Impacto de la post-cosecha sobre las emisiones de metano en los arrozales del Delta Del Ebro

imagen viñas1   Los arrozales son una importante fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). En el marco del proyecto LIFE EBRO-ADMICLIM, se está evaluando el patrón anual de emisiones de CH4 y N2O en los arrozales del Delta del Ebro.

   Se ha realizado una campaña de seguimiento mensual de las tasas de emisión de GEI en 15 campos de arroz, considerando la variabilidad geofísica del delta y bajo manejo agronómico estándar, incluyendo el periodo de crecimiento y post-cosecha. Se han estudiado parámetros hidrológicos y físico-químicos del suelo, y de la cobertura vegetal.

M. Viñas1, F.X. Prenafeta-Boldú1, J. Noguerol1, C. Alcaraz2, X. Aranda3, J.A. Saldaña-De la Vega2, M. Martínez-Eixarch2 y C. Ibáñez2

1 IRTA Institute of Agrifood Research and Technology, GIRO. 08140 Caldes de Montbui. Spain
2 IRTA Institute of Agrifood Research and Technology, Aquatic Ecosystems. 43540 Sant Carles de la Ràpita, Spain.
3 IRTA Institute of Agrifood Research and Technology, Environmental Horticulture. 08140 Caldes de Montbui, Spain.
E-mail: marc.vinas@irta.cat. Tf: +34 902 789 449 ext. 1337

   Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.

   Editor académico: Carlos N Díaz.

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   Cita: M. Viñas, F.X. Prenafeta-Boldú, J. Noguerol, C. Alcaraz, X. Aranda, J.A. Saldaña-De la Vega, M. Martínez-Eixarch y C. Ibáñez, 2017, Impacto de la post-cosecha sobre las emisiones de metano en los arrozales del Delta Del Ebro, IV Conferencia Internacional sobres gestión de Olores y COVs en el Medio Ambiente, Valladolid, España, www.olores.org

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   ISBN: 978-84-697-7359-8

   Palabras claves: Normativa de olores, Evaluación, Modelización de dispersión olores, Acreditación, Actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera


 

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Resumen

   Los arrozales son una importante fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). En el marco del proyecto LIFE EBRO-ADMICLIM, se está evaluando el patrón anual de emisiones de CH4 y N2O en los arrozales del Delta del Ebro.

   Se ha realizado una campaña de seguimiento mensual de las tasas de emisión de GEI en 15 campos de arroz, considerando la variabilidad geofísica del delta y bajo manejo agronómico estándar, incluyendo el periodo de crecimiento y post-cosecha. Se han estudiado parámetros hidrológicos y físico-químicos del suelo, y de la cobertura vegetal.

   Las emisiones de CH4 mostraron un patrón bimodal, con picos en julio-agosto (crecimiento) y en octubre (post-cosecha). Las tasas de emisión oscilaron entre 2,1±0,5 a 7,5±1,4 mg C-CH4 m-2 h-1 en la temporada de crecimiento (mayo a septiembre), y de 25,0±5,7 a 20,1±3,3 mg C-CH4 m-2 h-1 en la post-cosecha (octubre a diciembre). En total, se emitieron 314 kg de C-CH4 ha-1 año-1, el 70% de los cuales se produjo durante la post-cosecha.

   Los resultados revelaron la incorporación de la paja de arroz al suelo, y la gestión del agua, al finalizar la cosecha como uno de los principales factores que afectan a la emisión de GEI anuales en arrozales.Se sugiere la inclusión de la temporada de barbecho para los inventarios de GEI del arroz para evitar subestimaciones de las emisiones de CH4 en este cultivo.

 

1. Introducción

   Las estimaciones más recientes indican que las emisiones globales de metano (CH4) en la última década han sido de unos 548 Tg CH4 · año-1 (Kirschke et al., 2013). Asimismo, el sector agrícola contribuye de forma significativa a las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI) aportando un 10-12% de las mismas, tanto en forma de CO2 y CH4 en cultivos por inundación (arrozales), como de CO2 y N2O en situaciones de fertilización excesiva. Cabe destacar que el cultivo mundial del arroz tiene una proyección de producción y demanda crecientes en las próximas décadas (IPCC, 2007). Por otro lado, este cultivo emite 18-39 Tg CH4 año-1, lo que representa un 3-7% de las emisiones globales y un 5-20% de las emisiones de origen antropogénico (Zhang et al., 2016; IPCC 2007). En Europa existen unas 450.000 ha de arrozales entre los que destaca el Delta del Ebro, considerando que 65% de su superficie está dedicada al cultivo de arroz, a la vez que es uno de los principales humedales del Mediterráneo occidental y reserva de la Biosfera desde 2013.

