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Agricultura sustentable, esencial para la reducción de emisiones de CO2

Muestreo para determinar la densidad aparente en dos estratos del suelo, en la plataforma Venustiano Carranza, Chiapas, México. (Foto: CIMMYT)
Muestreo para determinar la densidad aparente en dos estratos del suelo, en la plataforma Venustiano Carranza, Chiapas, México. (Foto: CIMMYT)
Muestreo para determinar la densidad aparente en dos estratos del suelo, en la plataforma Venustiano Carranza, Chiapas, México. (Foto: CIMMYT)
Muestreo para determinar la densidad aparente en dos estratos del suelo, en la plataforma Venustiano Carranza, Chiapas, México. (Foto: CIMMYT)

Las emisiones de gases de efecto invernadero están directamente relacionadas con el aumento de la temperatura media mundial y contribuyen a agravar la actual crisis climática. Para tomar conciencia de lo importante que es reducir estas emisiones, el 28 de enero de cada año se conmemora el Día Mundial por la Reducción de las Emisiones de CO2. 

Actualmente se estima que el sector agropecuario es responsable de hasta el 39 % de las emisiones de gases de efecto invernadero ya que en este persisten diversas fuentes contaminantes: la quema de residuos agrícolas y el uso de combustibles fósiles para diversos procesos —que generan dióxido de carbono (CO2), el principal gas de efecto invernadero implicado en el cambio climático—, el uso de insumos potencialmente contaminantes —como los fertilizantes nitrogenados que producen óxido nitroso (N2O), gas relacionado con el deterioro de la capa de ozono— y el metano y amoníaco que genera la ganadería.

De acuerdo con el Informe sobre la Brecha de Emisiones 2022 del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), hay una diferencia minúscula en las emisiones previstas y concluye que la sociedad global está lejos del objetivo del Acuerdo de París por el cual se busca limitar el calentamiento global. El informe, también señala que únicamente la transformación urgente en todos los niveles permitirá lograr la enorme reducción necesaria en las emisiones de gases de efecto invernadero de aquí a 2030: un 45 % de disminución en relación con las proyecciones de las políticas actuales para encaminarse a la meta de 1,5 °C y 30 % para la meta de 2 °C. 

A través de diversos proyectos con los sectores público, privado, social y académico, el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) promueve diversas prácticas sustentables para reducir el impacto ambiental de la agricultura. El uso de sensores ópticos para optimizar la fertilización nitrogenada, el aprovechamiento del rastrojo como cobertura del suelo —en lugar de su quema—, y otras prácticas de agricultura de conservación son una vía útil para lograr una agricultura que contribuya a que la sociedad global se encamine a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. 

La agricultura de conservación ofrece diversos beneficios para la atmósfera: al no quemar residuos de cultivos —una práctica común en regiones de alta productividad con altos niveles de producción de residuos— se reduce la contaminación del aire. La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero con este sistema agrícola se debe tanto al uso reducido de combustible como al secuestro de carbono en la materia orgánica del suelo. 

“Con prácticas de agricultura de conservación se podrían dejar de utilizar arriba de cinco millones de litros de combustible solo en Sinaloa”, comenta Jesús I. Madueño Martínez, profesor-investigador de la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS) y quien promueve, en colaboración con el Hub Pacífico Norte del CIMMYT, la agricultura sustentable en esa entidad.

De forma paralela a la promoción de mejores prácticas agrícolas, investigadores del CIMMYT en colaboración con otras instituciones buscan identificar las mejores prácticas para capturar carbono en el suelo y evitar que este llegue a la atmósfera: “Recientemente se realizaron muestreos de suelo en las plataformas de investigación del Hub Chiapas del CIMMYT, ubicadas en los municipios de Villa Corzo, Venustiano Carranza y San Andrés Larráinzar, en Chiapas. Estas plataformas nos pueden ayudar a entender que prácticas capturan más carbono, y por eso estamos desarrollando investigación en ellas, determinando el contenido de materia orgánica, carbón orgánico del suelo y su densidad”, comentan los investigadores

Así, la agricultura de conservación representa una gran oportunidad para la reducción de gases de efecto invernadero. Además, se puede complementar con el uso de sensores ópticos para optimizar la fertilización nitrogenada, así como con el uso de fertilizantes nitrogenados más eficientes y las rotaciones de cultivos —que son un componente importante para el manejo del nitrógeno en los sistemas de agricultura de conservación— que, en conjunto, permiten incluso reducir las emisiones de óxido nitroso, un gas de efecto invernadero más potente que el CO2.

