Impacto del CO 2 elevado en las reservas de carbono del suelo
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 minerales carbonatados . Es vital para la capacidad del suelo en nuestro ecosistema. El carbono del suelo es un sumidero de carbono con respecto al ciclo global del carbono y desempeña un papel en la biogeoquímica , la mitigación del cambio climático y la construcción de modelos climáticos globales . Los microorganismos desempeñan un papel importante en la descomposición del carbono del 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 provocado una pérdida masiva de carbono orgánico del suelo. Por ejemplo, los incendios antropogénicos destruyen la capa superior del suelo, exponiéndolo a una oxidación excesiva.
Descripción general
El carbono del suelo está presente en dos formas: inorgánica y orgánica. El carbono inorgánico del suelo consiste en formas minerales de carbono, ya sea por la erosión del material original o por la reacción de los minerales del suelo con el CO 2 atmosférico . Los minerales carbonatados 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 de plantas frescas y carbono relativamente inerte en materiales derivados de restos de plantas: humus y carbón vegetal . [2] El carbono del suelo es fundamental para los organismos terrestres y es uno de los reservorios de carbono más importantes, y la mayor parte del carbono se almacena en los bosques. [3] Los factores bióticos incluyen la asimilación fotosintética del carbono fijado, la descomposición de la 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 la distribución del carbono en el 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
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 debido a cambios en el uso de la tierra, deforestación y 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 para equilibrar 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 las actuales emisiones anuales de combustibles fósiles. [11] El equilibrio del carbono del suelo se mantiene en la turba y los humedales (150 GtC) y en la hojarasca de la superficie del suelo (50 GtC). Esto se compara con 780 GtC en la atmósfera y 600 GtC en todos los organismos vivos . La reserva oceánica de carbono representa 38.200 GtC.
Alrededor de 60 GtC/año se acumulan en el suelo. Estos 60 GtC/año son el saldo de 120 GtC/año contraídos de la atmósfera por la fotosíntesis de las plantas terrestres, reducidos en 60 GtC/año de la respiración de las plantas . Se respira del suelo un equivalente de 60 GtC/año, que se unen a los 60 GtC/año de respiración de las plantas para regresar a la atmósfera. [12] [13]
Impactos del cambio climático en el suelo
El cambio climático es un factor importante en la formación del suelo , así como en el desarrollo de sus 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 sí cambios en la fertilidad, la salinidad y la humedad . Se predicen la temperatura , el COS, el secuestro , la agregación, etc. [14] En 1996, se creó el rango de agua menos 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 de oxígeno. [14] Se sabe que los cambios en LLWR alteran los ecosistemas, pero 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 tasas más altas de crecimiento de las plantas y, eventualmente, a una mayor absorción de carbono. [15] [16] Por el contrario, los ambientes 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 capacidad 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 una gran reserva de almacenamiento (alrededor de 1500 Pg) de carbono en solo los primeros metros de suelo y entre el 20 y el 40% de ese carbono orgánico. tiene una vida de residencia superior a 100 años.
Carbono orgánico
Ciclo del carbono del suelo a través del circuito microbiano.
El dióxido de carbono en la atmósfera es fijado por plantas (o microorganismos autótrofos) y agregado al suelo a través de procesos tales como (1) exudación de raíces de compuestos de carbono simples de bajo peso molecular, o deposición de hojarasca y raíces que conducen a la acumulación de polisacáridos vegetales complejos. . (2) A través de estos procesos, el carbono se vuelve biodisponible para la "fábrica" metabólica microbiana y posteriormente (3) se respira a la atmósfera o (4) ingresa al depósito de carbono estable como necromasa microbiana. El equilibrio exacto entre la salida de carbono y la persistencia es una función de varios factores, incluida la composición de la comunidad de plantas aéreas y los perfiles de exudado de las raíces, las variables ambientales y los fenotipos microbianos colectivos (es decir, el metafenoma). [18] [19]
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 C orgánico incluyen la lignina, el humus, la materia orgánica encapsulada en agregados del suelo y el carbón vegetal. Estos resisten la alteración y tienen largos tiempos de residencia.
Las formas de carbono derivadas del fuego están presentes en la mayoría de los suelos como carbón vegetal no erosionado y carbono negro erosionado . [20] [21] El carbono orgánico del suelo suele derivar entre un 5% y un 50% del carbón vegetal, [22] y se encuentran niveles superiores al 50% en suelos molisol , chernozem y terra preta . [23]
Los exudados de 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 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 .