   El presente estudio se enmarca dentro del proyecto LIFE ADMICLIM, en el que se plantean acciones piloto de mitigación y adaptación al cambio climático en el Delta del Ebro, dada su especial vulnerabilidad a la subida del nivel del mar y la subsidencia por falta de sedimentos. Ante este escenario, es de gran importancia conocer en profundidad las emisiones de GEI del cultivo arroz en el Delta teniendo en cuenta: i) el efecto de diferentes estrategias de fertilización, ii) la geoquímica del terreno, iii) la gestión del riego durante el cultivo y iv) del labrado de la paja de arroz residual en periodo de post-cosecha.

   Los objetivos del presente estudio en relación a la parte de mitigación están focalizados en evaluar el patrón anual de emisiones de CH4 y N2O generadas por el cultivo del arroz con cáscara en el Delta del Ebro, incluyendo las temporadas de crecimiento y de barbecho (post-cosecha). Se presta especial atención al efecto de las principales variables ambientales y de manejo sobre las emisiones de GEI. De este modo se dispondrá de factores de emisión más precisos que podrán ser de utilidad como herramienta de gestión ambiental de la reserva, a la vez que servirán de referencia en comparativas con otros estudios relacionados con los humedales y el cultivo del arroz.

 

2. Materiales y métodos

   Se seleccionaron 15 campos de arroz que cubrían la variabilidad geofísica del delta del Ebro para el monitoreo de GEI. Se realizó el manejo agronómico común: i) sembrado directo de agua, ii) inundación permanente y fertilización mineral moderada durante la temporada de crecimiento, iii) incorporación de la paja de arroz en post-cosecha y iv) el drenaje progresivo de los campos después de la cosecha. Los campos se mantuvieron libres de agua y en barbecho durante el invierno. Los GEI (CO2, CH4 y N2O) fueron muestreados mensualmente, de mayo a diciembre de 2015. En cada campo, se utilizaron tres cámaras estáticas cerradas independientes y de forma simultánea. Para cada una de ellas, se tomaron cuatro muestras (30 mL) de gas presurizado en viales de vacío de 10 mL, a intervalos de 10 minutos durante un período de 30 minutos, para calcular la tasa de emisión de GEI (IAEA, 1992).

   Simultáneamente, se caracterizó el régimen hidrológico, los parámetros físico-químicos del suelo, el agua de entrada y salida de los arrozales, así como de la cobertura vegetal (Fig. 1).
Los GEI se analizaron por cromatografía de gases. El CO2 y N2O se determinaron mediante detector ECD (límite de detección (LD): 0,1 ppm (v/v) N2O y 80 ppm (v/v) CO2), mientras que el CH4 se determinó mediante detector FID (LD de 2 ppm (v/v)). Se realizó un análisis estadístico de modelo lineal generalizado (GLM) para evaluar los factores de influencia más importantes en las emisiones de CH4. Asimismo, en el estudio estadístico para la selección de los modelos con una mayor capacidad de predicción se siguió un enfoque basado en la Teoría de la Información (IT), siguiendo la metodología propuesta por Burnham & Anderson (2002). Los coeficientes promedio se compararon con los del modelo completo (el modelo que incluye todas las variables) para obtener el impacto de la selección de los modelos en las estimaciones de los parámetros. Todos los análisis se realizaron con el software R versión 3.3.2

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Fig.1. Detalles del muestreo in-situ de muestras de GEI en arrozales del Delta del Ebro y posterior análisis de los GEI en el laboratorio.

 

3. Resultados

   Durante el periodo mayo-diciembre las emisiones de CH4 fueron detectables pero mostraron una gran variabilidad, sobre todo a partir de Junio (0,96±1,31 mg C-CH4 m-2 h-1). Por otra parte, no se observaron emisiones significativas de N2O durante este mismo periodo. Así mismo, las emisiones de CH4 durante el periodo de julio-agosto se correlacionaron positivamente con la cubierta vegetal del cultivo de arroz observándose una mayor emisión con un 85% de cubierta vegetal que con un 70% (Fig. 2). También hubo una tendencia a una mayor emisión de CH4 en las primeras horas de luz diurna (5-7h AM) con un diferencial observado de 0,8 mg C-CH4 m-2 h-1 coincidente con estudios previos (Hatala et al., 2012) pero con diferencias estadísticas no significativas, y discordante con otros estudios con una mayor variación en las tasas de emisión de metano entre día y noche (Minamikawa et al., 2012).

