Emisiones de óxido nitroso del suelo bajo distintos manejos en la región semiárida pampeana argentina.

Carolina Alvarez1, Alejandro Costantini2,3, Carina R. Alvarez3, Bruno J. R. Alves4, Claudia P. Jantalia4, Eduardo E. Martellotto1 , Segundo Urquiaga4

(1) C. Alvarez, E.E. Martellotto, EEA INTA Manfredi, Ruta Nac. No 9 km 636, CP 5988, Manfredi, Córdoba, Argentina. (2) A. Costantini, Instituto de Suelos INTA, Nicolas Repetto y de losReseros s/n, CP 1686 Hurlingham, Buenos Aires, Argentina; e-mail: acostantini@cnia.inta.gov.ar. (3) A. Costantini, C.R. Alvarez, Facultad de Agronomía, Universidad de Buenos Aires, Av. San Martín 4453, CP 1417 Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina. (4) B.J.R. Alves, C.P. Jantalia, S. Urquiaga, EMBRAPA-Agrobiologia, Rodovia BR 465, km 7, Seropédica, RJ. CEP 23890-000, Brasil.

Las emisiones de gases de efecto invernadero desde el sector agrícola cobraron importancia en los últimos años debido a la problemática del cambio climático. Las pérdidas de carbono y nitrógeno del suelo contribuyen a incrementar las concentraciones de dichos gases en la atmósfera. Ciertos manejos agrícolas pueden promover la acumulación de carbono en el suelo, pero también podrían generar condiciones edáficas y ambientales que predisponen la emisión de óxido nitroso (N2O). Este gas posee un poder de calentamiento global 310 veces mayor que el dióxido de carbono.

Las emisiones de N2O desde los suelos ocurren como consecuencia de los procesos de desnitrificación y nitrificación (Linn & Doran, 1984). La desnitrificación depende de condiciones edáficas tales como limitación de oxígeno, espacio poroso del suelo con agua cercano al 60 %, pH, temperatura, concentración de nitratos, presencia de C lábil, y su condición redox. Así, la adopción de la siembra directa podría generar una mayor frecuencia de anaerobiosis (falta de oxigeno) favoreciendo la desnitrificación. La siembra directa promueve la acumulación de residuos y aumenta los contenidos de carbono y nitrógeno en la superficie del suelo, incrementándose también la disponibilidad de agua en la capa superficial cuando es comparada con la labranza convencional. Estas condiciones pueden generar escenarios favorables para la ocurrencia de emisiones de N2O. Otro factor que puede incrementar las emisiones de N2O es la fertilización nitrogenada.

En Argentina existen pocos estudios sobre el efecto de los cultivos agrícolas y de los sistemas de labranza sobre las emisiones de N2O a la atmósfera. Los sistemas de producción de la región semiárida pampeana se basan mayoritariamente en agricultura continua de soja, maíz, sorgo y trigo pero con una clara predominancia del cultivo de soja.

El objetivo principal de este trabajo fue cuantificar las emisiones de N2O bajo distintas secuencias de cultivo y

Tabla 1

Descripción de los tratamientos y sus combinaciones dentro de la secuencia.

Sistemas de labranza Secuencias de cultivo Barbecho 2009 Cultivos de verano 2010 Enero-marzo

Labranza reducida

Siembra directa sj-mz (A) residuo de soja mz-sj (B) residuo de maíz sj-sj residuo de soja sj-mz (A) residuo de soja mz-sj (B) residuo de maíz sj-sj residuo de soja maíz

soja soja maíz

soja soja

Figura 1

Muestreo y determinación de óxido nitroso a campo. Las determinaciones fueron realizadas en EMBRAPA, Agrobiología, Brasil.

Figura 2

Evolución de la temperatura media diaria y precipitaciones durante el período evaluado (marzo 2009 a marzo 2010).

Figura 3

Emisiones de N-N2O en los tratamientos bajo (a) siembra directa y (b) labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (A), (∆) mz-sj (B) y (O) sj-sj desde marzo 2009 a marzo 2010.

a) Siembra directa

b) Labranza reducida sistemas de labranza en la región semiárida pampeana argentina y comparar las emisiones medidas a campo con las calculadas según lo establecido por el Panel Intergubernamental sobre el cambio climático (IPCC, 2006).

