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Introducción
Los cambios de uso del suelo son factores importantes para el balance global de carbono y representan una opción para el desarrollo de proyectos de mitigación del cambio climático (FAO, 2002; Alvarado et al., 2013). El CO2 presente en la atmósfera se captura por las plantas mediante los procesos metabólicos que corresponden al balance fotosíntesis-respiración. La captura de C se expresa en términos de la biomasa constituida por el follaje, ramas, raíces, troncos, flores y frutos. Un incremento en la biomasa de un sistema de uso del suelo constituye una captura de carbono, lo cual implica la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) (IPCC, 2013).
El estado colombiano ha venido actuando en dirección a la gestión eficiente y el cumplimiento de los compromisos de la Conferencia de las Partes (COP 21) de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC, 2015). Colombia ha venido formulando e implementará políticas que permitan la protección y adaptación de su población a los efectos adversos ocasionados por el cambio climático mediante la implementación de acciones de mitigación de emisiones de GEI. En este sentido, El Congreso de Colombia (2018) promulgó la Ley 1931 de 2018, la cual establece “las directrices para la gestión del cambio climático lo que permite la toma de decisiones con el objetivo de reducir la vulnerabilidad de la población y de los ecosistemas del país frente a los efectos del mismo y promover la transición hacia una economía competitiva, sustentable y un desarrollo bajo en carbono”. A pesar de la importancia de este tema, existen limitadas experiencias de investigación en captura y flujos de carbono en sistemas de uso del suelo de la Orinoquía colombiana.
El presente estudio plantea la hipótesis que “cambios en los usos del suelo causan alteraciones en el almacenamiento de carbono en biomasa arriba y abajo del suelo, lo cual puede causar emisiones de GEI o captura adicional de carbono”.
Detectar los sistemas que permitan una mayor acumulación de carbono y aquellas tecnologías “ganar-ganar”, por generar este servicio ambiental y a la vez obtener productos, es clave para el desarrollo de políticas y proyectos de carbono y/o conservación (Mena et al., 2011). El objetivo del estudio es estimar la captura de carbono en biomasa total y la potencial fijación de carbono o emisión de CO2 por cambios de uso del suelo; en el valle aluvial del río Cravo Sur, Yopal, Casanare, Colombia. En este sentido el estudio busca identificar los sistemas de uso del suelo que van en línea de la Estrategia Colombiana de Desarrollo Bajo en emisiones de Carbono (ECDBC), la cual identificó acciones de mitigación sectoriales para reducir las emisiones de GEI y, con este mismo esfuerzo, generar desarrollo económico, social y ambiental en el sector rural (MADS, 2011).
Materiales y métodos
Metodología experimental y mediciones en campo
Localización del área de estudio
El área de estudio se ubicó en el corregimiento de Tacarimena, que está compuesto por ocho veredas: El Nocuito, Manantiales; Sirivana, Palomas, La calceta, La Manga, Tacarimena y El Tiestal (Figura 1). La Alcaldía de Yopal (2013) indica que El “corregimiento de Tacarimena tiene una superficie de 33.925 ha, se localiza al suroriente del casco urbano del Municipio de Yopal, Casanare Colombia entre las coordenadas 5°22’09.8”N - 72°12’12.3”O; 5°17’23.58”N - 72°20’13.29”O; 5°11’52.88”N - 72°3’ 48.83”O y 5°11’29.56” N, 72°10’57.32”O; haciendo parte de la cuenca media del Río Cravo Sur. Su paisaje es valle aluvial en vegas y terrazas, con suelos fértiles poco profundos sobre cantos rodados de lo que se denomina el Abanico de Yopal, de clima cálido húmedo”.
CORPORINOQUIA (2019) afirma que los “suelos son ligeramente ácidos, con moderados contenidos de materia orgánica que varía irregularmente con la profundidad, presentan capacidad de cambio catiónico baja, saturación de bases moderada a alta y fertilidad natural, limitados también por contenidos tóxicos de aluminio”. El IGAC (2014) indica que el “área de interés está conformada por suelos de la Asociación Fluventic Humic Dystrudepts-Typic Fluvaquents. Estos suelos se localizan anexo a ríos y quebradas del valle, en relieves planos, con pendientes menores del 3%, área susceptible a las inundaciones que pertenece a la zona de vida Bosque Húmedo Tropical (bh-T)”.
