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Estrategias de mitigación de efectos derivados del cambio en el sector pecuario
 

Estrategias de mitigación de efectos derivados del cambio en el sector pecuario

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    Estrategias de mitigación de efectos derivados del cambio en el sector pecuario Estrategias de mitigación de efectos derivados del cambio en el sector pecuario Presentation Transcript

    • Estrategias de Mitigación de Efectos Derivados del Cambio Global en Sistemas de ProducciónAgrícolas
      R. César IzaurraldePNNL, Joint Global Change Research Institutewww.globalchange.umd.edu
      IV Reunión Nacional de Innovación Agrícola y Forestal yXLV Reunión Nacional de Investigación
      Saltillo, MéxicoOctubre 19-23, 2009
    • Objetivos y Tópicos
      Revisar y discutir el efecto de los cambios climáticos sobre la agricultura y el rol de esta sobre la mitigación de estos cambios
      Tópicos a cubrir
      Causas del cambio climático
      Impactos del cambio climático sobre sistemas agrícolas
      La captura de carbono en sistemas agrícolas para mitigar los cambios climáticos
      Mitigación de otros gases de invernadero (N2O y CH4)
      La captura de carbono como forma de adaptar los suelos a los cambios climáticos
    • El Cambio Global
      Incremento en la concentración de anhídrido carbónico [CO2]
      Cambios de temperatura y precipitación
      Aumento de población
      Actual: casi 7 mil millones
      Proyectada: 9 mil millones
      Cambios en la biodiversidad
      Cambios de uso de la tierra
      Pérdida y fragmentación de ecosistemas nativos
      3
      Temperatura global
      Población mundial
    • 4
      Mauna Loa, Hawaii
      The concentration of greenhouse gases has been increasing due to human activities
      El incrementocontínuo de lasconcentraciones de CO2en la atmósferadesde1958 sigueunalíneaoscilantellamada la “Curva Keeling," porC. Dave Keeling
      Las concentracionesatmosféricas de CO2, CH4y N2O se hanestadoincrementandodesde1750 debido a actividadeshumanas y ahoraexcedenconcentracioneshistóricasestimadas en muestras de hielo de miles de añosFuente:SummarioparaGobernantes, IPCC (2007)
    • 5
      Los cambiosfuturos de temperatura y precipitaciónvaríansegún los escenarios de emisiones
      Sumarioparagobiernos, IPCC (2007)
    • Pero, que es un “gas de invernadero”?
      El nitrógeno, O2, y el Argon conforman el 99% de la atmósfera pero no son gases de invernadero
      El vapor de agua, CO2, CH4, y el N2O son gases de invernadero
      Un gas de invernadero absorbe radiación infraroja debido a su momento dipolo
      Este momento dipolo genera vibraciones moleculares y dobladuras que da como resultado la absorción de radiación infraroja
      Las colisiones transfieren energía que sirve a su vez para calentar el gas circundante
      http://www.ucar.edu/learn/1_3_1.htm
      La molécula de N2O
    • Comparando el poder de los gases de invernadero4th IPCC Assessment Report, WG I, Ch. 2
      Las actividadeshumanas son principalementeresponsables de la emisión de 4 gases de invernadero: CO2, CH4, N2O y los halocarbonos (un grupo de gases quecontienen Fl, Cl y Br)
      Las concentracionesatmosféricas de gases de invernaderolongevoshanidoaumentandodurante los últimos 2,000 años, especialmentedesde 1750 – el comienzo de la era industrial
    • Ciclo Moderno y Global del Carbono (Pg C) (Basado en Schlesinger, 2003)
      7.6
      120
      Fotosíntesis
      60
      Respiración
      Atmósfera
      750
      60
      4.1
      Rh
      Plantas
      560
      Emisiones de combustiblesfósiles
      1.5
      Destrucción de vegetación
      92.2
      90
      60
      Ríos
      0.4
      Océanos
      38000
      Suelos
      1500
      Sumidero oceánico -2.2
      Sumidero terrestre: -2.8
      Entierro 0.1
      1 Pg = 1015 g
      = Mil millones de toneladas
    • Cambios Climático y la Agricultura: Impactos
    • El efecto de fertilización del CO2…
      La concentración elevada de CO2 estimula la fotosíntesis y reduce la conductancia de los estomas
      Akita y Moss (1973)
      Otros efectos
      Mejora la eficiencia del uso del agua
      Acelera el crecimiento vegetal
      Altera la distribución de nutrientes
      Reduce la concentración foliar de nitrógeno
      Kimball (1983): los rendimientos de cultivos debieran aumentar 33% cuando la [CO2] se duplica de 330 a 660 ppm
      http://www.uswcl.ars.ag.gov/epd/co2/co2face.htm
    • Corn yield (Mg ha-1)
      Baseline, CO2 = 365 ppm
      Yield diff. (Mg ha-1)
      Had2030, CO2 = 365 ppm
      Yield diff. (Mg ha-1)
      Had2095, CO2 = 365 ppm
      Yield diff. (Mg ha-1)
      Had2095, CO2 = 560 ppm
      Un ejemplo de modelación: rendimientos y cambios de rendimiento de maíz con respecto al nivel actual en 2030 y 2095 bajo escenarios HadCM2 GCM
      Izaurralde et al. (2003)
    • Seguirán aumentando los rendimientos?
