Esta historia nos llega del Ag Research Journal de USDA ARS, escrita por Ann Perry. Es interesante por varias razones. Primero, cuestiona cosas que creíamos saber sobre el carbono del suelo y dónde estaba en el perfil del suelo. También representa un tipo de ciencia que es difícil de hacer. Necesita un equipo especial y técnicas de muestreo que van más allá de lo habitual "enviar a un estudiante de posgrado al campo con una pala y un balde" y no pueden financiarse con una subvención económica más típica. Finalmente, comprender dónde se almacena el carbono y cómo podemos mejorar ese proceso significa que los agricultores y ganaderos pueden ser superhéroes cuando se trata de enfriar el planeta. Dado que cada uno de los últimos 3 años ha sido etiquetado como el más caliente registrado, ¡esto podría ser un gran problema! ¡Adelante, superhéroes!
Durante años, muchos agrónomos creyeron que los niveles significativos de carbono del suelo solo se acumulaban cerca de la superficie del suelo. Entonces, cuando cuatro científicos del Servicio de Investigación Agrícola presentaron un trabajo de investigación que afirmaba que grandes cantidades de carbono del suelo fueron secuestradas a una profundidad de hasta 5 pies en el perfil del suelo, y por cultivos anuales y perennes, tuvieron algunos problemas para pasar su trabajo por el proceso de revisión. .
El estudio fue un proyecto de 9 años que evaluó los efectos de fertilizantes nitrogenados y tratamientos de cosecha en el secuestro de carbono orgánico del suelo en cultivos de pasto varilla y maíz sin labranza manejados para la producción de materia prima biológica.
“El secuestro de carbono orgánico del suelo tiene un gran impacto en la sostenibilidad a largo plazo de la producción de cultivos bioenergéticos porque puede afectar significativamente la fertilidad del suelo y las emisiones de gases de efecto invernadero”, dice el genetista Ken Vogel (retirado) del ARS. “Por lo tanto, el uso de tasas de secuestro precisas es esencial para desarrollar análisis del ciclo de vida que evalúen los costos y beneficios ambientales a largo plazo de la producción de cultivos para biocombustibles”. [Nota del editor:Es por eso que comenzaron la investigación y por qué observaron los cultivos que observaron. Pero tenga en cuenta que los resultados también nos ayudan a comprender lo que sucede debajo del suelo en otras áreas.]
Vogel, los científicos del suelo Ron Follett (retirado) y Gary Varvel, y el agrónomo Rob Mitchell realizaron su estudio en campos marginalmente productivos similares a las tierras de cultivo que serían adecuadas para la producción comercial de pasto varilla. Mitchell y Varvel están en las unidades de investigación del ARS en Lincoln, Nebraska. Follett estaba con ARS en Fort Collins, Colorado.
El equipo estableció parcelas grandes que podían acomodar equipos a escala de campo y tomó muestras de suelo de referencia a una profundidad de 5 pies antes de que se cultivaran los primeros cultivos. Estas muestras de línea de base mostraron que los niveles de carbono orgánico del suelo variaban en el primer pie del subsuelo hasta alrededor de 18 toneladas por acre, mientras que los niveles de carbono del suelo a 5 pies por debajo de la superficie del suelo variaban hasta casi 90 toneladas por acre.
Almacenes de carbono en el suelo:anual frente a perenne
Para explorar este fenómeno, los científicos plantaron dos cultivares de pasto varilla y maíz sin labranza y aplicaron fertilizantes nitrogenados en tres proporciones diferentes que oscilaron entre 54 libras por acre y alrededor de 160 libras por acre. Los fertilizantes nitrogenados apoyan la producción de biomasa, y los científicos querían ver si la producción de más biomasa vegetal resultaba en el secuestro de más carbono en el suelo. Algunas parcelas de switchgrass también se mantuvieron sin enmiendas de nitrógeno.
Los residuos de cultivos posteriores a la cosecha, o “restos”, que también contribuyen al carbono del suelo, no se eliminaron en la mitad de los campos de maíz sin labranza; en otros campos, se eliminó la mitad de los rastrojos. Después de que se establecieron los cultivos, los investigadores volvieron a tomar muestras de los suelos en los campos de producción a intervalos de 3 años.
¿Cuál fue su mayor sorpresa? En el campo de maíz sin labranza, los niveles de carbono orgánico del suelo aumentaron con el tiempo en todas las profundidades, con todos los tratamientos de nitrógeno y con cualquier tipo de manejo de rastrojo poscosecha. Casi todos los aumentos fueron estadísticamente significativos. Los rendimientos de grano de maíz fueron mayores en los campos que habían sido modificados con 107 libras de nitrógeno por acre y donde no se había eliminado el rastrojo, una estrategia de manejo que resultó en un aumento anual promedio en el carbono del suelo que superó las 0,9 toneladas por acre.
En las parcelas de switchgrass, los investigadores también observaron aumentos impresionantes en el secuestro de carbono del suelo en todo el perfil del suelo. Las tasas de secuestro aumentaron a medida que aumentaron las tasas de fertilización con nitrógeno, y casi todos los aumentos de carbono en el suelo fueron estadísticamente significativos.
Como observaron con las parcelas de maíz sin labranza, más del 50 por ciento del carbono del suelo se encontró entre 1 y 5 pies debajo de la superficie del suelo. El aumento promedio anual de carbono orgánico del suelo a lo largo de los primeros 5 pies del subsuelo también superó las 0,9 toneladas por acre por año, lo que equivalía a 3,25 toneladas de dióxido de carbono por acre por año.
