Nuevas enmiendas en

agricultura y la mitigación de los

efectos del cambio global

• Rafael López

Núñez

El programa ‘4 por mil, Suelos para la Seguridad

Alimentaria y el Clima’ es un programa internacional

que se lanzó en la COP21 con el objetivo de

aumentar la materia orgánica del suelo (o 0.4% por

año) como compensación por la emisiones globales

de gases de efecto invernadero por fuentes

antropogénicas (Minasny et al., 2017)

Minasny, B. y col. 2017. Soil

carbon 4 per mille. Geoderma,

292, 59-86.

Stockmann, U. y col. 2013. The

knowns, known unknowns and

unknowns of sequestration of soil

organic carbon. Agriculture,

Ecosystems & Environment, 164,

80-99.

GIGA =109

CICLO BIOGEOQUÍMICO DE C

(8.9/2400)=0.37%

Carbonatos manto 30 x 106

(6.4/1550)=0.41%

Tasa de secuestro de

0.6 Mg de C por hectárea y año

2200 kg de CO2 ha-1 año-1

Estudios en todo el mundo han medido las tasas de secuestro de SOC y

muestran que es posible una tasa anual de 0.2 a 0.5 toneladas de C por

hectárea con la adopción de mejores prácticas de gestión tales como

laboreo mínimo, reducido o siembra directa en combinación con cultivos

de leguminosa de cobertera, uso de enmiendas orgánicas y de la

agricultura orgánica

La MO es el principal factor determinante de la calidad y salud del suelo

“Calidad del suelo”,

“Medida de la habilidad de un suelo para llevar a cabo sus funciones ecológicas”

“salud del suelo”

“suelo con las características biológicas, físicas y químicas que son esenciales para una productividad sostenible a largo plazo con el mínimo de impacto ambiental“

El aumentar las aportaciones a la materia orgánica del suelo genera otros beneficios aparte de su papel en el secuestro

López, R., Burgos, P., Hermoso, J. M., Hormaza, J. I., and González-Fernández, J. J. (2014). Long term changes in soil properties and enzyme activities after almond shell

mulching in avocado organic production. Soil and Tillage Research 143, 155-163.

Reacciones gobernadas o mediatizadas por la MOS

Cambio iónico

Oxidación reducción

Capacidad tampón

Complejación de metales

Absorción de compuestos orgánicos

Funcionalidad y salud general del suelo

Fertilidad de los suelos Procesos geoquímicos de interés medioambiental

IMPLICACIONES AGRONÓMICAS

GEI

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• LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO DEBIDAS A LOS RESIDUOS EN LA UE-15 REPRESENTAN EL 2,6% DE LAS EMISIONES TOTALES (2005).

• EN ESPAÑA 3,3% (2009) y EN ANDALUCÍA 5% (Actual)

• ESTAS EMISIONES HAN DISMINUIDO UN 38% DESDE 1990 A 2005

La contribución de la gestión de residuos municipales en España a la mitigación de GEI podría llegar a superar los 20 Mt CO2eq/a. El sector español de RM acabaría actuando como si fuera un sumidero neto de carbono en una cantidad superior a 4 Mt CO2eq/a. Ello quiere decir que el sector mitigaría globalmente más emisiones de las que emitiría.

12

13

• Una mejor gestión de los residuos puede contribuir a reducir considerablemente las emisiones de CO2.

• Por ejemplo, cada año la UE elimina materiales reciclables tales como papel, vidrio, plásticos, aluminio y acero por valor de 5.250 millones EUR.

• Si todo ello se reciclara, se podría evitar el equivalente a 148 millones de toneladas de emisiones de CO2 al año.

• La mejor gestión de los residuos municipales podría evitar la emisión de 92 millones de toneladas de gases de efecto invernadero en 2050 en comparación con 1995.

• Si los países reciclaran un 70% de sus residuos, se crearían al menos 500.000 nuevos empleos en Europa.”

22/10/2018 14

Compostaje y MO

Compostaje

Proceso biooxidativo controlado por microorganismos que da lugar a materia orgánica estabilizada libre de fitotoxinas y patógenos

Elimina o reduce los problemas de MO fresca

COMPOSTAJE DOMÉSTICO

“Si se opera aeróbicamente el compostaje doméstico tiene el menor impacto ambiental en todas las categorías consideradas. Si se opera anaeróbicamente, el compostaje doméstico da lugar a cantidades significativas del gas de invernadero metano y tiene también una mayor contribución en potencial de eutrofización”

(Lundie S. y Peters G.M. 2005)

Las mayores reducciones de GEI son obtenidas cuando el compost es usado como sustituto de turba en la producción de medios de cultivo: hasta -900 kgCO2eq/ton residuo.

