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LOS SISTEMAS SILVOPASTORILES COMO SUMIDEROS DE CO2 1 Javier Antonio Botero Botero 2

1 Trabajo presentado para el primer seminario: Avances en agroforestería pecuaria en el departamento de Antioquia. 2 Zootecnista Ms C. Consultor agroforestería tropical.

INTRODUCCION

En las últimas décadas, el deterioro de la base de los recursos naturales en las áreas de ladera y en el trópico húmedo del continente americano evidencia los efectos del crecimiento de la población. Esta presión por aumentar la frontera agrícola y elevar la producción de alimentos para una población creciente ha traído como consecuencia aumentos en la tasa de deforestación, aumentos en el uso de agroquímicos, en la erosión de los suelos, en el deterioro de las cuencas y fuentes de agua y en la emisión de gases asociados al calentamiento global (Serrao y Toledo, 1992; French, 1994).

En los últimos 25 años, América tropical ha mostrado incrementos en la producción de carne y leche, pero los incrementos en la carne y leche han sido debidos a aumentos en la población bovina y en la superficie en pastos. De otro lado la productividad ha disminuido como consecuencia de implementación de sistemas de producción más extensivos y de la incorporación de suelos de menor fertilidad (Pezo e Ibrahim, 1996).

Hay abundante evidencia de que las actividades humanas son causantes de cambios medibles en la composición de la atmósfera. Aunque las consecuencias de dichos cambios son sujeto de mucha polémica, existe un sustancial calentamiento del clima global debido al llamado "efecto invernadero". Los incrementos en la concentración atmosférica de CO2, N2O y otros gases invernadero, causados por las emisiones de los suelos después de la deforestación, muestra que la tumba y quema de los bosques en la áreas tropicales es de importancia global. Estos gases son producto de la quema de la biomasa almacenada durante años en los bosques o por la oxidación producida cuando la materia orgánica es sometida a procesos de oxidación.

Estimados recientes sugieren una liberación neta de Carbono desde el mundo tropical debido a la deforestación entre 0.42 y 1.60 Pg año-1, de los cuales 0.1 a 0.3 Pg son debidos a disminución en la materia orgánica de los suelos. La magnitud en la cantidad

de carbono emitido hacia la atmósfera por los suelos tropicales solo es sobrepasada por la liberación mundial debida al consumo de combustibles fósiles (Veldkamp, 1993).

El CO2 es el gas de mayor importancia desde el punto de vista del calentamiento global debido al volumen producido todos los años, con un aumento en su concentración atmosférica y por el tiempo de residencia del gas en la atmósfera. El CO2 es responsable del 50% del calentamiento global a través de la absorción de la radiación térmica emitida por la superficie de la tierra (Veldkamp, 1993). Lo anterior ha traído como consecuencia una preocupación a nivel mundial por los incrementos de dicho gas. Sin embargo, los países desarrollados no están dispuestos a cambiar sus modelos de desarrollo y por tanto, las emisiones de gases a la atmósfera.

Los decisores mundiales plantean cambios en las formas de uso de la tierra en los trópicos, de tal forma que los suelos y los vegetales se conviertan en sumideros y no en productores de gases invernadero. Los sistemas de producción animal tropical se conciben con la venta de productos animales y la venta de servicios ambientales.

El objetivo del presente documento es revisar información sobre la potencialidad de los sistemas de producción pecuaria en la disminución del CO2 atmosférico. Más específicamente, revisar el potencial de los sistemas silvopastoriles tropicales como sumideros de CO2.

COMPONENTES DE LOS SISTEMAS SILVOPASTORILES

Un sistema silvopastoril es una opción de producción pecuaria que involucra la presencia de leñosas perennes (árboles o arbustos), interactuando con los componentes tradicionales (forrajeras herbáceas y animales) y todos ellos bajo un manejo integral, tendiente a incrementar la productividad y el beneficio neto del sistema en el largo plazo.

Aunque la definición anterior no lo menciona lleva implícito el componente suelo; de tal forma que se pueden dar relaciones en todos los sentidos, entre todos los componentes y de diferentes magnitudes entre el suelo, la leñosa, la herbácea y el animal. Cada uno de los componentes del sistema silvopastoril puede en un sistema de producción determinado ser un sumidero o una fuente de carbono.