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¿Cómo afecta la alteración física del suelo a la mineralización del carbono?

Los niveles más altos de mineralización potencial del carbono (Cmin) en el suelo indican que el suelo está más sano. Muchos informes indican que la Cmin en los suelos agrícolas aumenta con la reducción de la alteración del suelo a través de la labranza, pero los mecanismos que impulsan estos aumentos no se conocen bien.

El Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) ha establecido una red de plataformas de investigación en México, donde científicos colaboradores evalúan la agricultura de conservación y otras tecnologías sostenibles para generar datos sobre cómo mejorar los sistemas de producción locales. Esta red de ensayos de investigación, muchos de los cuales tienen más de cinco años en operación, nos permitió participar con sitios mexicanos en el Proyecto Norteamericano para Evaluar las Medidas de Salud del Suelo (NAPESHM, por sus siglas en inglés). Este proyecto tenía como objetivo identificar indicadores de salud del suelo ampliamente aplicables y evaluar los efectos de las prácticas sostenibles en la salud del suelo en 124 experimentos a largo plazo en Canadá, Estados Unidos de América y México.

Equipos experimentados del CIMMYT muestrearon los suelos de 16 experimentos en México, que luego fueron analizados por el Instituto de Salud del Suelo para este estudio. Se recogieron datos sobre la mineralización potencial del carbono, las secuencias de ARNr 16S y la caracterización del suelo, y los resultados demostraron que la sensibilidad microbiana (arqueas y bacterias) a las alteraciones físicas depende del sistema de cultivo, la intensidad de las alteraciones y el pH del suelo.

Un subconjunto del 28% de las variantes de secuencias de amplicones se enriqueció en suelos gestionados con una alteración mínima. Estas secuencias enriquecidas, que fueron importantes en el modelado de Cmin, estaban relacionadas con organismos que producen sustancias poliméricas extracelulares y contienen estrategias metabólicas adecuadas para tolerar los factores de estrés ambiental.

El diseño único de muestreo de este estudio –en el que se analiza una variedad de suelos agrícolas y climas– permite evaluar los impactos de la gestión en medidas estandarizadas de la actividad microbiana del suelo. Además, la comprensión de los factores microbianos que impulsan indicadores de la salud del suelo como Cmin puede ayudar a interpretar dichos indicadores y, en última instancia, a comprender cómo gestionar mejor los suelos.

Lea el estudio aquí.

Foto de portada: Muestreo de suelos en la estación Tlaltizapan, México en marzo de 2019. (Foto: Simon Fonteyne/CIMMYT)

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La importancia de la rotación de cultivos en la calidad del rastrojo

San Miguel Tlacamama, Oax.- La producción constante de un solo cultivo en un mismo terreno disminuye la capacidad productiva del suelo en el corto tiempo. De igual manera, en terrenos de ladera la capa fértil se pierde si no se implementan medidas de protección. ¿Qué medidas pueden ayudar a la conservación y la de fertilidad de los suelos en laderas para mantener una buena producción por mucho tiempo?

Hay algunas prácticas que aportan beneficios en la protección y fertilidad de los suelos. El rastrojo, por ejemplo, al dejarse sobre la superficie del suelo tiene la función de una capa protectora contra el efecto erosivo de la lluvia, conserva la humedad, brinda protección a los microorganismos y al descomponerse libera nutrimentos. Sin embargo, para lograr una buena salud del suelo —caracterizada por contener una gran diversidad de microorganismos, una buena estructura y producir buenos rendimientos—, es necesario conocer la cantidad y calidad adecuada del rastrojo.

La calidad del rastrojo está determinada en un primer momento por la relación carbono-nitrógeno (C:N), la cual puede tener un efecto significativo en la descomposición de los rastrojos, la cobertura del suelo y el ciclo de nutrimentos (predominantemente nitrógeno). 

