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EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO DE CARBONO EN LOS SISTEMAS
DE PRODUCCIÓN PECUARIO EN TIERRAS DE PASTOREO DE NUEVO LEÓN
INTRODUCCIÓN
Los pastizales y las sabanas cubren aproximadamente el 40% de la superficie continental (Bailey,
1996), representan el 30-35% de la productividad primaria neta terrestre (Field et al., 1998), el 20%
de la población mundial vive en ellos y soporta la mayoría del ganado a nivel mundial (Turner, et
al., 1990). Dada la multifacética importancia de estos ecosistemas, su sustentabilidad de vital
importancia ecológica y socioeconómica (Young y Solbrig, 1993). Entre las más importantes
amenazas para la conservación y sustentabilidad de los pastizales en las zonas áridas, se
encuentra la erosión del suelo, provocada por la exposición del suelo desnudo a factores
ambientales, lo que además ocasiona alteración del ciclo de nutrientes en biomasa aérea y
subterránea, disminuyendo fuertemente el contenido de materia orgánica en suelo, la cual retorna
a la atmósfera en forma de bióxido de carbono (CO2), ocasionando un fuerte impacto en el
calentamiento global. El calentamiento global es el aumento en el tiempo, de la temperatura media
de la atmósfera y de los océanos (Vidales, 2006). Los seis gases que mayormente provocan el
calentamiento global son el bióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), óxido nitroso (N2O)
hidrofluorcarbonos (HFC), perfluorcarbonos (PFC) y Hexafluoruro de azufre (SF6), siendo el CO2
el gas que más contribuye. El hecho de que las emisiones de CO2 sean más del 80% de todas las
emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) conlleva a estudiar los factores que inciden en el
incremento de la concentración de carbono (C) atmosférico. Las actividades humanas relacionadas
con la industria y la combustión de combustibles fósiles lideran la liberación de CO2 a la atmósfera,
sin embargo, la agricultura y silvicultura inciden grandemente en la dinámica, química y el balance
de C orgánico en los suelos. La tala de bosques, la transformación de praderas a tierras de cultivo
y la quema de bosques y rastrojos hacen disminuir el C del suelo y aumentan la liberación de CO2
a la atmósfera. Una forma de mitigar sus efectos es almacenarlo a mediano y largo plazo en la
biomasa (mediante la fotosíntesis) y en el suelo (a través de la acumulación de materia orgánica).
Los sistemas silvopastoriles, así representan sumideros importantes de carbono (C); sin embargo,
no han sido considerados en el pago de servicios ambientales, debido entre otras razones, a la
ausencia de información cuantificada sobre su potencial de almacenamiento y fijación de C. Por
otro lado, el almacenamiento potencial de C en el suelo ha sido subestimado. La extensión de la
cubierta edáfica y la capacidad de secuestro de C por muchos suelos, explican su importancia
(Porta et al., 2003).
El territorio del estado de Nuevo León posee una extensión de 64,220 Km 2 y se divide en cuatro
regiones agroclimáticas principales, las cuales son: a) Grandes llanuras de norteamerica (GLN), b)
Llanura costera del golfo norte (LCGN), c) Sierra madre oriental (SMO), d) Desierto chihuahuense
(DCH). El tipo y uso del suelo y vegetación estatal es: agrícola (6.72%), pastizal (1.89), bosque
(9%), matorral (67.25), mezquital (9.46) y Otro (2.93). Por otro lado, dentro de las regiones
agroclimáticas GLN y LCGN existen aproximadamente 300,000 hectáreas de praderas de pasto
buffel, clave de la ganadería en el estado. En estas cuatro regiones, existen cambios de uso de
suelo que han perturbado la condición prístina de estos ecosistemas, por lo que es imperante
diagnosticar su estado actual y desarrollar estrategias de uso que permitan mejorarlo, lo que
conlleva a incrementar el almacenamiento de C en la biomasa aérea y terrestre, además de la
materia orgánica (MO) estable del suelo, también llamada, sustancias húmicas.