Se empleó un diseño completamente al azar con los usos del suelo como tratamientos:
Plátano con sombrío (SAF+plátano). En el sistema productivo en estudio las especies arbóreas asociadas al cultivo son las siguientes: acacia mangium (Acacia mangium), aguacate (Persea americana), Bucare / Cachimbo (Erythrina poeppigiana), Cañafistol (Cassia moschata), Ceiba tolua (Pachira quinata), Eucalipto (Eucalyptus globulus), Guácimo (Guazuma ulmifolia), Guamo playero (Inga densiflora), Guanábano montañero/Tucuragua/Mapaso (Annona squamosa), Hobo (Spondias mombin), F. elastica, Matarratón (Gliricidia sepium), Melina (Gmelina arborea), Mora (Maclura tinctoria), Nauno (Pseudosamanea guachapelle / Albizzia guachapelle), Nigüito / Zurrumbo (Trema micrantha), Palma real (Attalea regia), Samán (Samanea saman), Sangro (Swartzia macrophylla), Tectona grandis y Yarumo (Cecropia peltata).
Cacao con sombrío (Ca+S), El cultivo de cacao en el área de estudio tiene como especies de sombrío las siguientes: E. poeppigiana, Candelero (Caraipa llanorum), S. mombin, Albizzia sp, G. arborea, Ocobo (Tabebuia rosea), S. saman, y C. peltata. Se considera que los lotes del cultivo de cacao con sombrío se deberán aumentar la cantidad de especies de sombrío teniendo en cuenta las condiciones climáticas locales y los requerimientos de la especie. Las especies asociadas al cultivo del cacao en el área de estudio, que se identificaron en las parcelas temporales son: G. arborea, Cachimbo (Erythrina poepigiana), samán (S. saman), C. llanorum, Llovizno/ Yopo blanco (Albizzia sp).
Cítricos (C), Las especies que se identifican en las parcelas de C son: limón (Citrus limon), mandarina (Citrus reticulata) Naranja arrayana (Citrus sinensis), Tangelo (Citrus tangelo), la distancia de siembra recurrente en las áreas muestreadas son 7 x 7 m y 8 x 7 m, densidades de siembra de 189 - 204 árboles/ha.
Sistema silvopastoril bajo (SSPB), Las especies identificadas en este sistema productivo son: abejón (Astronium graveolens), brasil / granadillo (Terminalia amazonica), caimán/mapurito (Fagara sp), P. quinata, flor amarillo (Tabebuia crysantha), G. ulmifolia , guayabo (Psidium guajava), S. mombin, laurel (Aniba perutilis), lechero (Sapium glandulosum), Mata palo (Ficus elastica), G. sepium, M. tinctoria, nauno (Pseudosamanea guachapelle), palma corozo (Aiphanes aculeata), teca (Tectona grandis), trompillo (Guarea trichiloides), tucuragua / Mapaso (Anona squamosa), turma de perro (Andira sp) y vara santa (Triplaris americana). Algunas de estas especies además de ser sombrío ocasionalmente se utilizan como especies para ramoneo
Sistema silvopastoril alto (SSPA), Las especies arbóreas y arbustivas identificadas para este tipo de uso del suelo en el corregimiento de Tacarimena son: A. graveolens, H. courbaril, Fagara sp, ciruelo (Prunus domestica), G. ulmifolia, Guarataro (Vitex orinoicensis), P. guajava, S. mombin, A. perutilis, F. elastica, G. sepium, M. tinctoria, P. guachapelle/ Albizzia guachapelle, palma corozo (Aiphanes aculeata), pardillo (Cordia gerascanthus), trompillo (Guarea trichiliodes), T. americana y yopo (Anadenanthera peregrina/Albizzia peregrina).