¿Por qué es importante esta relación? Porque se trata de los dos elementos esenciales para la nutrición de cualquier organismo, pero su disponibilidad y proceso de degradación en el suelo es algo complejo. Si los residuos son ricos en carbono y pobres en nitrógeno, por ejemplo, la fermentación podría ser lenta y el carbono se podría perder en forma de CO2. O en el caso contrario, si las concentraciones de nitrógeno son altas este se podría transformar en amoníaco, afectando la adecuada actividad biológica.

Así, materiales como el rastrojo de maíz tienen una relación de carbono y nitrógeno (C:N) de 60 a 1 (60:1), en cambio, el follaje verde de leguminosas como el frijol mucuna tienen una relación de 15 a 1 (15:1). Esto significa que la descomposición de materiales ricos en carbono, como el rastrojo del maíz y otros cereales, será lenta, lo cual conlleva a una inmovilización del nitrógeno y para evitar que haya competencia por este elemento entre los microorganismos y la planta, será necesario la aportación de fertilizantes nitrogenados. 

Por el contrario, cuando se incorporan materiales ricos en nitrógeno, la descomposición será rápida, provocando la mineralización del nitrógeno. Lo ideal es lograr una relación de carbono y nitrógeno (C:N) de 30 a 1 (30:1), para que los microorganismos residentes puedan descomponer fácilmente los rastrojos y dejen nutrimentos para las plantas.

En terrenos de ladera, por la función múltiple del rastrojo, se requiere de materiales con una relación de carbono y nitrógeno (C:N) mayor de 30 a 1 (30:1), pues es esencial que esos rastrojos se descompongan para liberar los nutrimentos, formar la materia orgánica y mantener cubierto el suelo por alrededor de 60 días, mientras los cultivos establecidos producen cobertura viva.

En cuanto a la cantidad, es un factor que está en función del tipo de rastrojo (cultivo). Lo ideal es dejar el 100% de rastrojo para lograr la mayor cobertura del suelo; sin embargo, en muchas unidades de producción parte del rastrojo se destina para los animales. Para evitar competencia por los residuos entre el suelo y los animales, se puede optar por establecer cultivos forrajeros. 

Con los resultados de cuatro años de investigación en la plataforma de investigación San Miguel Tlacamama, en Oaxaca, se ha observado que no es suficiente dejar los residuos, sino también diversificar los cultivos. En la figura 1, por ejemplo, se muestra el comportamiento del rendimiento del maíz Tuxpeño amarillo, establecido en monocultivo continuo y en rotación con ajonjolí, calabaza y diferentes abonos verdes.  

Comparación del rendimiento de maíz
Figura 1. Comparación del rendimiento de maíz en grano en rotación vs monocultivo continuo, durante cuatro años de evaluación en La Catalina, San Miguel Tlacamama, Oax.

En los cuatro años de evaluación, el maíz en rotación supera el rendimiento del maíz en monocultivo, de igual manera se observa la disminución paulatina del rendimiento en el monocultivo. Se puede considerar que la rotación o el dejar rastrojos de diferentes cultivos favorecen la calidad del rastrojo, lo cual influye en el rendimiento. En síntesis, es importante poner atención a la calidad y cantidad de material dejado sobre el terreno, las asociaciones aportarán una cantidad mayor de biomasa y las rotaciones, calidad; sin olvidar que un ciclo del plan de rotación debe ser con una leguminosa.

Nota: esta texto forma parte de las ponencias impartidas durante el simposio Diálogos para una Agricultura Sustentable, desarrollado en noviembre de 2020 por el Hub Pacífico Sur del CIMMYT y que se puede ver completo aquí.



 

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Dejar de barbechar podría darle un gran respiro al planeta

Una importante aportación de los suelos al equilibrio ecológico del planeta es que contienen más carbono que el que se encuentra en la vegetación y dos veces más que el de la atmósfera; es decir, al absorber este elemento, los suelos reducen uno de los principales gases de efecto invernadero (CO2). No obstante, la ampliación de la frontera agrícola y las prácticas de cultivo inadecuadas (paticularmente la remoción continua y excesiva del suelo) han ocasionado pérdidas históricas de carbón del suelo globalmente. 

