El carbono del suelo es el carbono sólido almacenado en los suelos globales . Esto incluye tanto la materia orgánica del suelo como el carbono inorgánico como los minerales de carbonato . Es vital para la capacidad del suelo en nuestro ecosistema. El carbono del suelo es un sumidero de carbono en lo que respecta al ciclo global del carbono , que desempeña un papel en la biogeoquímica , la mitigación del cambio climático y la construcción de modelos climáticos globales . Los microorganismos juegan un papel importante en la descomposición del carbono en el suelo. Los cambios en su actividad debido al aumento de las temperaturas podrían influir e incluso contribuir al cambio climático. [1] Las actividades humanas han causado una pérdida masiva de carbono orgánico del suelo. Por ejemplo, los incendios antropogénicos destruyen la capa superior del suelo, exponiendo el suelo a una oxidación excesiva.
Descripción general
El carbono del suelo está presente en dos formas: inorgánico y orgánico. El carbono inorgánico del suelo consiste en formas minerales de carbono, ya sea de la meteorización del material parental o de la reacción de los minerales del suelo con el CO2 atmosférico . Los minerales de carbonato son la forma dominante de carbono del suelo en climas desérticos . El carbono orgánico del suelo está presente como materia orgánica del suelo . Incluye carbono relativamente disponible como restos vegetales frescos y carbono relativamente inerte en materiales derivados de restos vegetales: humus y carbón . [2] El carbono del suelo es fundamental para los organismos terrestres y es uno de los depósitos de carbono más importantes, con la mayoría del carbono almacenado en los bosques. [3] Los factores bióticos incluyen la asimilación fotosintética de carbono fijado, la descomposición de biomasa y las actividades de diversas comunidades de organismos del suelo. [4] El clima, la dinámica del paisaje, los incendios y la mineralogía son algunos de los factores abióticos importantes. Los factores antropogénicos han cambiado cada vez más las distribuciones de carbono del suelo. La fijación industrial de nitrógeno, las prácticas agrícolas y el uso de la tierra y otras prácticas de gestión son algunas de las actividades antropogénicas que han alterado el carbono del suelo. [5]
Ciclo global del carbono
La distribución y acumulación de carbono en el suelo surge de procesos complejos y dinámicos influenciados por factores bióticos, abióticos y antropogénicos. [6] Aunque las cantidades exactas son difíciles de medir, el carbono del suelo se ha perdido a través de cambios en el uso de la tierra, la deforestación y las prácticas agrícolas. [7] Si bien muchos factores ambientales afectan el carbono total almacenado en los ecosistemas terrestres, en general, la producción primaria y la descomposición son los principales impulsores del equilibrio de la cantidad total de carbono almacenado en la tierra. [8] El CO 2 atmosférico es absorbido por organismos fotosintéticos y almacenado como materia orgánica en los ecosistemas terrestres. [9]
Aunque las cantidades exactas son difíciles de medir, las actividades humanas han causado pérdidas sustanciales de carbono orgánico del suelo. [10] De las 2.700 Gt de carbono almacenadas en los suelos de todo el mundo, 1.550 GtC son carbono orgánico y 950 GtC son carbono inorgánico, que es aproximadamente tres veces mayor que el carbono atmosférico actual y 240 veces mayor en comparación con la emisión anual actual de combustibles fósiles. [11] El resto del carbono del suelo se mantiene en la turba y los humedales (150 GtC), y en la hojarasca vegetal en la superficie del suelo (50 GtC). Esto se compara con 780 GtC en la atmósfera y 600 GtC en todos los organismos vivos . El depósito oceánico de carbono representa 38.200 GtC.