Por lo anterior, en el presente trabajo se plantea a) diagnosticar el almacenamiento actual del
carbono en los agroecosistemas de pastizal nativo e inducido, mezquitales, matorrales y bosque b)
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determinar la capacidad potencial de almacenamiento de carbono en suelo y biomasa de los
agroecosistemas de pastizal nativo e inducido, mezquitales, matorrales y bosque, c) identificar
nacional e internacionalmente, mercados de carbono y d) capacitar a productores y técnicos para
realizar evaluaciones objetivas del almacenamiento de carbono en suelo y biomasa aérea de las
distintas tierras de pastoreo.
ANTECEDENTES
En nuestro país, los principales emisores de GEI son el sector de energía, por el uso de
combustibles fósiles, con 83.8 millones de toneladas de C (MtC, Gay y Martínez, 1995), el cambio
en el uso del suelo y forestería con 30.2 MtC (Masera et al., 1995a) y los procesos de la industria
del cemento con 3.1 MtC, (Gay y Martínez, 1995) dando un total de 117.1 MtC. El Panel
Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC, 1995) estimó que las emisiones de México
contribuyen con el 1.45% de las emisiones totales de carbono que se dan en nuestro planeta cada
año. Ordóñez (1998 y 1999) afirma que la emisión de CO2 a la atmósfera por el cambio en el uso
del suelo ocupa el segundo lugar a nivel mundial con una fuerte contribución de las zonas
tropicales. La deforestación mundial anual se calcula en 17 millones de hectáreas, lo que significa
una liberación anual de cerca de 1.8 GtC (millones de toneladas de C); lo que representa el 20%
de las emisiones antropogénicas totales (Montoya et al., 1995). A nivel nacional, los bosques son
actualmente la segunda fuente de emisiones de GEI, contribuyendo aproximadamente con el 30%
del total (Gobierno de México, 1997). La capacidad de almacenamiento de carbono (C) en estos
bosques se está perdiendo rápidamente por los procesos de deforestación y degradación de los
ecosistemas forestales.
Para proponer estrategias viables dirigidas al almacenamiento de C, es imprescindible, por un lado,
conocer la dinámica del C en los ecosistemas y, por otra, las modificaciones a los flujos de C
derivadas de los patrones de cambio de uso de suelo. Un primer paso indispensable para lograr
este objetivo, es contar con la información básica sobre los contenidos de carbono en los
diferentes almacenes del ecosistema (Ordóñez, 1998). Los principales almacenes de C en los
ecosistemas forestales son el suelo, la vegetación y el mantillo. La vegetación es la encargada de
incorporar el C atmosférico al ciclo biológico por medio de la fotosíntesis. De igual manera, el suelo
juega un papel muy importante en el ciclaje y almacén del carbono en estos ecosistemas. Como
ejemplos de la influencia global de los procesos del suelo están los productos de la desnitrificación,
tales como N2O, N2, así como los producidos por la descomposición de la materia orgánica del
suelo, como el CO2, CH4 y otros gases asociados al ciclo del C (Mosier et al., 1991). El suelo tiene
una gran capacidad de almacenar C, ya que puede acumularlo por miles de años (Schlesinger,
1990). Un tercer factor clave para determinar los flujos netos de C a la atmósfera son los cambios
en el uso del suelo (Jenny, 1941), mismos que modifican, muchas veces de manera drástica los
contenidos de carbono en los distintos almacenes. Estudiar la influencia de los procesos de cambio
de uso del suelo en la dinámica de emisiones de C es crítico en el país, pues la deforestación y la
degradación del recurso natural han sido muy aceleradas en las últimas décadas. La tasa de
deforestación, no se conoce con precisión, aunque se estima que oscila entre 370 y 670 mil ha
año-1 tan sólo en los bosques templados y las selvas.
Los estudios de Oelberman et al. (2004), Hartemink (2005) y Mutuo et al (2005) presentan
información relevante acerca del potencial de almacenamiento y captura de C en sistemas
agroforestales (basados en árboles) en regiones tropicales. En nuestro país, algunas de estas
investigaciones se han realizado en bosques tropicales (Nájera 1999, Ordóñez et al. 2001, Nelson
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y De Jong 2003), y otras se han dirigido a ecosistemas templados (Návar-Cháidez et al. 2005,
Montes de Oca y García 2005, Díaz-Franco et al. 2007, Pimienta de la Torre 2007). Los sistemas
agroforestales han sido reconocidos como parte de los sumideros de carbono, pero aún no se
conoce mucho sobre su potencial (Ávila et al. 2001). Ortiz-Ceballos (2004), Peña del Valle et al.