“No esperábamos encontrar estas reservas de carbono en el suelo profundo, aunque siempre supimos que las raíces de las plantas llegaban a esta profundidad, porque no nos dimos cuenta de cuánto puede afectar la actividad alrededor de las raíces a los balances de carbono del suelo”, dice Follett. "La mayoría de los estudios solo toman muestras de suelos para detectar carbono a una profundidad de 18 pulgadas".
Debido a sus hallazgos, el equipo concluyó que calcular las tasas de secuestro de carbono del suelo para cultivos bioenergéticos no es una propuesta única. La selección de cultivos, las diferencias de suelo, las condiciones ambientales y las prácticas de manejo afectan las tasas de secuestro de manera diferente de una región a otra. Como resultado, los modelos de producción de cultivos bioenergéticos probablemente necesitarán algunos ajustes importantes.
“Nuestro trabajo sugiere que las tasas de secuestro de carbono utilizadas en los modelos actuales de análisis del ciclo de vida para cultivos bioenergéticos probablemente estén subestimando la cantidad de carbono secuestrado en el suelo”, dice Vogel. “También destaca cómo las enmiendas de nitrógeno y otras decisiones de manejo son importantes cuando se trata del maíz y el secuestro de carbono, y que los cultivos anuales pueden hacer contribuciones importantes al carbono del suelo”.
El artículo fue aceptado por Bioenergy Research y publicado en 2012. Pero a pesar de que sus resultados fueron tan sorprendentes, otros dos estudios del ARS destacaron dinámicas similares
Cultivos anuales con efectos duraderos
En 2011, los resultados de un estudio de carbono del suelo a largo plazo relacionado realizado por Varvel y su colega del ARS Wally Wilhelm (fallecido) se publicaron en Soil &Tillage Research. Los investigadores habían estudiado los niveles de carbono del suelo en campos establecidos en 1980 para tres sistemas de cultivo sin riego diferentes (maíz continuo, soya continua y una rotación de soya/maíz) que se manejaron con seis sistemas de labranza diferentes.
En 1999, como parte del estudio, Varvel y Wilhelm recolectaron muestras de suelo de estos campos en varios intervalos a una profundidad de 5 pies. Descubrieron que el manejo de la labranza y la selección de cultivos afectaban de manera independiente los niveles de nitrógeno y carbono del suelo y que los niveles más altos de nitrógeno y carbono se habían acumulado en el sistema de cultivo continuo de maíz bajo manejo sin labranza. Pero al igual que con el estudio posterior, la mayor sorpresa fue cuánto nitrógeno y carbono se acumularon en el perfil del suelo entre 12 pulgadas y 5 pies en todos los sistemas de cultivo y labranza.
“Cuando recolectamos estas muestras, muchos científicos del suelo creían que los cultivos de campo anuales no secuestran carbono en los sistemas de labranza convencionales, por lo que los resultados fueron impactantes”, dice Varvel. “Pero realizar un estudio a largo plazo nos permitió observar qué sucede con el secuestro de carbono del suelo una vez que se establece un sistema de gestión y las variaciones de un año a otro disminuyen”. También señaló que la identificación de estas reservas más profundas de carbono y nitrógeno puede ayudar a los productores a seleccionar de manera más efectiva un manejo de labranza que ayude a retener estos nutrientes en el suelo.
Estos hallazgos se alinearon con los resultados de un estudio de 8 años, publicado en 2013, que Follett realizó sobre el secuestro de carbono en sistemas de maíz continuo con riego convencional y sin labranza cerca de Fort Collins. Él y el científico de suelos de Fort Collins, Ardell Halvorson, descubrieron que el manejo sin labranza resultó en niveles más altos de carbono en el suelo que la labranza convencional y que esos niveles no cambiaron mucho durante los 8 años.
"Parte del carbono del suelo en estos suelos tiene miles de años y es muy estable, por lo que su desaparición fue una sorpresa", dice Follett, quien publicó los resultados en Soil Science Society of America Journal. “El riego regular del suelo típicamente semiárido podría ser uno de los factores que resultaron en la pérdida de carbono, pero necesitaríamos realizar estudios adicionales para determinarlo”.
Follett señala que aún es necesario identificar los grupos microbianos del suelo en estos entornos, al igual que los cambios ambientales que permiten que estos microbios accedan más fácilmente al carbono para su propio uso. También comparte la creencia de Varvel de que estos hallazgos subrayan cómo los agricultores pueden usar la gestión sin labranza para conservar el carbono del suelo en lo profundo del perfil del suelo, y el valor de los estudios a largo plazo para comprender la dinámica del carbono del suelo.
“Se necesita tiempo para que los nuevos sistemas de gestión tengan algún efecto sobre el carbono del suelo. La identificación de estos efectos puede requerir estudios a largo plazo, muestreo más profundo dentro del perfil del suelo y el uso de técnicas de medición avanzadas”, dice Follett. "Estamos buscando pequeños cambios en un gran grupo".
Esta investigación es parte de Sistemas de pastos, forrajes y pastizales (#215), Bioenergía (#213) y Cambio climático, suelos y emisiones (#212), tres programas nacionales del ARS descritos en www.nps.ars .usda.gov. Para comunicarse con los científicos mencionados en este artículo, comuníquese con Ann Perry, personal de información del USDA-ARS, 5601 Sunnyside Ave., Beltsville, MD 20705-5128; (301) 504-1628.
“Un suministro sorprendente de carbono del suelo profundo ” se publicó en la edición de febrero de 2014 de la revista Agricultural Research.