En el suelo se acumulan aproximadamente 60 GtC/año. Estos 60 GtC/año son el saldo de los 120 GtC/año extraídos de la atmósfera por la fotosíntesis de las plantas terrestres , menos los 60 GtC/año de la respiración de las plantas. Un equivalente de 60 GtC/año se exhala del suelo, que se suma a los 60 GtC/año de la respiración de las plantas para regresar a la atmósfera. [12] [13]
Impactos del cambio climático en el suelo
El cambio climático es un factor principal en la formación del suelo , así como en su desarrollo de propiedades químicas y físicas. Por lo tanto, los cambios en el clima afectarán al suelo de muchas maneras que aún no se comprenden completamente, pero se predicen cambios en la fertilidad, salinidad , humedad , temperatura , SOC, secuestro , agregación, etc. [14] En 1996, se creó el rango de agua mínimo limitante (LLWR) para cuantificar los cambios físicos en el suelo. Este indicador mide los cambios en la capacidad de agua disponible , la estructura del suelo , la porosidad del aire, la resistencia del suelo y la tasa de difusión del oxígeno. [14] Se sabe que los cambios en LLWR alteran los ecosistemas, pero es a una capacidad diferente en cada región. Por ejemplo, en las regiones polares donde las temperaturas son más susceptibles a cambios drásticos, el derretimiento del permafrost puede exponer más tierra, lo que conduce a mayores tasas de crecimiento de las plantas y, eventualmente, una mayor absorción de carbono. [15] [16] Por el contrario, los entornos tropicales experimentan un empeoramiento de la calidad del suelo porque los niveles de agregación del suelo disminuyen con temperaturas más altas.
El suelo también tiene capacidades de secuestro de carbono, donde el dióxido de carbono se fija en el suelo mediante la absorción de las plantas. [17] Esto representa la mayor parte de la materia orgánica del suelo (MOS) en el suelo y crea un gran depósito de almacenamiento (alrededor de 1500 Pg) para el carbono en solo los primeros metros de suelo y el 20-40% de ese carbono orgánico tiene una vida útil que supera los 100 años.
Los detritos resultantes de la senescencia de las plantas son la principal fuente de carbono orgánico del suelo. Los materiales vegetales, con paredes celulares ricas en celulosa y lignina , se descomponen y el carbono no respirado se retiene en forma de humus . La celulosa y los almidones se degradan fácilmente, lo que da como resultado tiempos de residencia cortos. Las formas más persistentes de carbono orgánico incluyen la lignina, el humus, la materia orgánica encapsulada en agregados del suelo y el carbón vegetal. Estos resisten la alteración y tienen tiempos de residencia prolongados.
Las formas de carbono derivadas del fuego están presentes en la mayoría de los suelos como carbón vegetal no meteorizado y carbón negro meteorizado . [20] [21] El carbono orgánico del suelo generalmente se deriva en un 5-50% del carbón, [22] con niveles superiores al 50% encontrados en suelos mollisol , chernozem y terra preta . [23]
Los exudados de las raíces son otra fuente de carbono del suelo. [24] Entre el 5 y el 20 % del carbono total de la planta fijado durante la fotosíntesis se suministra como exudados de las raíces en apoyo de la biota mutualista rizosférica . [25] [26] Las poblaciones microbianas suelen ser más altas en la rizosfera que en el suelo adyacente .