(2006) y Soto-Pinto et al. (2006) demostraron que los agroecosistemas cafetaleros, con sombra
diversificada, son sistemas potenciales en la captura de carbono. Estos sistemas representan una
opción para los productores de café, no solamente para proporcionar un valor ecológico agregado,
al propiciar la captación de carbono sino también para contar con una fuente económica adicional
que les permita integrarse al desarrollo sustentable del país. Las opciones económicas adicionales
a la producción de café que ofrecen dichos ecosistemas es a través del pago de bonos por captura
de carbono o por medio de la producción de madera y leña (Peeters et al. 2003). El pago de
servicios ambientales por fijación y almacenamiento de C representa una opción para dar valor
agregado a la producción, que podría tener un gran potencial e importancia para los productores
(Ávila et al. 2001, Chomitz, et al. 2007), y en consecuencia, representa una estrategia que debe ser
considerada, diseñada e implementada a corto plazo (Pineda-López et al. 2005).
PROBLEMÁTICA
El cambio climático es un fenómeno que se expresa como una desviación del tiempo
meteorológico promedio esperado o de las condiciones climáticas normales (temperatura y
precipitación) para un lugar y tiempo dados. En la actualidad, el cambio climático global (CCG) se
atribuye generalmente a la concentración en la atmósfera de los llamados “gases de efecto
invernadero” (GEI) por arriba de los niveles históricos. Se estima que los incrementos de bióxido de
carbono (CO2), óxido nitroso (N2O), metano (CH4) y ozono (O3) en la atmósfera producirán un
aumento en la temperatura media global entre 3 y 5 °C, y afectarán fuertemente los patrones de
precipitación actuales (IPCC 2007). El cambio climático tiene el enorme potencial de producir
cambios significativos en el estado medio del sistema tierra-océano-atmósfera lo que resultaría en
cambios en los patrones de circulación de la atmósfera y del océano, los cuáles a su vez impactan
el tiempo regional a través de eventos como huracanes y los ciclos El Niño-La Niña (IPCC 2000).
Debido a su abundancia, el bióxido de carbono (CO2) es el gas de efecto invernadero más
importante producido por las actividades humanas. En los últimos 150 años, el nivel de
concentraciones ha tenido un aumento significativo de CO2 pasando de 280 ppm en la época preindustrial a 379 en 2005 (IPCC 2007); cerca de un 20% de las emisiones de este gas resultan de la
eliminación, degradación y transformación de los ecosistemas (Cannell 1996, Schimel et al. 2001,
Schlegel 2001). Se estima que a mediados del siglo XXI las emisiones de CO2 alcanzarán 6.2
billones de Mg Año-1. Este problema se acentúa por el rápido incremento actual en las emisiones
de GEI y por las dificultades de reducir en forma sustantiva el incremento de GEI en el futuro
próximo (IPCC, 1995), convirtiéndose en uno de los problemas ambientales más severos que se
enfrentan en el presente siglo. En nuestro país, estimaciones realizadas por Masera et al., (1995a),
calculan que el cambio de uso de suelo y forestaría, contribuye a las emisiones de CO2 a la
atmósfera con 30.2 MtC.
Los ecosistemas del noreste de México tienen la posibilidad de mitigar GEI por medio de la captura
de carbono. Sin embargo, no se cuenta en el país con información detallada sobre los almacenes
de C para este tipo de ecosistema, uso del suelo ni flujos netos de C derivados de los patrones de
cambio de uso del suelo a nivel regional. Hasta el momento, los pocos estudios existentes se han
concentrado en los ecosistemas tropicales y bosques templados.