Bosques de galería (BG) presenta las siguientes especies en estado fustal así: E. poeppigiana, C. llanorum, caracaro (Enterolobium cyclocarpum), C. pentandra, P. quinata, G. ulmifolia, I. densiflora, A. scuamosa, Guarataro (Vitex orinocensis), P. guajava, Higuerilla (Ricinus communis), S. mombin, Indio desnudo (Bursera simarouba), S. glandulosum, Mango (Manguifera indica), Mata palo (Ficus sp), Melina (Gmelina arborea), Mora (Maclura tinctoria), Onoto (Bixa orellana), A. regia, Paraparo/Barbasco (Lonchocarpus utilis), S. saman, P. guachapelle, Sangro (Swartzia macrophylla/Swartzia parvoflora), T. grandis, G. trichiliodes, T, americana, C. peltata y A. peregrina.
Mata de monte (MM); las especies de flora son: A. graveolens, alcornoco (Bowdichia virgiliodes), H. courbaril, bototo (Cochospermum sp), Erythrina poeppigiana, cabo de hacha (Casearia sp), cabuyo (Couratari guianensis), Fagara sp, camoruco/Camajón (Sterculia apetala), C. llanorum. E. ciclocarpum, C. moschata, ceiba bonga (Ceiba pentandra), P. quinata, chaparro (Curatella americana), T. crysantha, G. ulmifolia, gualanday (Jacaranda caucana), I. densiflora, A. scuamosa, S. glandulosum, V. orinocensis, higuerón (Ficus citrifolia), S. mombin, A. perutilis, Mata palo, M. ticntoria, B. orellana, A. regia, Palma Sarare (Syagrus sancona), L. utilis, punta de lanza (Vismia sp), quince días (Tapirira guianensis), S. macrophylla, G. trichiliodes, A. squamosa, C. corymbosa, T. america, C. peltata, A. peregrina y Albizzia sp.
El estudio contó con cinco repeticiones por cada uno de los sistemas estudiados.
Se establecieron parcelas temporales de muestreo de 1000 m2 cada una, en las cuales se midieron las variables dasométricas: altura total y diámetro del tronco a la altura del pecho (dap) para todos los árboles con dap ≥ 10 cm. A los frutales y plantas de cacao se les midió el diámetro del tronco a una altura de 30 cm (d30) en parcelas de 400 m2. Las variables dasométricas se emplearon para estimar la biomasa individual arriba del suelo usando los modelos alométricos detallados en la Tabla 1. La información de la densidad de la madera se tomó del repositorio digital de Global Wood Density Data base (Zanne et al., 2009).
Tabla 1 Listado de Ecuaciones alométricas utilizadas en el estudio de reservas de carbono del Corregimiento de Tacarimena, Municipio de Yopal, Casanare, Colombia.
Notas: R2 ajustado: coeficiente de determinación ajustado; Ba: biomasa aérea (kg/individuo); dap: diámetro a la altura de pecho (m); H: altura total (m); log: logaritmo base 10; d30: diámetro del tronco a 30 cm de altura (cm); Ln: logaritmo natural (base e). D: densidad de la madera (g/cm3). Br: Biomasa de raíces (Mg/ha) B: Biomasa aérea total (Mg/ha).
Variación de las reservas de carbono total por cambios en el uso del suelo
Se estimó el impacto de potenciales cambios de uso del suelo en la variación del C en la biomasa total, comparando el carbono almacenado en cada uno de los sistemas de uso del suelo estudiados, mediante matriz de doble entrada. Los valores se calcularon como la diferencia en el almacenamiento de carbono entre el uso futuro y el uso actual y eso por la constante estequiométrica (3.67), de modo de convertir los datos a CO2e (IPCC, 2003; IPCC, 2006). Los valores positivos constituyen incrementos de carbono y reflejan mitigación; mientras que los valores negativos son reducciones de C y en efecto emisión de CO2.
Análisis estadístico
El análisis estadístico consistió en un diseño experimental completamente aleatorio con siete sistemas de uso del suelo como tratamientos y cinco repeticiones. Se realizó un análisis de varianza previo a la comprobación de los supuestos y una prueba de comparación de medias con la prueba LSD Fisher (⍺ = 0,05). Los análisis se realizaron usando el software Infostat, versión estudiantil 2018.