De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), existe un importante potencial para incrementar el contenido de carbono del suelo a través de la rehabilitación de los suelos degradados y la adopción amplia de prácticas agrícolas sustentables orientadas a conservar el suelo.

En el marco del programa MasAgro —de la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)— especialistas del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) evaluaron el efecto de diversos tipos de labranza en la disponibilidad del carbono orgánico del suelo. La determinación de esta disponibilidad permite evaluar cambios en la calidad de la materia orgánica bajo distintos manejos agronómicos. 

El estudio se realizó en el Campo Experimental Río Bravo durante el ciclo otoño-invierno 2018-2019 y consideró cinco tratamientos: cero labranza con 50% de residuos de cosecha, cero labranza con 100% de residuos de cosecha, cero labranza con 0% de residuos de cosecha, subsuelo más rastra y barbecho más rastra. 

Después de someter los datos recolectados a pruebas estadísticas, los resultados indican que las prácticas con mínimo movimiento del suelo benefician las reservas de carbono, sobre todo cuando se realiza en combinación con la incorporación de residuos de cosecha. En contraste, se encontró que el manejo agrícola convencional de los suelos, mediante el uso intensivo del barbecho y la rastra, promueve la liberación de carbono hacia la atmósfera.

El estudio sugiere que la menor concentración de carbono en los tratamientos de labranza convencional pudo estar relacionada con la aceleración de la mineralización de la materia orgánica del suelo debido al laboreo intenso; mientras que la mayor concentración de carbono en los tratamientos con Agricultura de Conservación refleja la disminución de la oxidación de la materia orgánica del suelo y, en consecuencia, el favorecimiento de la acumulación de carbono en los suelos bajo ese manejo a largo plazo. 

En suma, el estudio señala que las prácticas de labranza convencional, basada en barbechos y rastras, perjudican la estructura del suelo y dificultan el aprovechamiento de la materia orgánica. Por otro lado, la Agricultura de Conservación favorece el aprovechamiento de la materia orgánica y optimiza la fertilización, lo que incrementa la entrada de carbono al suelo. 

Dicho de otra manera, el manejo agrícola convencional de los suelos en el norte de Tamaulipas (uso intensivo del barbecho y la rastra) promueve la liberación de carbono hacia la atmósfera y contribuye al calentamiento global, mientras que el uso de prácticas de conservación (mínima labranza y cobertura del suelo con rastrojo) favorece la acumulación de carbono en formas orgánicas dentro del suelo, lo cual constituye una significativa aportación para mitigar el cambio climático desde la agricultura. 

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Científicos proponen un sistema confiable y de bajo costo para medir el carbono orgánico del suelo

CIMMYT's multi-crop, multi-use zero tillage seeder at work on a long-term conservation agriculture (CA) trial plot, left, at the center's headquarters at El Batán, Mexico. The residues retained on the soil surface and the permanent raised beds are in clear contrast with the conventional plot on the right. Photo credit: CIMMYT.
A multi-crop, multi-use zero-tillage seeder at work on a conservation agriculture trial plot, left, at CIMMYT's headquarters in Texcoco, Mexico. The residues retained on the soil surface and the permanent raised beds are in clear contrast with the conventional plot on the right. (Photo: CIMMYT)
Una sembradora de labranza cero de cultivos y usos múltiples trabaja en una parcela de prueba de agricultura de conservación en la sede del CIMMYT en Texcoco, México. (Foto: CIMMYT)

Una nueva investigación realizada por un equipo internacional de científicos, incluido el director del Programa de Desarrollo Estratégico del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), Bram Govaerts, describe un sistema de contabilidad propuesto para el carbono orgánico en los suelos, el cual podría alentar a los agricultores a adoptar mejores prácticas de gestión de la tierra y aumentar los niveles de carbono orgánico del suelo.

Reportado este mes en la revista Carbon Management, el estudio destaca cómo aumentar el carbono orgánico del suelo (COS) generaría resiliencia y fertilidad agrícola y reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, debemos ser capaces de medirlo.