    • Los efectos del cambio climático sobre la agricultura, los recursos terrestres e hídricos, y la biodiversidad
      Informe disponible en: http://www.climatescience.gov
    • Respuesta de rendimientos y evapotranspiración a los aumentos de temperatura y [CO2]
      Hatfield et al. (2008)
    • 15
      Rendimiento de agua: base y desviaciones en 2030 y 2095
      En 2030, rendimiento de agua
      Aumentan en el Este y MedioOeste
      DisminuyedesdeAlabama a Texas
      En 2095, rendimiento de agua
      Aumentan en regiones de lasMontañasRocosas y Costa Oeste
      Aumenta en lasregionesorientales de lasGrandesPlanicies de Texas a Nebraska
      Rosenberg et al. (2003)
    • 16
      Cambioclimático y recursoshídricos
      Se usó el modelo EPIC parasimularevapotranspiración(ET) en agricultura de riego en escenarios base y de cambioclimático
      Se estimópor proxy el abastecimiento y demanda de agua
      • WY – IRR
      • WY de SWAT
      • IRR de EPIC
      Relaciónabastecimiento / demanda
      Izaurralde et al. (2003)
    • Resúmen de los efectos esperados del calentamiento global sobre los sistemas agrícolas
      Existe evidencia científica de que la humanidad es en buena parte responsable del cambio climático que se está experimentando
      Los cambios climáticos durante las próximas décadas podrían impactar significativamente los sistemas agrícolas
      Cultivos
      Un incremento de la temperatura en las próximas décadas muy probablemente reducirán los rendimientos de varios cultivos importantes tales como maíz, trigo, sorgo, algodón, y maní
      El aumento de la [CO2] en las próximas décadas podría favorecer los rendimientos de especies C3 sobre C4 (por el efecto de fertilización del CO2 y del aumento de la eficiencia en el uso del agua)
      Todos los cultivos estarían más expuestos a condiciones climáticas extremas (sequías, temperaturas extremas, etc.)
      Animales domésticos
      El ganado doméstico muestra gran adaptación a condiciones ambientales
      El estrés de calor puede afectar las tasas de respiración y sudor del ganado doméstico
    • Cambio Climático y la Agricultura: Mitigación y Adaptación a través de Captura de Carbono
    • El desafío de la estabilización de las concentración del CO2 atmosférico
      La estabilización de las concentraciones de gases de invernadero es la meta de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático
      La estabilización significa que las emisiones deben alcanzar un máximo en las próximas décadas y declinar indefinidamente después de este máximo
      El cambio climático es un problema a largo plazo, de cientos a miles de años, con mucha importancia actual. No será resuelto con un simple tratado, con una sola tecnología, por un sólo país, o en forma rápida
      Gráfico courtesía de Jae Edmonds
    • La estabilización de la [CO2] significa
      Cambiar el sistema global de energía
      Desarrollar un portafolio de tecnologías de costo mínimo
      }
      Tg C y-1
      Llenando el Hueco de Tecnología
      Gráfico courtesía de Jae Edmonds
    • Los recursos terrestres en el siglo XXI…
      Aumento de la demanda de los recursos terrestres
      Alimentos y fibras
      Agua
      Bioenergía
      Servicios de los ecosistemas
      Se necesita una comprensión integral de
      Impactos del cambio climático sobre los sistemas de producción
      Mitigación de gases de invernadero
      Adaptación al cambio climático
      Tierras de cultivo en 1992
      Efecto CO2
      O3 troposférico
      Mitigación de GEI
    • Impactos del manejo y uso de la tierra sobre la calidad ambiental y de suelos
      La degradación de suelos provocada por el hombre
      El cambio de cobertura y de uso de la tierra ha afectado
      Calidad ambiental y de suelos
      La cantidad de carbono terrestre
      La preservacion de la calidad de suelos y aguas es esencial para combatir el cambio climático
    • Secuestro de Carbono Terrestre: Definición y Antecedentes
      Definición: La implementación de una práctica de manejo de la tierra que a través del incremento de la productividad primaria neta, reducción de la respiración heterotrófica, or ambas induce un incremento en el almacenamiento de C del ecosistema
      Ejemplos: plantar árboles, reducir la intensidad de labranza en tierras de cultivo, o restaurar pastizales en tierras degradadas pueden resultar en un incremento del C almacenado en plantas, suelo, o ambos compartimentos
      Justificación:
      Pérdidas históricas de C de los compartimentos terrestres (~200 Pg C)
      Beneficios ambientales (calidad del suelo, biodiversidad)
      Bajo costo comparado con otras prácticas de mitigactión
      En 1995, el 2o informe IPCC (Capítulo 23) estimó que el potencial de C en el suelo era de 40 Pg C a lograr durante un período de 50-100 años
    • …del IPCC WG III, 4to Informe de Evaluación
      “Las prácticas agrícolas colectivamente pueden contribuir con bajo costo a incrementar los sumideros de C del suelo, a reducir la emisión de gases de invernadero, y contribuir biomasa como materia prima para producción de energía (acuerdomedio, evidencia media)
      Una gran proporción del potencial mitigante de la agricultura (excluyendo la bioenergía) se origina del secuestro del C edáfico, el cual se complementa muy bien con la agricultura sustentable y generalmente reduce la vulnerabilidad al cambio climático
      El C almacenado en el suelo puede ser vulnerable a las pérdidas a través de cambios de manejo y clima
      En algunos sistemas agrícolas existe un potencial considerable de mitigamiento a partir de reducción de emisiones de metano [CH4] y óxido nitroso [N2O]
      No hay una lista de prácticas de mitigación universal; las prácticas necesitan ser evaluadas para cada caso
      La biomasa generada a partir de residuos agrícolas y cultivos dedicados a energía puede ser una fuente importante de bioenergía, pero su contribución a la mitigación depende de la demanda de bioenergía del transporte y del abastecimiento de energía, de la disponibilidad del agua, y de los requerimientos de tierra para la prodcción de alimentos y fibras. El uso expansivo de las tierras agrícolas para la producción de biomasa para energía puede competir con otros usos de la tierra y tener efectos ambientales positivos y negativos y además repercusiones en la seguridad de los alimentos”
    • Efectos del cambio de uso de la tierra y manejo de suelo sobre los niveles de materia orgánica del suelo
      Laboreo de tierras
      Oxidación del carbono y mineralización de nutrientes
      Erosion
      Eólica e hídrica
      Prácticas mejoradas
      Sistemas agrícolas
      Cambios de uso de la tierra
      Barbecho de verano en Canadá
      Erosión eólica en Argentina
    • Captura de carbono en el suelo: una tecnología de mitigación de bajo costo, aplicación inmediata, pero de potential limitado (40 Pg C)
      Productividad primaria neta
      Materia orgánica fresca
      Complejos organo-minerales
    • Maíz y café en Oaxaca, México
      El manejo agrícola juega un papel fundamental en la emisión de gases de invernadero pero ofrece muchas oportunidades para su mitigación
      Arrozales
      Riego
      Fertilización química y orgánica
      Manejo de residuos de cosecha
      Tierras de cultivo
      Labranza reducida
      Rotaciones
      Cultivos de cobertura
      Manejo de la fertilidad
      Control de la erosión
      Manejo del riego
      Arrozales en Filipinas
      470 kg C ha-1 y-1
      Agroforestación
      Manejo mejorado de árboles y cultivos
      Causarano et al. (2006)
      Adopción de labranza cero a nivel mundial(Mha)
      Izaurralde y Rice (2006)
    • Entendiendo los efectos del manejo sobre la dynámica del C del suelo
      Parcelas Clásicas de Breton
      Bosque a agricultura en ~1900
      Experimento iniciado en 1930
      Tratamientos actuales (1938)
      Rotaciones de cultivo
      Barbecho-trigo
      Rotación de 5 años
      Tratamientos de fertilización
      Control
      Fertilizante
      Estiércol
      Izaurralde et al. (2001)
    • Biochar: La aplicación de una práctica antigua para capturar carbono y mejorar a los suelos
      Creación de tierra negra a través de la aplicación de materiales quemados por los nativos de la Cuenca Amazónica
      250 Mg C ha-1 vs. 100 Mg C ha-1
      Biochar actúa como acondicionador del suelo
      Aumenta el rendimiento
      Mejora las propiedades físicas y biológicas del suelo
      Oportunidades para usar biochar en sistemas de manejo
      Sistemas de milpa
      Producción de charcoal
      Reciclado de residuos agrícolas
      Producción de energía con biocombustibles
      Plantar árboles de crecimiento rápido para producir biochar
      © Glaser
      “Terra Preta”
      Suelo normal
      Lehmann et al. (2006)
    • En definitiva, la captura de carbono en ecosistemas puede aumentar la seguridad alimentaria y ayudar a crear suelos menos vulnerables al cambio climático