EL SUELO COMO INMOVILIZADOR DE CO2.

La calidad de los suelos, unido a su ubicación (cercanía a vías de acceso y a centros de consumo), han tenido relación directa con los patrones de deforestación en América Latina (Veldkamp, 1992).

La capacidad de los suelos de aportar nutrientes determinan en gran medida la productividad de las plantas e indirectamente de los animales. En este sentido, el tipo de suelo tiene implicaciones sobre el ciclaje de nutrientes y su capacidad de emitir o secuestrar gases invernadero.

El tipo de suelo también tiene implicaciones directas sobre la capacidad de retener carbono , los andisoles, por ejemplo, tienen gran capacidad de almacenar materia orgánica (CO2) debido a los complejos que se forman con los componentes amorfos de la matriz del suelo (Veldkamp, 1993). El nivel de materia orgánica de los suelos es el resultado de complejos procesos de producción y descomposición.

Las entradas de carbono al suelo provienen de diferentes fuentes como: La hojarasca de las herbáceas, la hojarasca de los árboles y la muerte de las raíces de las diferentes plantas que componen el sistema. Las salidas están determinadas principalmente por la oxidación de la materia orgánica del suelo en forma de CO2.

El uso del suelo determina en gran medida la descomposición de la materia orgánica. Así por ejemplo, los suelos bajo cultivos pierden un 40% del carbono que existía cuando el suelo se encontraba bajo bosque; al contrario, los mismos suelos bajo pasturas pierden solo un 20% del carbono que existía bajo condiciones de bosque después de 5 años de tumba. Sin embargo, los cambios en el carbono del suelo encontrados son bastante variables; así Bushbacher (1984) no encontraron cambios en la cantidad de carbono del suelo después de la tumba del bosque, Lugo et al (1986), encontraron que hubo aumentos en la cantidad de carbono del suelo.

La gran diversidad de resultados con relación a la dinámica del carbono en el suelo dependen fundamentalmente en las diferencias de la metodología. En pasturas o sistemas silvopastoriles con poco tiempo de ser establecidos, es posible encontrar gran cantidad de carbono proveniente de las raíces y de la materia orgánica del bosque. Para tratar de identificar el carbono proveniente de las pasturas Veldkamp utilizó 14C como marcador en plantas sometidas a una atmósfera artificial. Con este método se logró

identificar la cantidad de carbono que las gramíneas son capaces de aportar la suelo a través de exudados de la raíz y por muerte de raíces finas.

Para tratar de diferenciar el carbono proveniente de los árboles del bosque (o de otros árboles) se ha utilizado métodos que cuantifican 13C. La relación entre la división que resulta de 13C/12C de una muestra y un estándar sirven de base para determinar el origen del carbono de la muestra. Las fórmulas son así :

13

R = 13C / 12C

13C (o/oo) = (13R muestra - 13Rstandar) X 1000 / 13Rstandar

El CO2 atmosférico tiene un 13C de -7.5 o/oo (Mook, 1986), en las plantas C3 varía desde -22 hasta -34 y en plantas C4 al rededor de -15 o/oo.

El carbono del suelo también varía con la profundidad. Veldkamp (1993)encontró los datos reportados en la tabla 1.

Tabla 1. Contenidos de carbono orgánico en dos tipos de suelo bajo pasturas y bajo bosques en dos tipos de suelos a diferentes profundidades con y sin corrección por la densidad aparente del suelo. Profundidad (m) Eutric Hapludand (Mg ha-1) Bosque Pastura corregida Pastura sin corregir Oxic Humitropept (Mg ha-1) Bosque Pastura corregida Pastura sin corregir

0 - 0.05 0.1 - 0.15 0.2 -0.25 0.3 - 0.4 0.4 - 0.5

21.5 15.8 13.9 12.7 14.5

11.5 13.3 10.6 17.9 14.3

16.2 14.2 11.5 18.3 13.3

16.5 7.9 6.6 9.9 10.2

15.7 6.9 5.9 10.6 11.1

18.8 8.1 6.4 10.2 10.2

Adaptado de Veldkamp (1993).