Resultados
Biomasa arriba y abajo del suelo
La biomasa total, así como sus componentes arriba y abajo del suelo, presentaron diferencias estadísticas entre usos del suelo (P<0.05) (Figura 2). En promedio, la biomasa abajo del suelo representó el 17.6% del total. Las reservas de biomasa aérea en el área de estudio son importantes en todos los sistemas estudiados, con mayor énfasis en el BG y la MM con 132.5 y 77.3 Mg/ha, respectivamente. En los SAF, se encontraron reservas de biomasa entre 27.7 y 53.0 Mg/ha (Figura 2). La biomasa abajo del suelo varió entre 6.4 y 25.3 Mg/ha, siendo el BG y MM los de mayor contenido, mientras que el Ca+S tenía el menor valor. La biomasa total varió entre 34.1 y 157.8 Mg/ha en los sistemas estudiados.
Figura 2 Biomasa arriba (B. arriba) (a) y abajo (B. abajo) (b) del suelo en sistemas de uso del suelo; Corregimiento de Tacarimena, Municipio de Yopal, Casanare, Colombia.: cacao con sombrío: Ca+S, SAF: sistemas agroforestales; SSP: sistema silvopastoril. Las barras de error corresponden al error estándar. Medias con letra común no son significativamente diferentes (P > 0.05).
Reservas de carbono en biomasa arriba del suelo
El carbono almacenado en la biomasa total fue significativamente diferente entre sistemas de uso del suelo (P<0.05) (Figura 3). Los sistemas forestales presentaron la mayor captura de carbono en la biomasa total (43.8 y 74.2 Mg/ha para MM y BG), los cuales superaron entre un 61 y 268% a los sistemas productivos (Figura 3). El carbono total almacenado en el sistema está entre 16.0 y 74.2 Mg/ha, presentándose diferencias significativas (P<0.05) entre sistemas. El BG y la MM presentaron el mayor almacenamiento con 43.8 y 74.2 Mg/ha, respectivamente; teniendo el primero de diferencias significativas (P < 0,05) con Ca+S, SSPA, SSPB, SAF+ Plátano y C (16.0; 26.0; 28.6; 30.3 y 36.6 Mg/ha, respectivamente).
Figura 3 Carbono en biomasa total en los sistemas de uso del suelo en el corregimiento Tacarimena, Municipio de Yopal, Casanare, Colombia. SAF: sistemas agroforestales; SSP: sistema silvopastoril. Las barras de error corresponden al error estándar. Medias con letra común no son significativamente diferentes (P > 0.05).
Los resultados demuestran una alta variabilidad en el almacenamiento de carbono en la biomasa total.
Impacto potencial en el almacenamiento de carbono por cambios en el uso del suelo
La cantidad de carbono almacenado depende de la cobertura del suelo. De los usos en estudio, se encontró que el menor impacto en el almacenamiento de carbono se presenta en cacao con sombrío (Ca+S); si se cambia de este uso del suelo a sistema silvopastoril alto (SSPA), se capturan 36.6 Mg CO2/ha adicionales. En este mismo sentido, si se cambia de cacao (Ca+S) a BG se mitigan 213.4 Mg CO2/ha, por el contrario cuando se da la pérdida de cobertura vegetal se ocasiona reducción en la captura de carbono con la consecuente emisión de CO2. Las mayores emisiones para este caso se generan si en el espacio donde hoy se tiene como uso del suelo BG, se estableciera Ca+S, con lo cual se emitiría un adicional de 213.4 Mg CO2/ha (Tabla 2). SSPB: Sistema silvopastoril bajo, reflejan emisiones de CO2 SSPA: Sistema silvopastoril alto; BG: Bosque de galería, MM: Mata de monte SAF+ plátano: SAF+ plátano; Ca+ S: Cacao con sombrío, C: Cítricos. Los valores internos en la matriz corresponden a Mg CO2e/ha; los valores con fondo blanco representan ganancias de carbono (adicionalidad), mientras que los de fondo azul (negativos) reflejan emisiones de CO.