SOC y otras propiedades del suelo
Las concentraciones de carbono orgánico del suelo (SOC) en suelos arenosos influyen en la densidad aparente del suelo, que disminuye con un aumento del SOC. [27] La densidad aparente es importante para calcular las reservas de SOC [28] y las concentraciones más altas de SOC aumentan las reservas de SOC, pero el efecto se reducirá algo por la disminución de la densidad aparente. El carbono orgánico del suelo aumentó la capacidad de intercambio catiónico (CIC), una medida de la fertilidad del suelo , en suelos arenosos. El SOC fue mayor en suelos arenosos con un pH más alto. [29] encontraron que hasta el 76% de la variación en la CIC fue causada por el SOC, y hasta el 95% de la variación en la CIC se atribuyó al SOC y al pH. Se ha demostrado que la materia orgánica del suelo y la superficie específica explican el 97% de la variación en la CIC, mientras que el contenido de arcilla representa el 58%. [30] El carbono orgánico del suelo aumentó con un aumento en el contenido de limo y arcilla. Las fracciones de tamaño de limo y arcilla tienen la capacidad de proteger el SOC en los agregados del suelo. [31] Cuando la materia orgánica se descompone, se une con el limo y la arcilla formando agregados. [32] El carbono orgánico del suelo es mayor en las fracciones de tamaño de limo y arcilla que en las fracciones de tamaño de arena, y generalmente es más alto en las fracciones de tamaño de arcilla. [33]
Salud del suelo
El carbono orgánico es vital para la capacidad del suelo de proporcionar servicios ecosistémicos edáficos . El estado de esta capacidad se denomina salud del suelo , un término que comunica el valor de entender el suelo como un sistema vivo en lugar de un componente abiótico . Los parámetros específicos relacionados con el carbono que se utilizan para evaluar la salud del suelo incluyen la liberación de CO2 , los niveles de humus y la actividad metabólica microbiana.
Pérdidas
El intercambio de carbono entre los suelos y la atmósfera es una parte importante del ciclo mundial del carbono. [34] El carbono, en relación con la materia orgánica de los suelos, es un componente importante de la salud de los suelos y de las cuencas hidrográficas . Varios factores afectan la variación que existe en la materia orgánica y el carbono del suelo; el más significativo, en la época contemporánea, ha sido la influencia de los seres humanos y los sistemas agrícolas.
Aunque las cantidades exactas son difíciles de medir, las actividades humanas han causado pérdidas masivas de carbono orgánico del suelo. [10] Primero fue el uso del fuego , que elimina la cubierta del suelo y conduce a pérdidas inmediatas y continuas de carbono orgánico del suelo. Tanto la labranza como el drenaje exponen la materia orgánica del suelo al oxígeno y la oxidación. En los Países Bajos , East Anglia , Florida y el Delta de California , el hundimiento de las turberas por oxidación ha sido grave como resultado de la labranza y el drenaje. El manejo del pastoreo que expone el suelo (a través de períodos de recuperación excesivos o insuficientes) también puede causar pérdidas de carbono orgánico del suelo.
Gestión del carbono del suelo
Las variaciones naturales en el carbono del suelo ocurren como resultado del clima , los organismos , el material parental , el tiempo y el relieve. [35] La mayor influencia contemporánea ha sido la de los humanos; por ejemplo, el carbono en los suelos agrícolas australianos puede haber sido históricamente el doble del rango actual, que normalmente es de 1,6 a 4,6 %. [36]
Desde hace mucho tiempo se ha fomentado que los agricultores adapten sus prácticas para mantener o aumentar el componente orgánico del suelo. Por un lado, se desalientan las prácticas que aceleran la oxidación del carbono (como la quema de rastrojos de cultivos o el cultivo excesivo); por otro, se ha fomentado la incorporación de material orgánico (como el abono ). Aumentar el carbono del suelo no es una cuestión sencilla; se vuelve compleja por la actividad relativa de la biota del suelo, que puede consumir y liberar carbono y se vuelve más activa con la adición de fertilizantes nitrogenados . [35]
Datos disponibles sobre el carbono orgánico del suelo
Europa
