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Carbono del suelo

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Impacto del CO2 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 de carbonato.[1]​ El carbono del suelo es un sumidero de carbono con respecto al ciclo global del carbono, desempeñando un papel en la biogeoquímica, la mitigación del cambio climático y la construcción de modelos climáticos globales.[2]​

Generalidades

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 por la meteorización del material parental o por 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 vegetal.[3]​

Ciclo global del carbono

Aunque las cantidades exactas son difíciles de medir, las actividades humanas han causado pérdidas sustanciales de carbono orgánico del suelo.[4]​ De las 2.700 Gt de carbono almacenadas en los suelos de todo el mundo, 1.550 GtC es orgánico y 950 GtC es 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.[5]​ El equilibrio de carbono del suelo se mantiene en turba y humedales (150 GtC) y en la hojarasca de las plantas en la superficie del suelo (50 GtC). Esto se compara con 780 GtC en la atmósfera y 600 GtC en todos los organismos vivos. La piscina oceánica representa 38.200 GtC.

Aproximadamente 60 GtC/año se acumulan en el suelo. Este 60 GtC/año es el balance de 120 GtC/año contraído de la atmósfera por la fotosíntesis de las plantas terrestres reducidas en 60 GtC/año de respiración de la planta. Un equivalente de 60 GtC/año se respira del suelo, uniéndose a la respiración de la planta de 60G tC/año para regresar a la atmósfera.[6]​[7]​

Carbón 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 hojarasca que conduce a la acumulación de polisacáridos complejos de plantas. (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) entra en la reserva de carbono estable como necromasa microbiana. El equilibrio exacto de la salida de carbono frente a la persistencia es una función de varios factores, incluida la composición de la comunidad vegetal aérea y los perfiles de exudado de las raíces, las variables ambientales y los fenotipos microbianos colectivos (es decir, el metafenoma).[8]​[9]​

El carbono orgánico del suelo se divide entre la biota viva del suelo y el material biótico muerto derivado de la biomasa. Juntos, estos comprenden la red trófica del suelo, con el componente vivo sostenido por el componente de material biótico. La biota del suelo incluye lombrices de tierra, nematodos, protozoos, hongos, bacterias y diferentes artrópodos.

Los detritos resultantes de la senescencia de las plantas son la principal fuente de carbono orgánico del suelo. Los materiales vegetales, con paredes celulares con alto contenido de 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 resulta en tiempos de residencia cortos. Las formas más persistentes de C orgánico incluyen lignina, humus, materia orgánica encapsulada en agregados del suelo y carbón vegetal. Estos resisten la alteración y tienen tiempos de residencia prolongados.

El carbono orgánico del suelo tiende a concentrarse en la capa superficial del suelo. La capa superficial del suelo varía de 0,5% a 3,0% de carbono orgánico para la mayoría de los suelos de tierras altas. Los suelos con menos del 0,5% de C orgánico se limitan principalmente a las zonas desérticas. Los suelos que contienen más de 12 a 18% de carbono orgánico se clasifican generalmente como suelos orgánicos. Se desarrollan altos niveles de C orgánico en suelos que apoyan la ecología de los humedales, la deposición de inundaciones, la ecología del fuego y la actividad humana.

Las formas de carbono derivadas del fuego están presentes en la mayoría de los suelos como carbón vegetal no degradado y carbono negro degradado.[10]​[11]​ El carbono orgánico del suelo se deriva típicamente del 5 - 50% del carbón,[12]​ con niveles superiores al 50% que se encuentran en los suelos mollisol, chernozem y terra preta.[13]​

Los exudados de las raíces son otra fuente de carbono del suelo.[14]​ 5 - 20% del carbono total de la planta fijado durante la fotosíntesis se suministra como exudados de raíces en apoyo de la biota mutualista rizosférica.[15]​[16]​ Las poblaciones microbianas son típicamente más altas en la rizosfera que en el suelo adyacente.