El suelo es un gran depósito de carbono — de hecho, los suelos contienen una de las mayores reservas de carbono orgánico del planeta. Con una gestión adecuada de la tierra, los suelos tienen el potencial de almacenar aún más. Los niveles mejorados de COS también se han relacionado con una mejor calidad del suelo, menor susceptibilidad a la erosión y mayores rendimientos agrícolas y estabilidad del rendimiento, especialmente bajo sequía. Esto los convierte en un elemento importante en la mitigación del cambio climático y la resiliencia agrícola.

Los responsables políticos y los grupos ambientalistas están cada vez más interesados en la salud del suelo y sus efectos en el cambio climático. La iniciativa 4 por 1000, lanzada durante la COP 21 en París en 2015, argumenta que una tasa de crecimiento anual de 0.4% en las reservas de carbono del suelo reduciría significativamente las concentraciones de CO2 relacionadas con la actividad humana en la atmósfera. La evaluación más reciente del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, en inglés) destaca la captura de carbono como una de las opciones, junto con la reducción masiva de combustibles fósiles, para mantener el calentamiento por debajo de los 2 grados centígrados, de acuerdo con el Acuerdo de París.

El aumento del contenido de carbono orgánico en los suelos también tiene otra función muy importante: la nutrición de los cultivos. El año pasado, investigadores del CIMMYT y Nature Conservancy descubrieron que el trigo cultivado en suelos ricos en materia orgánica tenía nutrientes más esenciales como el zinc y las proteínas.

Sin embargo, el aumento de los niveles de carbono orgánico en el suelo puede ser costoso a corto plazo, por lo que los agricultores deben ver mejoras en el rendimiento de sus suelos como resultado de sus esfuerzos.

La cuantificación de carbono en el suelo

Aquí es donde entra en juego un sistema global de información del suelo. Mediante la integración de modelos empíricos, redes de medición y monitoreo, sensores remotos y gestión de datos de crowdsourcing, las reservas de COS pueden evaluarse de manera eficiente y confiable. Los agricultores y los responsables políticos tendrían una idea clara de cuánto está aumentando el carbono orgánico del suelo y a qué velocidad.

El sistema global de información del suelo funcionaría al reunir diferentes fuentes de información existente para proporcionar una cuenta completa de las reservas de carbono orgánico del suelo en todo el mundo.

Como el contenido de COS puede variar con el tiempo, un componente importante del sistema implicaría el uso de redes de monitoreo en ubicaciones precisas que luego se pueden volver a muestrear de manera regular. Con esta información, se usarían modelos empíricos para predecir los cambios en el COS con base en los resultados ya observados de los experimentos de laboratorio y de campo, y para predecir los impactos de diferentes condiciones del suelo y el clima. Los datos de teledetección pueden proporcionar información sobre la cobertura del suelo, las especies de cultivos y las prácticas de manejo del suelo a un costo muy bajo, para complementar y verificar los datos de la actividad de manejo reportados por los usuarios de las tierras.

El equipo internacional de científicos señaló que una mayor coordinación y transparencia entre científicos, especialistas en teledetección y administradores de tierras es esencial para el éxito de un sistema global de información del suelo.

Incentivar la retención de carbono entre los gestores de tierras no es una tarea fácil. Los autores sostienen que los enfoques existentes, como la compensación directa a los agricultores por la eliminación y el almacenamiento de CO2, los subsidios gubernamentales como la Política Agrícola Común (PAC) de la Unión Europea y la opción de obtener un precio superior por la producción de productos agrícolas sostenibles, necesitan un sistema confiable de contabilidad de carbono para asegurar su éxito. Un sistema global de información del suelo podría ser la clave.

Lea el artículo completo:

«Cuantificación de carbono para el manejo del suelo agrícola: del estado actual hacia un sistema de información global del suelo» en Carbon Management, DOI: 10.1080/17583004.2019.1633231

Este estudio fue posible gracias al apoyo brindado por la Fundación TomKat. El NASA Harvest Consortium (www.nasaharvest.org), un programa multidisciplinario que brinda poder a las decisiones agrícolas informadas mediante el uso de observaciones de la Tierra, brindó apoyo adicional.