COS y otras propiedades del suelo
Las concentraciones de carbono orgánico del suelo (COS) en suelos arenosos influyen en la densidad aparente del suelo, que disminuye con un aumento del COS. [27] La densidad aparente es importante para calcular las existencias de COS [28] y concentraciones más altas de COS aumentan las existencias de COS, pero el efecto se verá algo reducido 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 COS fue mayor en suelos arenosos con pH más alto. [29] encontraron que hasta el 76% de la variación en la CIC fue causada por el COS, y hasta el 95% de la variación en la CIC se atribuyó al COS y al pH. Se ha demostrado que la materia orgánica del suelo y la superficie específica representan el 97% de la variación de la CIC, mientras que el contenido de arcilla representa el 58%. [30] El carbono orgánico del suelo aumentó con el aumento del contenido de limo y arcilla. Las fracciones de tamaño de limo y arcilla tienen la capacidad de proteger el COS en los agregados del suelo. [31] Cuando la materia orgánica se descompone, la materia orgánica se une al limo y la arcilla formando agregados. [32] El carbono orgánico del suelo es mayor en las fracciones del tamaño de limo y arcilla que en las fracciones del tamaño de la arena, y generalmente es más alto en las fracciones del tamaño de la arcilla. [33]
Salud del suelo
El carbono orgánico es vital para la capacidad del suelo de proporcionar servicios ecosistémicos edáficos . La condición de esta capacidad se denomina salud del suelo , término que comunica el valor de entender el suelo como un sistema vivo en oposición a un componente abiótico . Los puntos de referencia específicos relacionados con el carbono utilizados para evaluar la salud del suelo incluyen la liberación de CO 2 , 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 su relación con la materia orgánica de los suelos, es un componente importante de la salud del suelo y de las cuencas . Varios factores afectan la variación que existe en la materia orgánica y el carbono del suelo; la más significativa ha sido, en la época contemporánea, la influencia de los seres humanos y los sistemas agrícolas.
Aunque las cantidades exactas son difíciles de medir, las actividades humanas han provocado 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 debido a la oxidación ha sido grave como resultado de la labranza y el drenaje. El manejo del pastoreo que expone el suelo (ya sea 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 suele oscilar entre 1,6% y 4,6%. [36]
Durante mucho tiempo se ha alentado a que los agricultores ajusten sus prácticas para mantener o aumentar el componente orgánico del suelo. Por un lado, se desaconsejan las prácticas que aceleran la oxidación del carbono (como la quema de rastrojos o el cultivo excesivo); por otro lado, se ha fomentado la incorporación de material orgánico (como en el abono ). Aumentar el carbono del suelo no es una cuestión sencilla; se vuelve complejo por la actividad relativa de la biota del suelo, que puede consumir y liberar carbono y se vuelve más activa mediante la adición de fertilizantes nitrogenados . [35]
Datos disponibles sobre el carbono orgánico del suelo
Un sistema portátil de respiración del suelo que mide el flujo de CO 2 del suelo.
Europa
Los datos más homogéneos y completos sobre el contenido de carbono/materia orgánica de los suelos europeos siguen siendo aquellos que pueden extraerse y/o derivarse de la Base de datos europea sobre suelos en combinación con bases de datos asociadas sobre cobertura del suelo , 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 "Estimación del carbono orgánico del suelo en Europa basado en datos recopilados a través de una red europea" ( Indicadores ecológicos 24, [37] págs. 439–450), se realiza una comparación de datos nacionales con datos modelados. Los datos de carbono orgánico del suelo de LUCAS se miden en puntos estudiados 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 máximo actual de COS en 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 para la salud de las cuencas
Gran parte de la literatura contemporánea sobre el carbono del suelo se relaciona con su papel, 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 salud del suelo y de las cuencas mejora 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:
Reducción de la erosión , sedimentación : 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 retener la resistencia estructural bajo mayores niveles de humedad.
Mayor productividad: unos suelos más sanos y productivos pueden contribuir a crear circunstancias socioeconómicas positivas.
Vías fluviales , nutrientes y turbidez más limpios : los nutrientes y los sedimentos tienden a ser retenidos por el suelo en lugar de lixiviarse o eliminarse, por lo que 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 aguas subterráneas ; el agua ahorrada y retenida por el suelo permanece disponible para el uso de las plantas.
Cambio climático: los suelos tienen la capacidad de retener carbono que de otro modo podría existir como CO 2 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 biosfera en general .
Suelos forestales
Los suelos forestales constituyen una gran reserva de carbono. Las actividades antropogénicas, como la deforestación, provocan liberaciones de carbono de este reservorio, 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 e informar las emisiones y absorciones de GEI, incluidos los cambios en las reservas de carbono en los cinco depósitos (biomasa aérea y subterránea, madera muerta, basura y carbono del suelo) y las emisiones y absorciones asociadas del uso de la tierra, el cambio de uso de la tierra y las actividades forestales, según la guía de buenas prácticas del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático . [42] [43] La deforestación tropical representa casi el 25% del total de emisiones antropogénicas de GEI en todo el mundo. [44] La deforestación, la degradación de los bosques 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 de los cambios en las mismas para la reducción de las emisiones derivadas de la deforestación y la degradación forestal y la presentación de informes sobre GEI en el marco 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 y no mecanizada que utiliza la quema como forma de limpieza de tierras [49]
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