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, un 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 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.[17]​ El carbono, en lo que respecta a la materia orgánica de los suelos, es un componente importante de la salud del suelo y de las cuencas hidrográficas. Varios factores afectan la variación que existe en la materia orgánica del suelo y el carbono del suelo; el más significativo 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 causado pérdidas masivas de carbono orgánico del suelo.[4]​ 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 severo 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.

Manejo 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.[18]​ 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 ser del 1,6 al 4,6 por ciento.[19]​

Durante mucho tiempo se ha alentado a los agricultores a ajustar las prácticas para mantener o aumentar el componente orgánico en el 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 un asunto sencillo; se vuelve complejo por la actividad relativa de la biota del suelo, que puede consumir y liberar carbono y se vuelve más activo mediante la adición de fertilizantes nitrogenados.[18]​

Datos disponibles sobre carbono orgánico del suelo

Un sistema portátil de respiración del suelo que mide el flujo de CO2 del suelo
Europa

Los datos más homogéneos y completos sobre el contenido de carbono/materia orgánica de los suelos europeos siguen siendo los que pueden extraerse y/o derivarse 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 "Estimación del carbono orgánico del suelo en Europa a partir de datos recopilados a través de una red europea",[20]​ se realiza una comparación de datos nacionales con datos modelados. Los datos de carbono orgánico del suelo de LUCAS son puntos medidos y los resultados agregados[21]​ a nivel regional muestran hallazgos importantes. Por último, un nuevo modelo propuesto para la estimación del carbono orgánico del suelo en suelos agrícolas ha estimado el stock superior actual de COS de 17,63 Gt[22]​ 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.[23]​

Gestión para la salud de la cuenca

Gran parte de la literatura contemporánea sobre el carbono del suelo se relaciona con su función, o potencial, como sumidero de carbono atmosférico para contrarrestar el cambio climático. A pesar de este énfasis, se mejora una gama mucho más amplia de aspectos de la salud del suelo y las cuencas hidrográficas 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 masivo es menos probable cuando los suelos pueden retener la resistencia estructural bajo niveles de humedad más altos.
  • 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, por lo que se mantienen alejados de las vías fluviales.
  • Equilibrio hídrico: una mayor capacidad de retención de agua del suelo reduce el flujo terrestre y la recarga de agua subterránea; el agua ahorrada y retenida por el suelo permanece disponible para ser utilizada por las plantas.
  • Cambio climático: los suelos tienen la capacidad de retener carbono que de otro modo 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 mayor biosfera.

Suelos forestales

Los suelos forestales constituyen una gran reserva de carbono. Las actividades antropogénicas como la deforestación provocan liberaciones de carbono de esta reserva, lo que puede aumentar significativamente la concentración de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera.[24]​ 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, de acuerdo con la guía de buenas prácticas del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático.[25]​[26]​ La deforestación tropical representa casi el 25 por ciento del total de emisiones antropogénicas de GEI en todo el mundo.[27]​ La deforestación, la degradación forestal y los cambios en las prácticas de gestión de la tierra pueden provocar emisiones de carbono del suelo a la atmósfera. Por estas razones, se necesitan estimaciones confiables de las existencias de carbono orgánico del suelo y los cambios en las existencias para reducir las emisiones de la deforestación y la degradación forestal y la presentación de informes de GEI en el marco de la CMNUCC.

El gobierno de Tanzania, junto con la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación[28]​ y el apoyo financiero del gobierno de Finlandia, han implementado un programa de monitoreo de carbono del suelo forestal[29]​ para estimar las existencias de carbono del suelo, utilizando encuestas y métodos basados en modelos.