Diseño experimental y determinaciones El trabajo se desarrolló en un ensayo de labranzas y secuencias de cultivo de larga duración (iniciado en 1995), localizado en la Estación Experimental Agropecuaria INTA Manfredi, Córdoba. La precipitación media anual de la región es de 750 mm, concentrados en primavera-verano, y la temperatura media anual es de 16,6°C. El suelo es un Haplustol éntico serie Oncativo, profundo, bien drenado, con una capacidad de almacenaje de agua disponible de 307 mm hasta los 200 cm de profundidad (INTA, 1987).El experimento posee dos factores: sistema de labranza con dos niveles (siembra directa, SD, y labranza reducida, LR) y secuencia de cultivo con dos niveles: soja-soja (sj-sj) y soja-maíz (sj-mz). La combinación de tratamientos se muestra en la Tabla 1. Las emisiones de N2O fueron medidas a campo durante un año. La Figura 1 muestra el procedimiento simplificado de extracción de las muestras del gas. Además, se monitoreó el contenido de nitrógeno como nitratos (N-NO3-) y la humedad gravimétrica en el suelo hasta los 5 cm de profundidad en cada fecha en las que se determinaron las emisiones de N2O. De acuerdo con las directrices del IPCC (2006) se calculó el inventario de emisiones de N2O con el fin de compararlas con las medidas a campo.

Precipitación y temperatura durante el período de medición Durante el período de barbecho las temperaturas medias diarias variaron entre 3,8 y 30,7 ºC (Figura 2). Durante el invierno las precipitaciones fueron muy bajas (Figura 2). Antes de la siembra de los cultivos sólo se registraron precipitaciones superiores a 20 mm en tres oportunidades. El período de cultivo se extendió de enero a marzo de 2010. Las precipitaciones y

Tabla 2

Emisiones de N2O (mg N-N2O m-2 h-1) para el período de barbecho y durante el cultivo de tres secuencias de cultivo bajo dos sistemas de labranza: siembra directa (SD) y labranza reducida (LR) y el testigo.

Secuencias de cultivo BARBECHO

Sistemas de labranza (μg N-N2O m-2 h-1) CULTIVO

Sistemas de labranza (μg N-N2O m-2 h-1)

SD LR Media SD LR Media

sj-mz (A) 9,16 8,67 8,92 a 52,95 76,11 64,53 a mz-sj (B) 4,62 8,00 6,31 b 19,64 53,99 36,81 ab sj-sj 6,39 7,74 7,06 b 32,78 33,78 33,28 b Media 6,72 A 8,14 A 35,12 A 54,63 A

Análisis de varianza Análisis de varianza

Secuencias de cultivo (0,013) Secuencias de cultivo (0,018)

Sistemas de labranza NS Sistemas de labranza NS

Secuencias de cultivo x Sistemas de labranza NS Secuencias de cultivo x Sistemas de labranza NS

Figura 4

Árbol de regresión: Emisiones de N2O como variable dependiente y como variables regresoras el contenido de N-NO3-, EPSA; espacio poroso lleno de agua, temperatura del aire para el período de barbecho. n: indica el número de observaciones.

las temperaturas medias diarias del período de crecimiento de los cultivos variaron entre 16,5 y 27,1 ºC. El total de las precipitaciones fue 492 mm distribuidas en 22 eventos. En un 50 % de los casos ocurrieron precipitaciones superiores a 20 mm. Emisiones de óxido nitroso Las Figuras 3a y 3b presentan los flujos de N2O. En el barbecho, principalmente en invierno, las emisiones de nitroso se mantuvieron en valores muy bajos, pero hacia el mes de diciembre se observó un pico que alcanzó un valor alrededor de 80 µg N-N2O m-2 h-1. Estas emisiones de N2O fueron acompañadas por valores de espacio poroso lleno de agua superiores al 50 % y 40 mg N-NO3- kg-1 suelo, promedio entre todos los tratamientos evaluados. Luego del mes de diciembre los flujos de N2O mostraron variaciones entre 1,72 y 117 µg N-N2O m-2 h-1 considerando todos los tratamientos, y estos valores acompañaron a los de humedad del suelo. En el cultivo de maíz bajo SD y LR, en la mayoría de los momentos de muestreo, los flujos de N2O fueron superiores a los medidos en los demás tratamientos. El maíz bajo SD, en la fecha de muestreo posterior a la fertilización mostró la mayor emisión de todo el período. Las mayores emisiones de alrededor de 100 µg N-N2O m-2 h-1 se observaron en maíz bajo LR.

Dado que el comportamiento de las emisiones de N2O muestra un patrón diferente entre el período invernoprimaveral (barbecho) y el período primavero-estival, con cultivo en crecimiento, se procedió a realizar el análisis estadístico en forma separada. Al evaluar el período de barbecho, tomado este desde marzo a diciembre de 2009, sólo las secuencias de cultivo arrojaron diferencias significativas (P≤ 0,01) (Tabla 2). El tratamiento sj-mz (A) con residuo de soja durante el período de barbecho (8,92 µg N-N2O m-2 h-1) fue mayor que sj-sj (7,06 µg N-N2O m-2 h-1) y mz-sj (B) con residuo maíz en el periodo de barbecho (6,31 µg N-N2O m-2 h-1). Durante el período de estival se observó que sólo el factor secuencia de cultivo arrojó diferencias significativas (P≤ 0,01) en las emisiones de N-N2O (Tabla 2), correspondiendo la mayor emisión al cultivo de maíz.

