Potencial de la agricultura de conservación para la conservación del agua y mitigación de cambio climático en cultivos extensivos regados en condiciones mediterráneas
- Autores: Carlos Salamanca Fresno
- Directores de la Tesis: Helena Gómez Macpherson (dir. tes.), María Auxiliadora Soriano Jiménez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ana Maria Laguna Luna (presid.), Guillermo Guardia Vazquez (secret.), José Luis Gabriel Pérez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Agraria, Alimentaria, Forestal y del Desarrollo Rural Sostenible por la Universidad de Córdoba y la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. Introducción o motivación de la tesis: Las actuales perspectivas de cambio climático (CC) en el sector agrario obligan a establecer soluciones para aumentar la resiliencia de los sistemas agrícolas y su capacidad para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEIs). La agricultura de conservación (AC), consistente en la combinación del mínimo o no laboreo, la cobertura superficial permanente de residuos de cultivo y la rotación de cultivos, tiene doble potencial de adaptación y mitigación de CC. La AC protege la estructura del suelo frente a la erosión hídrica y tiene el potencial de emitir menos GEIs a la atmósfera y de conservar agua y secuestrar carbono en el suelo, si bien las revisiones bibliográficas muestran resultados muy variables y pocos estudios en cultivos regados. En lo relativo a las emisiones de GEIs (CO2, CH4 y N2O) del suelo a la atmósfera, AC puede reducir las emisiones de CO2 y proporcionar condiciones favorables para la captación de CH4; sin embargo, con respecto al N2O, cuyo potencial de calentamiento global es 273 veces superior el del CO2, AC puede aumentar sus emisiones. La AC puede tener otros efectos negativos en el cultivo al no hacer descompactación física del suelo. Su impacto en el rendimiento de los cultivos, en comparación con los sistemas convencionales, es muy variable. En los ensayos de larga duración, los primeros años suele conllevar una penalización para el rendimiento, aunque a menudo, este efecto negativo disminuye con el tiempo y puede llegar a ser positivo. En general la AC ha dado buenos resultados en condiciones de secanos áridos y semi-áridos, pero no está claro en condiciones regadas de cultivo. En la región mediterránea la disponibilidad de agua es el factor más limitante en agricultura y se espera que la situación se agrave con el cambio climático. Diversas opciones, como el riego deficitario regulado, permiten ahorrar agua de riego sin perjudicar sensiblemente el rendimiento del cultivo al aplicarse el déficit en los periodos menos sensibles al estrés hídrico. En esta Tesis doctoral se exploran las posibles sinergias y el potencial de adaptación y mitigación frente al CC de la AC en combinación con el riego deficitario regulado en un sistema de cultivo de maíz regado en condiciones mediterráneas. La hipótesis general de la Tesis se formula como: A largo plazo, la AC optimizada bajo condiciones reguladas de riego deficitario puede reducir las emisiones globales de gases de efecto invernadero a la atmósfera y aumentar las reservas de carbono orgánico del suelo y la productividad del agua sin comprometer el rendimiento.
2.Contenido de la investigación: Este trabajo se basa en los experimentos de campo que han tenido lugar entre 2015 y 2017, en un ensayo de larga duración establecido en 2007 en Córdoba (España). Durante estos años se evaluó un sistema de laboreo de conservación (no laboreo con mantenimiento de residuos, ZTR) frente a un sistema de laboreo convencional (suelo labrado y residuos incorporados, CTR), en ambos casos combinado con tráfico controlado (CTF; controlled traffic farming), en cultivos regados en condiciones mediterráneas. Los detalles sobre la localización, el diseño experimental, los sistemas de rotación de cultivos y el manejo de los cultivos y del suelo entre 2007 y 2012 se encuentran en Boulal et al. (2012) y Cid et al. (2014). Durante las tres campañas estudiadas en este trabajo (2015-2017) se cultivó maíz de ciclo adaptado a la zona (FAO600/700). En 2016 se instaló un sistema de riego de dotación variable que permitió la aplicación de dos tratamientos de riego para las campañas 2016 y 2017: riego completo (FI; full irrigation) y riego deficitario controlado para suministrar el 75% de FI (RDI; regulated déficit irrigation). En RDI, el 75% de FI no se aplicó durante las etapas del maíz más sensibles al estrés hídrico (i.e., durante la fase de establecimiento del cultivo y durante el periodo desde el inicio del desarrollo de la inflorescencia masculina hasta el inicio del llenado del grano) en las que se aplicó FI.
La investigación experimental incluyó el sistema de laboreo a largo plazo (ZTR y CTR) y la estrategia de riego a corto plazo (FI y RDI) como factores principales, y su interacción. Se determinaron los efectos en la compactación del suelo y en el crecimiento del cultivo, tanto de la parte aérea como de las raíces, y en el rendimiento de grano y sus componentes, así como en la productividad del agua. En relación a la mitigación del CC, se evaluó el impacto sobre el contenido de carbono orgánico en el suelo y la emisión de GEIs a la atmósfera. Las emisiones se determinaron mediante dos procedimientos: i) con una cámara portátil conectada a un sistema IRGA, que permitió caracterizar espacialmente la emisión de CO2 del suelo, condicionada por el tráfico controlado; y ii) con cámaras cerradas fijas de las que se extrajeron muestras de gas a intervalos regulares, en las que se analizaron las concentraciones de los tres principales GEIs por cromatografía de gases, permitiendo estimar el potencial de calentamiento global (GWP; Global Warming Potencial) de cada sistema. Para ambos procedimientos de medida de las emisiones, se realizaron varias curvas diarias para estudiar la evolución de las emisiones de GEI a lo largo del día, así como para validar la representatividad del momento de realización de las medidas en los periodos de cultivo y de barbecho.