Véase también

Referencias

 

  1. ↑ Jobbágy, E.G; Jackson, R.B. (2000). «The vertical distribution of soil organic C and its relation to climate and vegetation». Ecological Applications 10 (2): 423-436. doi:10.1890/1051-0761(2000)010[0423:tvdoso]2.0.co;2. Archivado desde el original el 27 de enero de 2018. Consultado el 3 de noviembre de 2021. 
  2. ↑ Amelung, W.; Bossio, D.; de Vries, W.; Kögel-Knabner, I.; Lehmann, J.; Amundson, R.; Bol, R.; Collins, C. et al. (27 de octubre de 2020). «Towards a global-scale soil climate mitigation strategy». Nature Communications (en inglés) 11 (1): 5427. Bibcode:2020NatCo..11.5427A. ISSN 2041-1723. PMC 7591914. PMID 33110065. doi:10.1038/s41467-020-18887-7. 
  3. ↑ Lal, R. (February 2007). «Carbon Management in Agricultural Soils». Mitigation and Adaption Strategies for Global Change 12 (2): 303-322. doi:10.1007/s11027-006-9036-7. Consultado el 16 de enero de 2016. 
  4. ↑ a b Ruddiman, William (2007). Plows, Plagues, and Petroleum: How Humans Took Control of Climate. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-14634-8. 
  5. ↑ Yousaf, Balal; Liu, Guijian; Wang, Ruwei; Abbas, Qumber; Imtiaz, Muhammad; Liu, Ruijia (2016). «Investigating the biochar effects on C-mineralization and sequestration of carbon in soil compared with conventional amendments using stable isotope (δ13C) approach». GCB Bioenergy 9 (6): 1085-1099. doi:10.1111/gcbb.12401. 
  6. ↑ Lal, Rattan (2008). «Sequestration of atmospheric CO2 in global carbon pools». Energy and Environmental Science 1 (1): 86-100. doi:10.1039/b809492f. Consultado el 16 de enero de 2016. 
  7. ↑ «An Introduction to the Global Carbon Cycle». University of New Hampshire. 2009. Consultado el 6 de febrero de 2016. 
  8. ↑ Bonkowski, Michael (2004). «Protozoa and plant growth: The microbial loop in soil revisited». New Phytologist 162 (3): 617-631. PMID 33873756. doi:10.1111/j.1469-8137.2004.01066.x. 
  9. ↑ Naylor, Dan; Sadler, Natalie; Bhattacharjee, Arunima; Graham, Emily B.; Anderton, Christopher R.; McClure, Ryan; Lipton, Mary; Hofmockel, Kirsten S. et al. (2020). «Soil Microbiomes Under Climate Change and Implications for Carbon Cycling». Annual Review of Environment and Resources 45: 29-59. doi:10.1146/annurev-environ-012320-082720.  Material was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
  10. ↑ Bird, M. (2015). «Test procedures for biochar in soil». En Lehmann; Joseph, eds. Biochar for Environmental Management (2 edición). p. 679. ISBN 978-0-415-70415-1. 
  11. ↑ Skjemstad, Jan O. (2002). «Charcoal carbon in U.S. agricultural soils». Soil Science Society of America Journal 66 (4): 1249-1255. Bibcode:2002SSASJ..66.1249S. doi:10.2136/sssaj2002.1249. 
  12. ↑ «Comparative analysis of black C in soils». Global Biogeochemical Cycles 15 (1): 163-168. 2001. Bibcode:2001GBioC..15..163S. doi:10.1029/2000GB001284. Archivado desde el original el 8 de octubre de 2016. Consultado el 3 de noviembre de 2021. 
  13. ↑ «Abundant and stable char residues in soils: implications for soil fertility and carbon sequestration». Environmental Science and Technology 46 (17): 9571-9576. 2012. Bibcode:2012EnST...46.9571M. PMID 22834642. doi:10.1021/es301107c. 
  14. ↑ . Proceedings of the 5th Symposium of the International Society of Root Research. 1998. pp. 43-54. ISBN 978-94-010-6218-3. doi:10.1007/978-94-011-5270-9_3. 