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JUSTIFICACIÓN
Los sistemas pastoriles son sumideros de CO2, existiendo estimaciones para zonas tropicales de
hasta 95 Mg C ha-1, sin embargo, hay pocos estudios de estimación de C en la parte subterránea,
mantillo y árboles muertos debido a la complejidad de los sistemas. Los estudios de biomasa
encaminados a conocer las cantidades de C fijadas en la biomasa en hojas, ramas y troncos
principales son escasos en México y más aún en la vegetación de matorrales y mezquitales del
noreste de México. Nuevo León posee cuatro regiones agroclimáticas principales: a) Grandes
llanuras de norteamerica (GLN), b) Llanura costera del golfo norte (LCGN), c) Sierra madre oriental
(SMO), d) Desierto chihuahuense (DCH). Por otro lado, dentro de las regiones agroclimáticas GLN
y LCGN existen aproximadamente 300,000 hectáreas de praderas de pasto buffel, clave de la
ganadería en el estado. En estas cuatro regiones, existen cambios de uso de suelo que han
perturbado la condición prístina de estos ecosistemas, por lo que es imperante diagnosticar su
estado actual y desarrollar estrategias de uso que permitan mejorarlo, lo que conlleva a
incrementar el almacenamiento de C en la biomasa aérea y terrestre, además de la materia
orgánica (MO) estable del suelo, también llamada, sustancias húmicas. En los últimos años se ha
puesto especial énfasis en el suelo como reservorio de C a escala global, por la importancia que
tiene para evaluar los cambios en las concentraciones de C atmosférico. El C es un elemento clave
en el desarrollo del componente orgánico del suelo y en la estructura y función de los ecosistemas,
debido a que no sólo determina los cambios en su almacenamiento si no también controla su
productividad.
El contenido de carbono orgánico (CO) en el suelo llega a superar en dos ó tres veces los
depósitos de C de la biomasa aérea, lo que significa que las reservas de C total en el suelo
representan 50-75 % del C almacenado en los ecosistemas terrestres. La acumulación de C en la
materia orgánica humificada del suelo constituye alrededor de 58 %. El CO controla el ciclo de
nutrimentos y la productividad del suelo, mientras que la vegetación es el medio por el que se
produce el flujo del C entre la atmósfera y el suelo.
Se asume que las tierras de pastoreo de Nuevo León, normalmente están sobrepastoreadas y no
cuenta con la cantidad de pastos, hierbas, arbustos y árboles en cantidades óptimas. Además, no
existe información de la cantidad de C secuestrado que actualmente poseen estos ecosistemas,
tanto en la biomasa aérea ni en el suelo por lo que un diagnóstico preciso de la condición actual,
ayudará a diseñar estrategias para mejorar, en el mediano plazo, la condición de los pastizales de
Nuevo León, lo que conlleva a incrementar el almacén de C.
METODOLOGIA
Área de estudio
El estudio se realizará en tres de las cuatro fisiografías del estado y específicamente en los
municipios de Santiago (Región agroclimática Sierra Madre Oriental); Los Ramones y General
Terán (Región agroclimática Llanura Costera del Golfo Norte); Sabinas y Agualeguas (Región
agroclimática Grandes Llanuras de Norteamérica). Dentro de cada fisiografía y municipio se
determinarán tres condiciones de vegetación y dentro de cada condición se seleccionarán cuatro
parcelas de 20 x 20 m, las que estarán en parches homogéneos de al menos 5 ha, para
posteriormente estimar mediante el uso de Sistemas de Información Geográfica, el área que
comprende esa vegetación y condición en el estado. Las imágenes satelitales requeridas serán
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proporcionadas por la SAGARPA, Delegación Nuevo León, en calidad de préstamo. La condición
de vegetación se determinará en base a la composición botánica mediante el uso de la línea
Canfield. Por lo anterior, tendremos un total de 60 parcelas (5 municipios x 3 condiciones x 4
repeticiones).
Variables de interés
Las variables que se muestrearán en cada parcela serán el contenido de C en suelo, mantillo y
biomasa aérea.