Discusión
Los resultados del presente estudio sobre biomasa guardan similitud con los presentados en estudios de zonas climáticas similares como el de Marín et al., (2016). En este estudio se incluyeron especies maderables con frutales, tal como iguá (Albizia guachapelle), cedro (Cedrela odorata), nogal cafetero (Cordia alliodora), bayo (Acacia glomerata Benth), jobo (Spondias mombim), papayo (Carica papaya) y aguacate (Persea americana) con 122 Mg/ha así como los SAF que solo albergan especies frutales y fijaron 72.5 Mg/ha. La biomasa de los SAF en estudio es inferior a lo reportado en este estudio, lo cual se debe a la baja densidad del sombrío que presenta el Ca+S y los C del área estudiada en donde se asocian especies como: Erythrina poeppigiana, Caraipa llanorum, Spondias mombin, Albizzia sp, Gmelina arborea, Tabebuia rosea, Samanea Saman y Cecropia peltata a baja densidad. En las parcelas de cítricos no se identifican especies forestales asociadas en los huertos.
Phillips et al., (2011, p. 29) “compara la biomasa calculada para bosques nativos por diferentes sistemas así: En la clasificación bioclimática de Holdridge, con una incertidumbre asociada a la estimación de 18,0%... se observa que la biomasa aérea varía entre 91.4 ± 11.1 Mg/ha y 334.5 ± 126.8 Mg/ha, mientras que la biomasa aérea promedio es de 255.2 Mg/ha… en el sistema Land Cover Classification System… la biomasa aérea varía entre 119.4 ± 45.1 Mg/ha y 378.3 ± 126.8 Mg/ha, mientras que la biomasa aérea promedio es de 195.7 Mg/ha”. De otro lado, considerando el sistema de clasificación propuesto por Galindo et al., (2011) , el IDEAM (2011) manifiesta que la biomasa aérea potencial en los bosques de Colombia varía entre 104.5 y 33.6 Mg/ha, con un promedio de 294.0 Mg/ha, los sistemas estudiados en Yopal presentaron valores inferiores a estos referentes.
La biomasa abajo del suelo estimada para la vegetación secundaria en este estudio (15.9-25.3 Mg/ha) presenta valores similares a los 20.4 Mg/ha estimados en ese mismo tipo de ecosistemas por Sierra et al., (2001) y superiores a los reportes de Fonseca et al., (2008) en bosques de 18 años.
El almacenamiento de carbono en los cacaotales de este estudio (16 C Mg/ha) resultaron similares a los hallazgos de Marín et al., (2016) en el Tolima, Colombia (19 Mg /ha) pero inferiores a los reportes de Ortiz et al., (2008) en cacaotales con Cordia alliodora en Changuinola, Panamá (43-62 Mg/ha). Estos resultados también son similares a los hallazgos de Arce et al., (2008) en fincas cacaoteras indígenas de Talamanca, Costa Rica: 36.5 C Mg/ha. Los resultados del presente estudio también resultan inferiores a los hallazgos de Patiño et al., (2018), quienes encontraron cerca de 85 Mg/ha en biomasa total en SAF de cacao con sombrío de 10-15 años. Los estimados en Yopal resultaron inferiores debido a la inexistencia de árboles de sombrío.
En los SAF Ca+S y C se cuantificaron 16 C Mg/ha y 36.6 C Mg/ha, respectivamente. Estos se cultivan bajo sombrío lo que ocasiona niveles medios de captura de carbono, tendría que indicarse que para aumentar la reserva de carbono en los sistemas productivos Ca+S, C debe aumentar y/o implementarse la instalación de especies de sombrío. De esta forma, se protege el cultivo de la incidencia de temperatura extrema y de paso se aumenta la captura carbono en los agrosistemas. En la región de San Martín (Perú), Concha et al., (2007) reportaron datos superiores a 40 C Mg/ha para SAF con cacao. Estos sistemas incluían especies como el cedro (Cedrela odorata), shaina (Colubrina glandulosa) y frutales, como guamo (Inga sp), papaya (Carica papaya) y mango (Mangifera indica).
