Mecanismos de secuestro de carbono en suelos semiáridos en función del tipo de uso y prácticas de manejo= Carbon sequestration mechanisms in semiarid soils according to land use and management practices

Abstract

A nivel global se está produciendo una retroalimentación negativa en el ciclo terrestre del carbono con emisiones a la atmosfera de 3-6 Gt/año de CO2. Se estima que más de un 57% de la pérdida del C del reservorio terrestre es debido a la reducción del carbono orgánico del suelo (COS). Aunque, este proceso se puede revertir, mejorando la estructura del suelo a través de usos de suelo y prácticas de manejo sostenibles. Sin embargo, todavía hay necesidad de un mayor conocimiento científico sobre los mecanismos de estabilización del COS y los diferentes factores que intervienen en esa estabilización en zonas semiáridas. Esta tesis tiene como objetivo general llenar estos vacíos de conocimiento y proporcionar una base de datos y experiencia que permita determinar los mejores usos y prácticas de manejo sostenible en ambientes semiáridos. En el Capítulo 3 de esta tesis, se realizó un estudio a escala regional donde se determina la distribución de los contenidos de CO en el perfil del suelo, en función del tipo de uso, y se analizan los factores que controlan las variaciones en estos contenidos. Se establecen correlaciones entre los factores de control y la concentración de CO, para mejorar las predicciones sobre el impacto del cambio climático y uso del suelo sobre la materia orgánica de los suelos semiáridos. Los resultados mostraron que con las tendencias actuales del cambio climático, nuestras predicciones indican que los impactos, en el COS, serán mayores en la superficie, así, las estrategias para el secuestro de C deben estar focalizadas al secuestro en el subsuelo, preferentemente en áreas agrícolas, de suelos más profundos, mediante prácticas de manejo adecuadas. Teniendo en cuenta los resultados anteriores, los siguientes estudios de esta tesis estuvieron enfocados a adoptar medidas de protección y secuestro del CO en suelos semiáridos bajo dos de los usos más representativos: forestal y agrícola. En los capítulos 4 y 5 se estudió la dinámica de las propiedades del suelo, los stocks de CO y se discutieron los mecanismos de acumulación y estabilización del CO tras la reforestación de un matorral degradado con dos técnicas de reforestación. Los resultados mostraron que adecuadas técnicas de reforestación favorecen la capacidad potencial de secuestro de C de los ecosistemas reforestados y que pasados veinte años, aún están lejos de ser saturados, pudiendo continuar secuestrando C a medida que alcanzan la madurez. En la reforestación con adición de enmienda orgánica el aumento del pool de C lábil induce un aumento de la actividad microbiana, con cambios significativos en las comunidades de hongos. Estos cambios, promueven y activan los procesos de formación de nuevos macroagregados que actúan como núcleo de formación de microagregados ocluidos dentro de ellos y que están enriquecidos en CO, principalmente en la capa superficial. El capítulo 6 se estudia el efecto de diferentes prácticas de manejo en la dinámica y mecanismos de estabilización del COS. Los mayores aumentos en el total de CO del suelo y CO asociado a los agregados se han observado en el tratamiento de laboreo reducido y siembra verde (RTG) respecto al de no laboreo (NT), sugiriendo que la combinación de abono verde y laboreo reducido es una buena opción para el secuestro de CO: i) RTG representa continuos inputs de MO que, a su vez, activan: a) la protección física del CO a través de la formación de nuevos agregados y b) la protección físico-química asociado a las partículas minerales del suelo; y ii) es necesario un mínimo de laboreo porque favorece la incorporación de los restos vegetales a las capas más profundas del suelo, promoviendo así la formación de nuevos agregados.

At present, in the terrestrial carbon (C) cycle a negative feedback is occurring, with emission to the atmosphere of 3-6 Gt CO2 per year through soil organic carbon (SOC), with the subsequent acceleration of climatic change. A 57% of loss from terrestrial C pool is estimated to have arisen from depletion of SOC. This part of the C cycle could be managed by improving soil structure through adequate and sustainable land uses and sustainable land management practices. However, the stabilization mechanisms of SOC and its relationship with different abiotic and biotic factors of the soil, under different situations of land use and management practices, in semiarid-areas are still quite unknown. The general objective of this thesis is to fill these gaps in knowledge and provide a valid set of data to be able to recommend the best uses and sustainable management practices for soil conservation and mitigation of climate change in semiarid environments. Chapter 3 of this thesis, describes the estimation, at the regional scale, of the distribution of OC contents in the soil profile, depending on the type of use, and discusses the factors that control the variations in these contents. Correlations between these factors and the concentration of OC are established, to improve predictions of the impact of climate change and land use on the organic matter of semiarid soils. The results obtained showed that with due to climate change impacts will be much greater in surface SOC; the strategies for C sequestration should be focused on subsoil sequestration, which was hindered in forestland due to bedrock limitations to soil depth. In these conditions, sequestration in cropland through appropriate management practices is recommended. Considering the above results, the following experiments of this thesis were focused to take protective measures and CO sequestration in semiarid soils under two of the most representative uses: forest and agricultural. Chapters 4 and 5, explores and discussed the dynamics of soil properties and OC stocks as well as the mechanisms of the accumulation and stabilization of SOC in semiarid areas, after the restoration of a degraded shrubland, with two reforestation techniques. The results showed that the C sequestration, through afforestation of semiarid areas, can be increased by using suitable afforestation techniques. Twenty years after planting, the potential capacity for C sequestration of the afforested ecosystems is far from being saturated and they will continue sequestering C as they reach maturity. In addition, in the afforestation with organic amendment, the increase of labile C pool linked to the changes in microbial activity and fungal community structure, promoted the formation of macroaggregates which acted as the nucleus for the formation of OC-enriched microaggregates inside, mainly in top soil. Chapter 6 is corresponding with an agricultural experimental area, where the impact of the management practices on carbon sequestration and agroecosystem sustainability are studied. The results obtained showed that the greatest increases in the total SOC and OC associated with the aggregates were found with the combination of green manure and reduced tillage (RTG) than no tillage (NT), suggesting that this practice is a good option for OC sequestration since: i) green manure represents a continuous OM input which activates the physical protection of OC through new aggregates formation and physico-chemical stabilization in mineral particles, and ii) minimum tillage is necessary because it favors the incorporation of plant material into deeper layers, promoting the formation of new aggregates in these layers.