M Vinas
Fig. 2: Efecto de la cubierta vegetal (izquierda) y del ciclo diario (derecha) en la emisión de metano en arrozales del Delta del Ebro en periodo de cultivo (verano 2015).

 

M Vinas
Fig. 3. Evolución de la tasa de emisión de metano en arrozales durante mayo-diciembre.

  

   En general, las emisiones de CH4 mostraron un patrón bimodal, con picos en los meses julio-agosto y en principalmente en octubre. Las tasas de emisión oscilaron entre 0,97-5,63 mg C-CH4 m-2 h-1 en la temporada de crecimiento (junio a septiembre) y de 18,56-2,60 mg C-CH4 m-2 h-1 durante la post-cosecha (octubre a diciembre) (Fig. 3). En total, se emitieron 314 kg de C-CH4 ha-1 de los arrozales del Delta del Ebro, lo que equivale a una emisión total de 6.596 Tm CH4 año-1 y 184.679 equivalentes de CO2 año-1, de los cuales el 70% se generaron durante el periodo de la post-cosecha (Tabla 1). Es probable que las mayores emisiones del periodo post-cosecha fueran inducidas por la incorporación y mezclado de la paja con el suelo húmedo durante su arado, facilitando la emisión de metano acumulado, y activando las poblaciones microbianas fermentadoras y metanogénicas al promover una mayor biodisponibilidad de materia orgánica en condiciones anóxicas.

 

Tabla 1: Emisiones mensuales y anuales de metano en los arrozales durante el año 2015.

 Periodo

Tasa de emisión media

(g C-CH4 m-2 h-1 ± Desv. Est. (rango)

Emisión anual acumulada

(kg C-CH4 ha-1 año-1)

 Anual (Mayo-Dic)

5,20±0,62 (0-91,60)

314,0

 Cultivo (Mayo-Sept)

2,71±0,25 (0-25,61)

98,4

 Post-cosecha (Oct-Dic)

9,71±1,60 (2.70-18,80)

215,7

 Delta del Ebro (campos)

 

6.596 Tm CH4

184.679 Tm eqCO2

 

   Tradicionalmente, la mayor parte de la investigación sobre las opciones de mitigación de gases de efecto invernadero en arroz con cáscara se ha centrado en el período de cultivo del arroz y se ha prestado menos atención a la temporada posterior a la cosecha. Los resultados del análisis GLM-IT revelan que durante la temporada de crecimiento, el potencial redox del suelo (Eh) y el nivel de agua fueron los factores más importantes que influyeron en las emisiones de CH4, seguido por la temperatura del suelo y el grado de cubierta vegetal, con un grado similar de importancia (Tabla 2)

 

Tabla 2: Resultados del análisis de información–teórica (GLM) para evaluar la significancia estadística de variables relacionadas con la variación de la emisión de C-CH4 observada en los arrozales del Delta del Ebro, durante el periodo de cultivo y el de post-cosecha.

 Parámetro

Cultivo

Post-cosecha

 

N4=20

   

N=26

   
 

SP1

3

Bias2

SP1

Bias2

 (Intercept)

1

3,67

-0,19

1

-2,38

0,96

 Redox Suelo

1

-3,80

0,03

0,74

-2,90

-0,06

 Tª Suelo

0,29

0,21

-2,98

0,88

-3,38

-0,12

 pH Suelo

0,33

-0,76

-1,77

0,34

-2,72

-0,85

 Condct. Suelo

0,38

-0,21

-1,40

0,16

0,10

-0,61

 Cubierta Vegetal

0,96

0,05

0,02

0,19

0,01

-4,94

 Nivel Agua

1

3,88

0,102907

0,88

-3,38

-0,12

 Tª aire

0,22

0,01

1721,846

0,22

0,28

2,53

 Adición Paja

     

0,89

0,50

-0,18

1 SP (selection probability) indica la importancia de una variable independiente estudiada. 2Bias, es la diferencia entre el promedio estimado y los cocientes del modelo completo. Un menor Bias indica una mejor predicción del efecto de una variable. 4El valor N indica el nombre de modelos candidatos (ΔAICc<7) (Burnham and Anderson 2002). Los parámetros incluidos en el mejor modelo, en cada caso (periodo de cultivo o de post-cosecha) están resaltados en rojo.