COMPONENTE VEGETAL DE LOS SISTEMAS SILVOPASTORILES Y DE PASTURAS

El dióxido de carbono es incorporado en los sistemas terrestres principalmente por la fotosíntesis de las plantas. Las pasturas cubren cerca de 3.4 billones de ha, lo que equivale a la quinta parte de la tierra del mundo (Fisher et al, 1996). En este sentido aumentos en la captura de gases invernadero por las pasturas pueden tener un impacto de gran importancia en la disminución del a concentración de CO2 en la atmósfera.

Las pasturas en sistemas multiestratas o como ecosistemas monoespecíficos pueden ser un gran sumidero de CO2 a través de la acumulación de carbono en la materia orgánica y en la biomasa viva de las plantas. La cantidad de carbono almacenado en las pasturas tropicales en el suelo y la herbácea ha sido estimada en 16 a 48 ton ha-1 (Houghton et al, 1995). Sin embargo, Fisher et al (1994) calcularon 1.5 a 5 veces más la cantidad de carbono en el suelo a una profundidad de 1 metro en los Llanos Orientales de Colombia.

Aunque el enraizamiento profundo es uno de los mayores mecanismos de adaptación a la baja fertilidad de los suelos en especies como Andropogun gayanus, el papel de las raíces en la dinámica del carbono del suelo ha sido ampliamente ignorada. Datos de otras pasturas basadas en otras gramíneas de origen africano, como Brachiaria dictyoneura, han mostrado bajo pero aún significativo secuestro de carbono de 30 t ha-1 en 3.5 años La contribución de las leguminosas rastreras como Arachis pintoi ha sido determinada por diferencia entre la pastura sola y en asociación; aunque la leguminosa contribuye en solo el 20% de la biomasa radicular, el secuestro de carbono se incrementó en 7.8 t C ha-1 año-1, comparado con la gramínea pura (Fisher et al, 1994).

Comparada con las sabanas, las pasturas con base en gramíneas "mejoradas" secuestran más Carbono en partes profundas del perfil del suelo, generalmente debajo de la capa arable (10-15 cm, generalmente). Esta característica hace que este Carbono este menos expuesto a los procesos de oxidación y por tanto su pérdida como gas invernadero (Fisher et al, 1994) (tabla 2).

La cantidad de carbono que cualquier ecosistema vegetal puede inmovilizar está relacionado con la productividad primaria neta. En este sentido, los ecosistemas tropicales y entre ellos las pasturas tienen un gran potencial, comparado con los ecosistemas templados. Las gramíneas utilizadas en la producción animal tropical generalmente son de metabolismo C4, lo cual les da mayor capacidad de integrar el gas en la materia orgánica de las plantas. Esta materia orgánica puede ser consumida por los

animales y gran parte de ella (30 - 70%) regresa al suelo como heces y orina. Parte de las plantas se hacen senescentes y son incorporadas directamente al suelo.

En pasturas, la producción primaria neta por debajo de la superficie es la mayor fuente de carbono orgánico que entra al suelo, el cual se estima entre el 40 y el 85% de la productividad primaria neta Las mediciones de productividad primaria neta generalmente ignoran las pérdidas debidas a la senescencia y al recambio de las raíces de las plantas. En este sentido Long et al (1989) encontraron una productividad cinco veces mayor que la encontrada en mediciones anteriores (tabla 3). En dicho trabajo solo se midieron las raíces de los 15 cm superiores del suelo, lo cual es razonable para cultivos.

Los cultivos han sido alterados a través de selección y cruzamiento para producir altas cantidades de productos cosechables o vendibles. El mayor avance en los cultivos en este siglo vienen del incremento en el índice de cosecha, así el cultivo produce relativamente menos crecimiento vegetativo (incluyendo raíces) y más producción cosechable (tabla 4).