( ), p-valor; NS, no significativo; letras minúsculas iguales en la misma columna indican diferencias no significativas (P≤ 0,05 LSD Fisher); letras mayúsculas iguales en la misma fila indican diferencias no significativas (P≤ 0,05 LSD Fisher); sj-mz (A) residuo de soja durante el barbecho y maíz como cultivo, mz-sj (B) residuo de maíz durante el barbecho y soja como cultivo.

Se realizó un análisis con el método multivariado llamado de árbol de regresión, que permite conocer cuáles fueron los principales factores que determinaron las emisiones para cada período. Para el período de barbecho (Figura 4), se observó que el contenido de N-NO3- fue la variable de mayor importancia para explicar las emisiones de N2O. Cuando el valor de N-NO3- se encontraba por encima de 28 ppm se produjeron emisiones mayores de N2O y cuando el contenido de N-NO3- estuvo por debajo de ese umbral fue el espacio poroso lleno de agua el que influenció las emisiones de N2O. Cuando el suelo poseía un 43 % o más de espacio poroso lleno de agua (EPSA), se registraron mayores emisiones de N2O. La variable que le siguió en importancia fue la temperatura media con un umbral de 10 ºC.

Para el período de cultivo (Figura 5), se encontró que el espacio poroso lleno de agua fue la variable de mayor importancia para explicar las emisiones de N2O. Cuando el dicho espacio se encontró por encima de 52 % fue posible medir emisiones mayores de N2O. Si el espacio poroso lleno de agua se encontró por debajo de ese umbral fue el sistema de labranza el que condicionó las emisiones de N2O. El segundo nodo del árbol indica que bajo siembra directa se observaron emisiones menores de N2O respecto de labranza reducida. El resto de las variables regresoras fueron de menor importancia en el período de cultivo.

Emisiones anuales de N2O medidas y estimadas en base a IPCC La emisión anual de N2O fue calculada mediante la interpolación lineal entre fechas sucesivas. Las emisiones medidas de N2O mostraron valores que variaron entre 1,09 y 2,41 kg N-N2O ha-1 año-1 (Figura 6 barras llenas). En general las emisiones anuales bajo LR fueron mayores que en SD y en la secuencia sj-mz (A) mayores que en las otras secuencias. En esta secuencia se puede observar el importante efecto que tuvo la fertilización del cultivo de maíz, único fertilizado con nitrógeno, durante el período del cultivo. El tratamiento con mayor emisión anual fue LR sj-mz (A) (maíz en el período de cultivo) y el valor de menor emisión anual de N-N2O fue el tratamiento SD mz-sj (B). Las emisiones anuales de este tratamiento fueron similares a las emisiones anuales de un suelo cuasi prístino.

Por otro lado, se estimaron las emisiones según IPCC (2006) con los rendimientos históricos del ensayo y se presentan en la Figura 6 (barras vacías). Se puede observar que las pérdidas anuales de N-N2O medidas fueron en términos generales inferiores a las estimadas con la metodología de IPCC para las situaciones evaluadas.

Cabe destacar las menores emisiones medidas bajo SD y con cultivo soja respecto de los calculados por el IPCC. En la región el 94% de la superficie agrícola se maneja en SD y el 73 % se cultiva con soja. Por lo tanto, recomendamos la realización de un mayor número de evaluaciones, ya que de mantenerse esta tendencia se estaría incurriendo en una importante sobrestimación utilizando la metodología del IPCC (2006).

Figura 5

Árbol de regresión: Emisiones de N2O como variable dependiente y como variables regresoras el EPSA: espacio poroso lleno de agua y el sistema de labranza para el período de cultivo. n: indica el número de observaciones.

Figura 6

Emisiones anuales de N-N2O medidas y estimadas a través de IPCC (2006). Valores de la rotación sojamaíz (sj-mz) y soja-soja (sj-sj).SD: siembra directa, LR: labranza reducida.

Referencias

INTA. Secretaria de Agricultura, Ganadería y Recursos Renovables de la Nación. 1987. Carta de Suelos de la República Argentina. Hoja 3163-32-Oncativo. IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change). 2006. Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Agriculture, Forestry and Other Land Use.Volumen 4. Linn, DM & W Doran. 1984. Effect of Water-Filled Pore Space on Carbon dioxide and Nitrous Oxide Production in Tilled and Nontilled Soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 48: 1267-1272.