El tratamiento RDI fue efectivo, ya que se aplicaron 100 mm menos de agua de riego que en FI sin que este déficit hídrico afectara significativamente ni al crecimiento del cultivo ni al rendimiento de grano del maíz (promedio global de 1569 g m-2 con 14% de humedad); es más, tampoco hubo diferencias significativas causadas por los tratamientos de laboreo, ni interacción laboreo¿riego, respondiendo el cultivo de manera similar bajo ZTR y CTR. El suelo en ZTR estaba más compactado que en CTR, pero las raíces en ZTR lograron colonizar mejor los bioporos por debajo de 0,30 m y tuvieron una densidad de longitud de raíces finas significativamente mayor en las capas de suelo más profundas. En comparación con CTR, ZTR almacenó alrededor de 2,5 Mg ha-1 más de carbono orgánico en la capa superior de 0,1 m y mostró índices de estratificación del carbono orgánico más altos.
El estudio con la metodología IRGA mostró que la emisión de CO2 acumulada durante el período de cultivo (163 días) fue significativamente mayor en CTR que en ZTR (2.126 y 1.177 g m-2, respectivamente) mientras que la emisión acumulada durante el barbecho (202 días) fue menos relevante y similar en ambos sistemas de laboreo (628 g m-2). Espacialmente, las líneas del cultivo emitieron el doble de CO2 que el suelo situado entre ellas, en ambos sistemas de laboreo durante el ciclo del cultivo, y en ZTR durante el barbecho. Tres curvas diurnas de emisión de CO2 del suelo respaldaron los resultados.
El estudio con cámaras fijas mostró que el potencial de calentamiento global y el GWP en relación al rendimiento del maíz fueron significativamente menores en ZTR que en CTR durante el período de crecimiento del cultivo, con las emisiones de CO2 contribuyendo con aproximadamente el 90% al GWP y las emisiones de N2O con el 10 % restante. Durante el período de barbecho, ambos sistemas de laboreo tuvieron un GWP similar, posiblemente debido a las similares condiciones de residuos en la superficie del suelo después del desbrozado del rastrojo, contribuyendo las emisiones de CO2 y de N2O con >95% y <5%, respectivamente.
3.Conclusión: La hipótesis de partida no se ha podido confirmar al responder el cultivo de maíz de forma similar en los dos sistemas de laboreo analizados cuando se sometieron a RDI. Se observó una tendencia en ZTR de una mayor conservación de agua en el suelo, pero no se reflejó en un mayor crecimiento del cultivo. Por otro lado, RDI ha permitido ahorrar aproximadamente 100 mm de agua de riego para el caso de un cultivo de maíz en nuestras condiciones, con una productividad del agua de riego más alta.
A nivel de mitigación del CC, ZTR acumuló una mayor cantidad de carbono orgánico que CTR en los primeros 0.1 m superficiales del suelo, obteniendo unos mayores índices de estratificación del carbono orgánico. En lo relativo a las emisiones de GEIs, ZTR emitió menos CO2 que CTR durante el periodo de cultivo, lo que fue constatado en ambas metodologías de medida; se observó, además, que las emisiones de CO2 reflejan una gran variabilidad espacial, por lo que es importante la posición de colocación de las cámaras en los estudios de emisión de GEIs. No se observó una diferencia apreciable en cuanto a las emisiones de N2O ni de absorciones de CH4 por el efecto del sistema de manejo del suelo. Por tanto, el potencial de calentamiento global, así como las emisiones relacionadas con el rendimiento del maíz, fueron menores en ZTR que en CTR. Durante el periodo RDI no se observó una clara reducción de las emisiones de CO2 ni de N2O por la aplicación de riego deficitario, aunque sí una tendencia a una menor emisión. Con todo ello, si bien no se ha observado una clara sinergia entre ZTR y RDI, se ha mostrado que en condiciones mediterráneas se pueden combinar ambos manejos para lograr menores emisiones globales de GEIs y un ahorro importante de agua de riego, sin suponer una reducción del rendimiento del cultivo.
4. Bibliografía: Boulal, H., Gómez-Macpherson, H., Villalobos, F.J., 2012. Permanent bed planting in irrigated Mediterranean conditions: short-term effects on soil quality, crop yield and water use efficiency. Field Crop. Res. 130, 120-127. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2012.02.026.
Cid, P., Carmona, I., Murillo, J.M., Gómez-Macpherson, H., 2014. No-tillage permanent bed planting and controlled traffic in a maize-cotton irrigated system under Mediterranean conditions: Effects on soil compaction, crop performance and carbon sequestration. Eur. J. Agron. 61, 24-34. https://doi.org/10.1016/j.eja.2014.08.002.