      El aumento de niveles de materia orgánica del suelo puede llegar a brindar múltiples beneficios tales como
      Mejores rendimientos --> mejor seguridad alimentaria
      Almacenamiento de nutrientes
      Mejora en el índice de laborabilidad
      Mejora de la infiltración del agua y de la capacidad de retención del agua
      Mejora de la capacidad de regulación del pH del suelo
      Todo lo anterior contribuiría a hacer los suelos más resistentes a los cambios climáticos
    • 31
      Y porqué el N2O es un gas de invernadero tan potente?Dos definiciones y una fórmula
      Forzamiento Radiativo: Cambio en radiación neta (W m-2) en la tropopausa después de permitir que las temperaturas de la estratósfera alcanzen el equilibrio radiativo
      A valor positivo calienta el sistema, un valor negativo lo enfría
      Potential de Calentamiento Global (GWP): Forzamiento radiativo acumulado entre el tiempo presente y un tiempo futuro llamado “horizonte” causado por una unidad de masa de gas emitida ahora, expresada en forma relativa al CO2
      El óxido nitroso tiene una larga vida en la atmósfera: 114 años
      El GWP del N2O varía de acuerdo al tiempo considerado:
      • Para 20 años: 310 gN2O (gCO2)-1
      • Para 100 años: 298 gN2O (gCO2)-1
    • 32
      Monitoreo de flujos de N2O a escala regionalLemke et al. (1998) Soil Sci. Soc. Am. J. 62:1096–1102
      Objetivo: monitorear flujos de N2O en 6 localidades en Alberta, Canada durante 2 años (Verano 1993 – Primavera 1995)
      Pérdidas de N2O variaron de año a año y de sitio a sitio
      0.4 kg N2O-N ha-1 en Breton
      2.6 kg N2O-N ha-1 en Eckville
      Las pérdidas de N2O-N durante el descongelamiento primaveral representó ~70% de la pérdida anual
      El contenido de arcilla explicó hasta el 92% de la variabilidad espacial de gran escala de los flujos de N2O-N
      Hutchinson and Mosier (1981) Soil Sci. Soc. Am. J. 45:311–316
      Alberta ecodistricts
      Lemke et al. (1998) Soil Sci. Soc. Am. J. 62:1096–1102
    • 33
      Cámaras automáticas aumentan la resolución temporal de la colección de datos de gases de invernadero
      Cámara automática usada en Australia
    • 34
      Sitio Ecológico de Largo Plazo Kellogg Biological Station
      Robertson et al. Science 289:1922-1925 (2000)
      Tipo de Ecosistema
      Intensidad de Manejo
      Annual Crops (Maíz - Soja - Trigo)Labranza convencional AltaLabranza ceroBajo insumo con cultivo de coberturaOrgánico con cultivo de cobertura
      Cultivos PerennesAlfalfaAlamo
      Comunidades de SucesiónTempranaIntermediaMadura Baja
    • 35
      Contabilización Total de Carbono en AgroecosistemasRobertson et al. (2000) Science 289:1922-1925
      1. Oxidación de C del suelo
      2. Combustible
      3. Fertilizante nitrogenado
      4. Encalado (CaCO3) y Ca en agua de riego
      5. Gases de invernadero no-CO2
      N2O
      CH4
    • 36
      Es cierto que los sistemas sin labranzas emite más N2O que los sistemas de labranzas convencionales?Grandy et al. (2006) J. Environ. Qual. 35:1487-1495
      Los sistemas sin labranzas son percibidos como sistemas que emiten más N2O que los sistemas convencionales
      En Michigan, Grandy et al. (2006) midió N2O y rendimients en rotaciones de maíz-soja-trigo durante 1989-2002
      Conclusiones
      Labranza cero
      Aumentó el C del suelo
      mejoró agregación del suelo
      Los flujos de N2O en labranza cero fueron mayores en 2 de 10 años, pero en promedio no fueron differentes
      No hubo differencias en rendimientos
      Potencial de Calentamiento Global
    • El contexto de losbiocombustibles
      • Los biocombustibles vegetales han estado emergiendo con fuerza a nivel tanto national como international debido a razones de securidad energética, cambio climático, y salud ambiental
      • Actualmente, la mayoría de los biocombustibles es etanol derivado de grano de maíz o caña de azúcar
      • En los EEUU, 25-30% de la producción de maíz se usa para la producción de etanol
      • Sin embargo, este tipo de producción de biocombustibles es relativamente ineficiente con respecto a energía y también afecta la calidad del agua y la biodiversidad
      • El etanol celulósico sería mejor que el etanol a base de almidón de maíz en lo referente a eficiencia energética y calidad ambiental pero quedan aún muchas vallas tecnológica por conquistar
    • Que efectos tendrán los biocombustibles? Aumentarán, reducirán, o permanecerán indiferentes con respecto al calentamiento global?