Tabla 2. Comparación del Carbono en pasturas "mejoradas" y sabana a diferentes profundidades del suelo. Sitio Pastura Sabana Finca A. gayanus/ S. capitata C en el perfil (t ha-1) (t ha-1) 0-20 20-40 40-100 Total 64 42.7 79.8 186.5 71.1 51.9 114.9 237.2 (t ha-1) 70.3 57.6 89.2 197 (t ha-1) 76 57.6 89.2 222.8 88.1 71.2 108.4 222.8 Sabana Estación experimental B. B. humidicola humidicola/A. sola pintoi C en el perfil C en el perfil (t ha-1)

Profundidad (cm)

C en el perfil

C en el perfil

Al contrario, la mayoría de especies introducidas en las pasturas de los trópicos solo han sido sometidos a selección natural. Estas especies son nativas y el mejoramiento solo ha estado orientado a mejorar su adaptación a factores abióticos (climáticos y edáficos) y bióticos (pestes y enfermedades) y su tolerancia a moderadas presiones de pastoreo. Para lograr estas características, las especies adecuadas para las pasturas requieren desarrollar sistemas radicales profundos; lo cual puede contribuir fuertemente en la

productividad primaria neta de las especies y por tanto en la capacidad de inmovilización de carbono.

Tabla 3. Comparación de los estimados de productividad primaria neta teniendo en cuenta las pérdidas a través de la muerte y producción a 15 cm debajo de la superficie del suelo en tres ecosistemas. Producción primaria neta (g m-2 año-1) Teniendo en cuenta la mortalidad y los órganos por debajo de la superficie Con la mortalidad pero solo los órganos aéreos Biomasa máxima solo los órganos aéreos Montecillos, Mexico 1741 Nairobi, Kenia 1242 Thailandia 2220

1063 (39%)1 430 (75%)

811 (35%) 337 (75%)

1595 (28%) 442 (80%)

La cantidad entre paréntesis significa el porcentaje de disminución en la producción primaria neta entre las filas de la misma columna. Adaptado de Long et al, 1989.

1

En el trabajo de Veldkamp (1993) con 14C, las pérdidas de carbono por respiración fueron significativamente más altas para la especie natural (Axonopus) (68.2 - 74.9) que una pastura mejorada como la Brachiaria (46.3 - 49.2).

Tabla 4. Proporciones estimadas de raíces en los primeros 30 cm, producción de biomasa radical y relación raíz/tallo en cultivos, pastura templada y sabana tropical. Ecosistema % de biomasa de raíces en los 30 cm superiores 70 83 57 Biomasa radical (kg. m-2) Relación raíz/tallo

Cultivos Pasturas templadas Sabanas tropicales

0.15 1.3 1.4

0.1 3.7 0.7

Adaptado de Jackson et al (1996).

Es importante anotar que la capacidad de acumulación de Carbono en los sistemas de pasturas (multiestratas o no) depende de algunos factores de manejo; entre ellos son relevantes la utilización o aparición del fuego y la aplicación de fertilizantes. Los resultados de Long et al (1992) indican que los sitios del estudio tienen capacidad de acumular carbono. En ausencia de fuego se encontró 144 g C m-2 año- ! y con fuegos ocasionales de 40 g C m-2 año- !.

Veldkamp (1993) encontró relaciones de tallo : raíz entre 6.3 y 12.6 para Brachiaria y de 3.1 y 5.1 para Axonopus. Esos resultados son solamente validos para sistemas de pasturas con un pastoreo intensivo y no deben ser extrapolados a sistema no pastoreados. La relación entre el tallo y la raíz está directamente relacionado con las lluvias; este cambio indica que en la estación seca las pasturas invierten más en sus sistemas radicales y menor en los brotes aéreos, con ello disminuyen la evapotranspiración y aumentan el consumo de agua .

En los sistemas silvopastoriles, además de la acumulación de la gramínea y de la leguminosa rastrera (en caso de existir) está la acumulación del carbono en la madera del árbol. En general los sistemas silvopastoriles tienen mayor productividad primaria neta como consecuencia de su mayor captación de luz, mayor ciclaje de nutrientes y mayor eficiencia en el uso de los recursos como el agua. Como se ha dicho antes, al mayor productividad primaria neta implica mayor inmovilización del carbono en el sistema.

