorer le stockage du carbone dans les sols, particulièrement dans les régions semi-arides et arides.