      Calentamiento relativo causado por N2O vs. enfriamiento por no emisión de CO2 fósilCrutzen et al. 2008. Atmos Chem. Phys. 8:389-395
      • ~3-5% of N fijado se convierte en N2O
      • Los mismos factores serían aplicables a la producción de biocombustibles
      • La producción de biocombustibles podría inducir más calentamiento global por emisiones de N2O que enfriamiento for ahorro de combustibles fósiles
    • Cómo impactan los biocombustibles el uso y el cambio de uso de la tierra?
      Deforestación y quema en el Amazonas
      Land clearing and the biofuel carbon debtFargione et al. 2008. Science 319:1238-1240.
      Deforestación y conflicto en Salta, Argentina (Diario Clarín 7/28/2008)
    • Entendiendo la sustentabilidad a nivel de predio y regional
      BiogeochemicalResponses
      Carbon Cycle – GWPWater Use & Nutrient Loss
      Plant-Microbe Interactions
      Rhizosphere Structure & Function
      BiodiversityResponses
      Invertebrates & VertebratesEcosystem Services
      High Input, Low Diversity
      Continuous Corn
      Corn-Soybean-Canola
      Switchgrass
      Miscanthus
      Poplars
      Mixed Grasses + Legumes
      Low Input, High Diversity
      Successional Old Fields
      Modeling
      Biophysical Modeling with APEXEconomic EvaluationLife Cycle Analysis (LCA)
      Native Prairie
    • Mensaje principal del informe de la FAO 2008 sobre el estado de los alimentos y la agricultura
      • Demanda por insumos agrícolas para biocombustibles líquidos seguirá siendo fuerte durante las próximas décadas
      • Fuerte demanda por insumos para biocombustibles  aumento del precio de alimentos  amenaza de la securidad alimentaria
      • A largo plazo, un aumento de la demanda y mejores precios pueden contribuir al desarrollo rural y agrícola
      • El impacto de los biocombustibles sobre el balance de los gases de invernadero varía de acuerdo al insumo, ubicación, práctica agrícola, y la tecnología de conversión
      • La investigación y el diseño cuidadoso de políticas agrícolas son esenciales para la producción sustentable de biocombustibles a nivel regional y global
    • Resúmen
      Existe evidencia científica de que la humanidad es en buena parte responsable del cambio climático que se está experimentando
      Para la estabilización de los niveles de gases de invernadero en la atmósfera a niveles que no sean dañinos para la humanidad y los ecosistemas se necesitará un esfuerzo global que considere
      Mitigación (mejor eficiencia en el uso de energía, nuevas tecnologías de energía, captura de carbono, reducir emisiones de N2O y CH4)
      Adaptación (preparar a la agricultura para los cambios climáticos)
      La agricultura puede ser parte del problema, pero también es parte de la solución
      Mitigación (secuestro de carbono, reducción de emisión de gases de invernadero)
      Adaptación a cambios climáticos (secuestro de carbono, nuevos cultivares, óptimo manejo de sistemas)
      Considerar el largo plazo en las decisiones
      Incluir la necesidad de balancear los ecosistemas manejados y naturales a nivel regional
    • Agradecimientos
      US DOE Carbon Sequestration in Terrestrial Ecosystems (CSiTE)
      US DOE Great Lakes Bioenergy Research Center
      CASMGS (Consortium for Agricultural Soils Mitigation of Greenhouse GaSes) - USDA & Robertson Foundation
      US Agency for International Development, Global Climate Change Office