Los datos más homogéneos y completos sobre el contenido de carbono/materia orgánica de los suelos europeos siguen siendo aquellos que se pueden extraer y/o derivar de la Base de Datos Europea de Suelos en combinación con bases de datos asociadas sobre cobertura terrestre , clima y topografía . Los datos modelados se refieren al contenido de carbono (%) en el horizonte superficial de los suelos en Europa. En un inventario de conjuntos de datos nacionales disponibles, siete estados miembros de la Unión Europea tienen conjuntos de datos disponibles sobre carbono orgánico. En el artículo "Estimating soil organic carbon in Europe based on data picked through a European network" ( Ecological Indicators 24, [37] pp. 439–450), se realiza una comparación de datos nacionales con datos modelados. Los datos de carbono orgánico del suelo de LUCAS son puntos medidos en encuestas y los resultados agregados [38] a nivel regional muestran hallazgos importantes. Finalmente, un nuevo modelo propuesto para la estimación del carbono orgánico del suelo en suelos agrícolas ha estimado el stock actual de SOC superior de 17,63 Gt [39] en suelos agrícolas de la UE. Este marco de modelado se ha actualizado integrando el componente de erosión del suelo para estimar los flujos laterales de carbono. [40]
Gestión de la salud de las cuencas
Gran parte de la literatura contemporánea sobre el carbono del suelo se relaciona con su función, o potencial, como sumidero de carbono atmosférico para compensar el cambio climático . A pesar de este énfasis, una gama mucho más amplia de aspectos de la salud del suelo y de las cuencas hidrográficas mejoran a medida que aumenta el carbono del suelo. Estos beneficios son difíciles de cuantificar, debido a la complejidad de los sistemas de recursos naturales y la interpretación de lo que constituye la salud del suelo; no obstante, se proponen varios beneficios en los siguientes puntos:
Erosión y sedimentación reducidas : una mayor estabilidad de los agregados del suelo significa una mayor resistencia a la erosión; el movimiento de masas es menos probable cuando los suelos pueden conservar la resistencia estructural bajo mayores niveles de humedad.
Mayor productividad: suelos más sanos y productivos pueden contribuir a circunstancias socioeconómicas positivas.
Vías fluviales más limpias , nutrientes y turbidez : los nutrientes y los sedimentos tienden a ser retenidos por el suelo en lugar de lixiviarse o lavarse, y de esta manera se mantienen alejados de las vías fluviales.
Balance hídrico : una mayor capacidad de retención de agua del suelo reduce el flujo superficial y la recarga de las aguas subterráneas ; el agua ahorrada y retenida por el suelo permanece disponible para que la utilicen las plantas.
Cambio climático: Los suelos tienen la capacidad de retener el carbono que de otra manera podría existir como CO2 atmosférico y contribuir al calentamiento global .
Mayor biodiversidad : la materia orgánica del suelo contribuye a la salud de la flora del suelo y, en consecuencia, a los vínculos naturales con la biodiversidad en la gran biosfera .
Suelos forestales
Los suelos forestales constituyen un gran depósito de carbono. Las actividades antropogénicas como la deforestación provocan liberaciones de carbono de este depósito, lo que puede aumentar significativamente la concentración de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera . [41] Según la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC), los países deben estimar y reportar las emisiones y remociones de GEI, incluidos los cambios en las reservas de carbono en los cinco depósitos (biomasa aérea y subterránea, madera muerta, hojarasca y carbono del suelo) y las emisiones y remociones asociadas del uso de la tierra, el cambio de uso de la tierra y las actividades forestales, de acuerdo con la guía de buenas prácticas del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático . [42] [43] La deforestación tropical representa casi el 25% de las emisiones antropogénicas totales de GEI en todo el mundo. [44] La deforestación, la degradación forestal y los cambios en las prácticas de gestión de la tierra pueden provocar liberaciones de carbono del suelo a la atmósfera. Por estas razones, se necesitan estimaciones confiables de las reservas de carbono orgánico del suelo y los cambios en las reservas para la reducción de las emisiones derivadas de la deforestación y la degradación forestal y la presentación de informes de GEI en virtud de la CMNUCC.
África occidental ha experimentado una pérdida significativa de bosques que contienen altos niveles de carbono orgánico del suelo. [47] [48] Esto se debe principalmente a la expansión de la agricultura a pequeña escala, no mecanizada, que utiliza la quema como una forma de desmonte de tierras [49].
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