 

   Durante la temporada de barbecho, el redox del suelo (Eh) y el nivel de agua también fueron los factores más importantes, junto con la temperatura del aire (Tabla 2). A lo largo de las temporadas de crecimiento y de barbecho, el Eh del suelo se relacionó negativamente con las emisiones de CH4, mientras que la temperatura y la el grado de cobertura vegetal positivamente. Curiosamente, el nivel de agua mostró un efecto variable sobre las emisiones de CH4: positivo durante la temporada de crecimiento y negativo en barbecho. Una posible causa es que un mayor nivel de agua durante la temporada de crecimiento está relacionado con un potencial redox más negativo que favorece la actividad metanogénica de los microorganismos del suelo.

   En comparación con otras zonas arroceras europeas, las emisiones acumuladas durante el cultivo (98,4 kg C-CH4 ha-1) son comparables a las observadas anteriormente en España (Seiler et al. 1983) y Portugal (Pereira 2013), pero muy inferiores a los valores reportados en Italia de 370 kg C-CH4 kg ha-1 en Italia (Meijide, 2011). Existen menos estudios que consideren las emisiones durante la post-cosecha. Las emisiones acumuladas en post-cosecha en el presente estudio, 215,7 kg C-CH4 ha-1, están dentro del amplio rango de emisiones observadas en otros estudios, desde los 35 kg C-CH4 ha-1 en California (Pittelkow et al., 2013) hasta los 534,75 kg C-CH4 ha-1 en China (Cao, 2003), en sistemas con gestión de paja similar al del presente estudio. Las elevadas emisiones en postcosecha pueden estar relacionadas con la capacidad de liberar el metano acumulado previamente, para lo cual la presencia de agua puede ejercer una cierta barrera física durante el periodo de cultivo. Este fenómeno se vería aumentado por la mayor biodisponibilidad de materia orgánica en el suelo, aun húmedo, a partir del arado con la paja de arroz procedente de la siega.

 

4. Conclusiones

   La mayor contribución de la temporada de barbecho (post-cosecha) en el cultivo del arroz a las emisiones anuales totales de CH4 evidenciadas en nuestro estudio sugiere que se debe prestar más atención a la gestión del cultivo durante esta etapa para mitigar de forma más eficiente las emisiones de CH4, siendo la gestión de agua y paja de arroz los factores clave. Es recomendable que se incluya la temporada de barbecho en los inventarios de emisiones GEI del arroz con cáscara, en la actualidad no considerados, para evitar las subestimaciones de las emisiones de CH4.

 

Agradecimientos

   Este trabajo ha sido financiado por la Unión Europea en el marco del proyecto LIFE EBRO ADMICLIM (ref. ENV/ES/001182; http://www.lifeebroadmiclim.eu/).

 

Referencias

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   Hatala et al. (2012 Hatala, J. A., Detto, M. and Baldocchi, D. D. 2012. Gross ecosystem photosynthesis causes a diurnal pattern in methane emission from rice. Geophysical Research Letters, 39: pL06409

   International Atomic Energy Agency (IAEA), (1992) Manual on Measurements of Methane and Nitrous Oxide Emissions From Agriculture, pp. 1-91, Vienna

   IPCC, 2001. Smithson, P. A. (2002). IPCC, 2001: climate change 2001: the scientific basis. Contribution of Working Group 1 to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by JT Houghton, Y. Ding, DJ Griggs, M. Noguer, PJ van der Linden, X. Dai, K. Maskell and CA Johnson (eds). Cambridge University Press, Cambridge, UK, and New York, USA, 2001. ISBN 0‐521‐80767‐0 (hardback). International Journal of Climatology, 22(9), 1144-1144.

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   Pereira, J., Figueiredo, N., Goufo, P., Carneiro, J., Morais, R., Carranca, C., Coutinho, J., Trindade, H., 2013. Effects of elevated temperature and atmospheric carbon dioxide concentration on the emissions of methane and nitrous oxide from Portuguese flooded rice fields. Atmospheric Environment 80, 464-471.

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