Se ha documentado los aumentos de la materia orgánica en el suelo cuando están bajo sistemas silvopastoriles comparados con la gramínea sin el árbol. Lógicamente, lo anterior depende del manejo dado al sistema, de la especie de árbol, de la especie o especies de herbáceas (Bolívar, 1998).

Es generalmente aceptado que las plantaciones juegan un papel importante en la captura y almacenaje de grandes cantidades de Carbono atmosférico. Las plantaciones con especies de rápido crecimiento tropicales son un pequeño sumidero de carbono por la relativa pequeña área en relación a otras formas de uso del suelo. El área anualmente plantada en los trópicos es menos del 10% de la cantidad del área deforestada simultáneamente y solo podría capturar un 0.3% del carbono liberado por la deforestación. La reforestación con plantaciones puras tiene inconvenientes financieras que la han limitado en la mayoría de países latinoamericanos. La reforestación con árboles maderables a densidades bajas, ha dado incrementos en los ingresos de los productores (Botero, 1998). Este sistema tiene la capacidad de fijar cantidades importantes de carbono en la madera de los árboles. Las especies utilizadas en estos sistemas son de alto valor y son utilizadas para ebanistería. Lo anterior asegura que el

carbono secuestrado, quedará inmovilizado en la madera por una gran cantidad de tiempo.

La cantidad de carbono inmovilizado en la madera depende de varios aspectos. Su cálculo se puede ver en la siguiente fórmula (Botero, 1999):

Carbono (t ha-1) = IMA (volumen) X densidad de la madera X % de carbono en la madera.

En sistemas de cercas vivas de poró (Erythrina berteroana) con Teca (Tectona grandis), calculó 23 m3 ha-1, la densidad de la madera fue de 0.54 ton m-3 el % de C fue de 48%. Esto da como resultado 5.97 t de C ha-1 año-1. La densidad y el porcentaje de carbono son características propias de la especie maderable que se elija en el sistema silvopastoril. El IMA depende de la especie maderable, del suelo, del clima, del sistema de pastoreo, del arreglo espacial (Botero, 1999).

NEGOCIOS DE CARBONO

La idea de proveer servicios de secuestro o inmovilización de Carbono emergió de la Conferencia de Río de 1992, como forma de disminuir las tendencias en la deforestación. La posibilidad de que las naciones y actores privados puedan generar ingresos por el hecho de que sus bosques se mantengan, conlleva la idea de que se puede ofrecer un servicio a las naciones que emiten CO2 (Pomareda, 1999).

El servicio se puede ofrecer sobre la base de los bosques secuestran determinadas toneladas de Carbono y que esta capacidad conlleva un mínimo riesgo. La capacidad de absorción está determinada por la calidad del bosque. El riesgo está relacionado con la posibilidad de que el bosque sea talado o eventualmente quemado. El precio pagado por el servicio será más alto en los lugares en los cuales el riesgo potencial sea menor. Un aspecto relacionado con esto es la permanencia del carbono inmovilizado (Pomareda, 1999).

Los conceptos y principios referidos al secuestro de carbono en bosques aplica también a los sistemas de producción. Sin embargo, es necesario un mayor conocimiento de los aspectos técnicos y de manejo que hacen factible la oferta del servicio de secuestro de Carbono a través de las pasturas y de los sistemas silvopastoriles (Pomareda, 1999).

De estas ideas generales resultan varías preguntas :

Es técnicamente factible incrementar los ingresos de los ganaderos a través de la venta del servicio de inmovilización de Carbono?. Cual es el potencial económico a nivel de finca y a nivel global de la venta del servicio?. Los mercados de servicios y productos ambientales son realmente signos de progreso?. Es operacionalmente factible crear un programa que genere las condiciones de mercado para las transacciones de la venta de inmovilización de Carbono a través de las pasturas?.

Para tratar de responder algunos de estos interrogantes, se han desarrollado modelos de programación lineal que dan como resultado planes de producción y nivel de ingresos de los productores. Desde el punto de vista técnico, los mayores requerimientos de los modelos son los parámetros de cambios en las relaciones de emisiones y captura de CO2, emisiones de N2O y NO, contaminación de ambientes con herbicidas. También es fundamental, conocer la dinámica del carbono en las partes aérea y radiculares de las pasturas y de los árboles, el proceso de acumulación de carbono en el suelo.