  15. ↑ Pearson, JN; Jakobsen, I (1993). «The relative contribution of hyphae and roots to phosphorus uptake by arbuscular mycorrhizal plants, measured by dual labeling with 32P and 33P». New Phytologist 124 (3): 489-494. doi:10.1111/j.1469-8137.1993.tb03840.x. 
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  17. ↑ Eric Roston (6 de octubre de 2017). «There's a Climate Bomb Under Your Feet; Soil locks away carbon just as the oceans do. But that lock is getting picked as the atmosphere warms and development accelerates.». Bloomberg.com. Consultado el 6 de octubre de 2017. 
  18. ↑ a b Young, A.; Young, R. (2001). Soils in the Australian landscape. Melbourne: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-551550-3. Archivado desde el original el 26 de julio de 2008. Consultado el 3 de noviembre de 2021. 
  19. ↑ Charman, P.E.V.; Murphy, B.W. (2000). Soils, their properties and management (2nd edición). Melbourne: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-551762-0. Archivado desde el original el 3 de marzo de 2016. Consultado el 3 de noviembre de 2021. 
  20. ↑ Panagos, Panos; Hiederer, Roland; Liedekerke, Marc Van; Bampa, Francesca (2013). «Estimating soil organic carbon in Europe based on data collected through a European network». Ecological Indicators 24: 439-450. doi:10.1016/j.ecolind.2012.07.020. 
  21. ↑ Panagos, Panos; Ballabio, Cristiano; Yigini, Yusuf; Dunbar, Martha B. (2013). «Estimating the soil organic carbon content for European NUTS2 regions based on LUCAS data collection». Science of the Total Environment 442: 235-246. Bibcode:2013ScTEn.442..235P. PMID 23178783. doi:10.1016/j.scitotenv.2012.10.017. 
  22. ↑ Lugato, Emanuele; Panagos, Panos; Bampa, Francesca; Jones, Arwyn; Montanarella, Luca (1 de enero de 2014). «A new baseline of organic carbon stock in European agricultural soils using a modelling approach». Global Change Biology 20 (1): 313-326. Bibcode:2014GCBio..20..313L. ISSN 1365-2486. PMID 23765562. doi:10.1111/gcb.12292. 
  23. ↑ Lugato, Emanuele; Panagos, Panos; Fernandez-Ugalde, Oihane; Orgiazzi, Alberto; Ballabio, Cristiano; Montanarella, Luca; Borrelli, Pasquale; Smith, Pete et al. (1 de noviembre de 2018). «Soil erosion is unlikely to drive a future carbon sink in Europe». Science Advances 4 (11): eaau3523. Bibcode:2018SciA....4.3523L. ISSN 2375-2548. PMC 6235540. PMID 30443596. doi:10.1126/sciadv.aau3523. 
  24. ↑ IPCC. 2000. Land use, land-use change, and forestry. IPCC Special Report. United Kingdom, Cambridge University Press.
  25. ↑ IPCC. 2003. Good practice guidance for land use, land-use change and forestry. Kanagawa, Japan, National Greenhouse Gas Inventories Programme.
  26. ↑ IPCC. 2006. Guidelines for national greenhouse gas inventories. Kanagawa, Japan, National Greenhouse Gas Inventories Programme.
  27. ↑ Pan Y.; Birdsey R.; Fang J.; Houghton R.; Kauppi P.; Kurz W.; Phillips O.; Shvidenko A. et al. (2011). «A Large and Persistent Carbon Sink in the World's Forests». Science 333 (6045): 988-93. Bibcode:2011Sci...333..988P. PMID 21764754. doi:10.1126/science.1201609. 
  28. ↑ «Forest monitoring and assessment». 
  29. ↑ FAO. 2012. "Soil carbon monitoring using surveys and modelling: General description and application in the United Republic of Tanzania". FAO Forestry Paper 168 Rome. Available at: http://www.fao.org/docrep/015/i2793e/i2793e00.htm
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