Determinación del C en la parte subterránea (secciones a) y b))
Para medir el C almacenado en el suelo mineral y en las raíces finas, se definirán dos puntos de
muestreo al azar en cada parcela, y se obtendrán muestras de suelo a dos profundidades: 0-10,
10-20 cm. Para cada sitio de muestreo se establecerá un diseño que permita determinar con la
misma muestra el C almacenado en el suelo, la densidad aparente, la biomasa y el C en raíces por
cada intervalo de profundidad. Este sistema es similar a un reloj, con un círculo de 0.5 m de
diámetro. Dentro de cada parcela se colocarán dos relojes. En cada uno se muestrearán dos
puntos, a las 6 y a las 12 h. Las muestras de suelo serán llevadas al laboratorio, donde se secarán
al aire libre, y se separarán manualmente las raíces finas visibles, las piedras, las gravas y los
residuos vegetales y animales no descompuestos. El suelo mineral se secará a 105 °C hasta peso
constante con el propósito de calcular la masa efectiva de suelo en el volumen recolectado.
a) Determinación de C en raíces
Para determinar la biomasa de raíces, se secarán éstas a 78 °C por 24 h en una estufa de
circulación forzada. Para el análisis de C, se hará una muestra compuesta por condición de
vegetación. Posteriormente, se molerán en dos tipos de molinos; las raíces más finas en un
General Electric Mod. 5KH39QN5525 y las más gruesas en un THOMAS WILEY MILL Modelo ED5. Para determinar el C total en raíces se utilizará un analizador automático llamado Contador de
Centelleo Líquido Beckman Coulter TM, Mod. LS 6500. Esta infraestructura se tiene disponible en
la Facultad de Agronomía de la UANL.
b) Determinación de C en suelo
Para determinar el C orgánico en suelo mineral, se molerá y tamizará el suelo en una malla de 2
mm. Una vez homogenizadas, se tomará una submuestra de 5 g, se secará a 105 °C y se molerá
en un molino tipo SPECK 8000 MIXER/MILL hasta que el material pase por un tamiz de 100 mesh.
La determinación se realizará con el mismo contador de centelleo que se usará en la
determinación de C en raíces. El cálculo del C almacenado en el suelo requiere de la medición
precisa de la densidad aparente del suelo. En el laboratorio el volumen de suelo muestreado se
corregirá restando el volumen ocupado por piedras y raíces, calculando en primera instancia sus
densidades. Con la densidad de estos materiales se estimará el volumen, el cual se restará a la
muestra de suelo para determinar la densidad aparente. Adicionalmente, se correrán tres análisis
de suelo por municipio y profundidad para determinar el contenido de ácidos húmicos y fúlvicos, ya
que estos, son las fracciones estables que pueden perdurar por miles de años almacenados en el
suelo y son los responsables principales de la capacidad de intercambio catiónico de los suelos
(Martínez-López, 2009).
Determinación de C en biomasa aérea
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El contenido de C de la biomasa aérea se realizará mediante el método destructivo para hierbas,
pastos y arbustos, ya que no existen ecuaciones confiables que puedan predecir la biomasa de la
totalidad de estas especies. Para el caso de arboles y específicamente mezquites, se muestrearán
ramas y hojas y se usará información del diámetro del fuste para predecir su biomasa (Manzano, et
al., 2009). La biomasa se cuantificará en verde y posteriormente se llevará a peso constante para
su posterior cálculo. Muestras de cada sección serán molidas en un molino THOMAS WILEY MILL
Modelo ED-5. Para determinar el C total se utilizará un analizador automático llamado Contador de
Centelleo Líquido Beckman Coulter TM, Mod. LS 6500.
Determinación de mantillo
En donde se presente mantillo, este será colectado en un metro 2 y mediante el uso de la línea
Canfield, se determinará su contenido de C de la misma forma que la biomasa aérea.
Análisis estadístico
El análisis estadístico de los datos se realizará mediante el uso del paquete SPSS V15 (2006). Se
realizará un ANOVA para un experimento factorial en un diseño completamente al azar por cada
municipio, dado que esencialmente se trata del mismo tipo de suelo, con características similares
en el perfil de las tres regiones fisiográficas, aunado a que la condición de la vegetación actual, es
consecuencia del manejo. Por lo anterior, as variables serán: contenido de C en suelo (t C ha-1), C
en raíces (t C ha-1), C en biomasa aérea (t C ha-1) y C total (t C ha-1). Se realizará una prueba de
normalidad de los datos para verificar los supuestos del modelo. Cuando se detecten diferencias
estadísticas (p>0.05) en el análisis de varianza se realizará una comparación de medias con una
prueba de Tukey.
La información colectada mediante la línea Canfield y el contenido individual de cada especie
vegetal, nos dará la importancia relativa de cada especie en cada región fisiográfica.
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