Las metodologías para estimar estos parámetros incluyen técnicas de campo y de laboratorio y modelos de simulación para generar los coeficientes técnicos bajo diferentes escenarios. Como es de esperarse, la información varía de acuerdo a las especies y ecosistemas. Sin embargo, la limitada información que existe es para pocos sitios y no existe investigación que permita extrapolar los datos.

La programación lineal se ha utilizado como herramienta efectiva para determinar las interacciones económicas. Esta es una técnica que utiliza algoritmos simplex. Se define una función objetivo, que generalmente la maximización de los ingresos netos. Se incluyen alternativas de producción y determinadas restricciones de naturaleza técnica y de recursos de la finca.

Con esta metodología se modeló una finca sobre la cual se corrieron varios escenarios de precios pagados por secuestro de carbono en los sistemas de pasturas (opciones de producción) entre 1 y 10 dólares t-1 C. Los resultados se muestran en la tabla 5.

Se nota en los resultados, que con precios de carbono razonables de 4 - 5 dólares t-1C, los ingresos netos de los productores se pueden duplicar, lo cual demuestra que bajo las condiciones dadas hay un buen potencial para la inmovilización de carbono por los productores de doble propósito. Se observa que con precios mayores de 4 -5 dólares hay un descenso en los ingresos provenientes de la venta de vacas, terneros y leche. Estos resultados sugieren que existe un precio del carbono (relativo a otros precios) en el cual los objetivos de producción de alimentos (leche y carne) y los servicios ambientales hacen un buen uso de los recursos ambientales (Pomareda y Botero, 1998).

Resultados del mismo trabajo muestran como incrementos en el precio de la leche, hace que los productores utilicen pasturas mejoradas, con mayor uso de fertilizantes y con mayor secuestro de Carbono. De esta forma se aumentan los ingresos de los productores por venta de leche y por secuestro de carbono (Pomareda y Botero, 1998).

Tabla 5. Sensibilidad de los ingresos a precios de Carbono en el modelo finca. PARAMETRO 0 PRECIOS DEL CARBONO 1 4 7 10

INGRESOS NETOS (Dólares año-1) INGRESOS NETOS (Dólares ha-1 año-1) % de incremento en los ingresos netos INGRESO POR VENTA DE PRODUCTOS Vacas Terneros Leche Madera INGRESOS POR CARBONO (DOLARES AÑO-1) Total

6307 90 0

7471 106 18.47

11809 168 87.2

16777 239 166

22900 327 263

3210 2671 23231 8481

3210 2671 23231 8481

4679 3892 33855 8481

3963 3297 28675 8885

3845 3198 27822 8885

0

1199

5978

14059

21561

Madera Suelos

0 0

92 1107

138 5840

253 13806

1320 20241

Adaptado de Pomareda y Botero, 1998.

CONSIDERACIONES FINALES

Existe gran discrepancia sobre la capacidad de las pasturas con o sin árboles de inmovilizar Carbono. En general, cuando se compara el sistema silvopastoril o de pasturas con el bosque primario se encuentra un stock de Carbono menor. Sin embargo, es claro que a mayor productividad biológica del sistema, ocurren mayores secuestros de carbono. Es decir, las pasturas mejoradas o los sistemas silvopastoriles tendrán mayor capacidad de fijar carbono que las sabanas naturales de los trópicos.

Realmente no se encuentra investigación que compare la capacidad de los sistemas silvopastoriles de fijar carbono en los diferentes componentes del sistema. Se deben compara estos sistemas con pasturas mejoradas sin árboles, con las sabanas y con los bosque primarios sobre los mismos tipos de suelos.

Se está trabajando con modelos de programación lineal, en el impacto que tendrá el pago de fijación de carbono en los sistemas sobre los planes de producción de los campesinos tropicales y sobre sus ingresos. Esto como respuesta a la disposición de los países ricos de pagar por los servicios ambientales que pueden ofrecer los países en vías de desarrollo tropicales.

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