Los BG, que almacenaron el mayor carbono (74.2 Mg/ha), presentaron valores bajos, los cuales pueden deberse al hecho que son bosques de galería que tienen limitaciones de los cauces y presión de la matriz agropecuaria, resultados similares reportaron Andrade et al., (2017). En la MM se cuantificó 43.8 Mg/ha de carbono en biomasa total, lo cual es inferior a los valores presentados, lo cual podría deberse a la extracción de madera a la cual han venido siendo sometidas. La explicación a estas diferencias en los datos presentados en diversos estudios es atribuible a: 1) diferencias en la composición florística, 2) actividades de manejo y mantenimiento diferencial, 3) uso y aprovechamiento, 4) edad y 5) densidad del componente arbóreo.
La cantidad de carbono total almacenado en el BG concuerda con los datos de estudio de 16 tipos de bosques reportados que tienen carbono almacenado entre 16 y 74.2 Mg/ha (Phillips et al., 2011). Por el contrario, el Ca +S tienen las menores reservas de carbono, por tratarse de sistemas en los que el sombrío es disperso y escaso. Sin embargo, se califican como sumideros de carbono, siendo deseable aumentar el número de árboles de sombrío. Los resultados de ese estudio son mayores a los encontrados en Yopal, en donde solamente el sistema BG supera los 40 Mg/ha, el valor reportado es (66.3 Mg/ha). Estas estimaciones y la literatura científica confirman la importancia de los SAF como estrategias para mitigar el cambio climático (Segura et al., 2008; Segura et al., 2012; Andrade et al., 2014).
El valor propuesto para almacenamiento de carbono en biomasa por el IPCC (2006) es de 141 Mg/ha, el cual es superior al encontrado por el presente estudio en BG, lo cual puede causarse por las entresacas o talas selectivas de especies valiosas por su tamaño y calidad de la madera. Sin embargo, se consideran sumideros de carbono, además el BG y la MM no presentan actividades antrópicas por ubicarse en las rondas hídricas y en sitios donde los dueños de predio han tenido a bien conservar estas áreas cuya función es la regulación, la conservación de la diversidad biológica siendo áreas estratégicas de conservación.
Los sistemas silvopastoriles en la zona de estudio son usos del suelo con potencial para el almacenamiento de carbono. El mejoramiento de pasturas y el aumento de la cobertura arbórea con propósitos agroforestales pueden hacer que se presenten con potencial almacenamiento de carbono a nivel del área de estudio; además de tener bosques que permitan la protección de los recursos hídricos. El estado, por su parte, viene fomentando proyectos productivos a pequeña escala en el área de estudio empleando SAF con el fin de reducir la huella de carbono, tal como la producción de cacao y de café con sombrío y plátano asociado a cacao como sombrío en la etapa inicial.
El presente estudio encontró que el uso más deseado son los BG, cuya tala para pasar a Ca+ S, causaría emisiones de 213 Mg CO2/ha. Ordóñez et al., (2001) consideran como tareas prioritarias realizar estudios de emisión-captura de carbono en ecosistemas forestales que presenten procesos muy dinámicos de cambio de uso del suelo. Esto podría permitir, por un lado, estimar precisamente la densidad de carbono asociadas a los tipos de vegetación y, por el otro, desarrollar métodos de cuantificación y predicción de la emisión o captura de carbono bajo diferentes dinámicas de cambio de uso del suelo. De esta forma, se pueden ofrecer opciones de mitigación de GEI en el corto, mediano y largo plazo. Es decir, la captura de carbono permitirá contribuir directamente en la mitigación del fenómeno conocido como cambio climático.
En este mismo sentido, Andrade et al., (2016) han estudiado y documentado el impacto potencial por cambios en el uso del suelo, indicando que los mayores cambios en el almacenamiento de C se mantienen cuando se convierten áreas de pastura a bosques; por el contrario, al eliminar los bosques riparios y establecer arrozales el C tiende a disminuir generando emisiones de GEI en 12.3 Mg CO2/ha. Lozano et al., (2011) afirman que actualmente uno de los principales problemas desde el punto de vista ambiental está referido a la pérdida de cobertura, y con ello a la fragmentación de los bosques, pérdida de la biodiversidad, alteración del recurso suelo, específicamente en cuanto a la erosión y la de generar CO2 a la atmósfera, en término de emisiones.