(Boldrin et al. 2009)

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Impactos ambientales del compostaje

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SOCIALES Doméstico Centralizado

Evita contenedores de orgánicos en las calles √ Espacio y olor

Evita tráfico pesado √ Recogida y distribución

Evita inversiones altas en terrenos e instalaciones

√ Muy elevadas

Fomenta un mayor grado de participación ciudadana √ √

Favorece el reciclaje de otras fracciones √ √

Impactos ambientales del compostaje

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CALIDAD DEL PRODUCTO Doméstico Centralizado

Impurezas Autocontrol 8% - 50%

Aumento del contenido de MP +,++ Según

recogida selectiva

Compost más homogéneo +

Necesidad de estructurante (poda) ++ +

CONTENIDO DE MP DOMÉSTICO Con PODA1

CENTRALIZADO

SELECTIVA Con PODA1

CENTRALIZADO NO SELECTIVA

Materia Orgánica % 48.0 55.3 50.6

Conductividad eléctrica 1:5 mS/cm

4.30 4.90 10.0

Zn mg/kg 156 150 461

Cu mg/kg 44 47 191

Ni mg/kg 9 9 51

Cr mg/kg 9 8 87

Pb mg/kg 28 32 121

Cd mg/kg 0.30 0.24 1.7

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López, R., Burgos, P., Madrid, F., Camuña, I. 2015. Source Separate Collection of Recyclables Reduces Chromium and Nickel Content in Municipal Solid Waste Compost. CLEAN – Soil, Air, Water, 43(3), 427-433.

Impactos ambientales del compostaje

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PROCESO Doméstico Centralizado Vertedero

Energía para transporte y para proceso 1 X 6, X17 X5

Emisión de olores (kg C-VOC/ton) 0.559 1.210

Posibilidad de tratamiento de los gases de proceso NO SÍ

Emisión de metano (kg CH4/ton) 0-0.158 0 = a >> CD Emisión de óxido nitroso (kg N2O/ton) 0.676 0

Emisión de amoníaco (kg NH3/ton) 0.842 0.110

GEI2 1 X170 X270

Necesidad de agua 1 2 5

Proliferación de insectos + ?

Proliferación de aves + ?

Proliferación de roedores + ?

Mejor control del proceso de compostaje +

El compostaje doméstico se considera a menudo la manera más ecológica de tratar los residuos biodegradables domésticos, ya que permite reducir las emisiones y los costes del transporte, garantiza un control minucioso de la materia entrante y aumenta la conciencia ecológica de los usuarios.

22/10/2018 21

European Commission. Green paper on the management of bio-waste in the European Union; 2008

22

RESIDUOS

Hojas caídas, restos jardín

Restos de mercados

Restos de animales

Estiércoles

Residuos agroindustriales

• existen equipos con diferente grado tecnológico

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Compostaje de residuos

orgánicos

Reutilización en suelo

Cultivar comida sana

Reducir cantidad de

residuos

ECONOMÍA CIRCULAR

¿Cómo repercutirá el propio calentamiento global en el almacenamiento de C en el suelo?

+temperatura, precipitación incierta, fenómenos extremos y más erosión

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Contenido en MO del suelo

Soils Atlas of Europe. JCR EU Soils Website

Suelos zona Mediterránea muy pobres

en C orgánico (≤ 2 %)

• Factores climáticos y físicos

(veranos secos y cálidos, lluvias

torrenciales, frecuencia de incendios,

topografía del terreno..)

• Factores humanos (manejo

inapropiado)

• Tasas de erosión elevadas

• Muchos autores concluyen que incluso pequeños aumentos en las tasas de oxidación de C del suelo C como resultado del aumento de las temperaturas podría dar lugar a nuevos aumentos en el CO2 atmosférico.

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Efecto temperatura en MOS

Sabemos que las regiones de climas fríos y húmedos se caracterizan por sus suelos ricos en C, en los que se almacena una gran proporción del C del suelo del mundo.

Sabemos que las regiones áridas se caracterizan por sus suelos pobres en C.

Y debemos tener en cuenta…

• + liberación CO2 por cambios de uso de pastos o bosques a cultivos ++++++

• + liberación por aumento de la erosión

• - por productividad primaria estimulada por más CO2

• - por aumento (tecnológico) de productividad agrícola

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CARBONO ORGÁNICO DEL SUELO: material en descomposición, particulado, sustancias húmicas,

humina

C

C

CICLO GEOQUÍMICO DE C

Carbonatos manto 30 x 106

C

En Andalucía, existían 18 centrales (2015) que

utilizan biomasa para generar electricidad con

una potencia total instalada de 257 MW, un 36%

de la producción de todas las renovables

• Destaca la biomasa del olivar

(orujo, orujillo y hoja de olivo),

• un 32% (2013) de los

biocombustibles usados

• resulta un residuo, las cenizas de biomasa: 6.8% del

peso seco de biomasa

• dos tipos: las volantes (CV), y las de fondo (CF) o

escorias

• ¿En un suelo

calizo podrían

mantener o

aumentar el

secuestro de

CO2?

COMPOSICIÓN de las CENIZAS

VOLANTE

FBA

CALDERA

BBA

Moisture g kg-1 5.5 315

pH ext 1:5 12.7 12.8

organic-C g kg-1 8.7 56.7

Ca (as CaO) g kg-1 99.8 198

Mg (as MgO) g kg-1 83.6 75.2

K (as K2O) g kg-1 307 160 Na (as Na2O) g kg-1 4.78 3.79

S (as SO3) g kg-1 28.4 3.56

P (as P2O5) g kg-1 36.9 35.3

CaCO3(calcimeter) g kg-1 170 111

CO2(calcimeter) g kg-1 74.9 48.9 CAPACIDAD TEÓRICA DE SECUESTRO (TSC)

Total-TSC g CO2 kg-1 298 312

TSC-(Ca+Mg) g CO2 kg-1 154 236 Effective CO2 sequestered (% of TSC)

% of Total-TSC % 25.1 15.7

% of TSC-

(Ca+Mg)

% 48.7 20.8

Sin MP

• SEPARACIÓN FRACCIONES

<0,5 mm y >0,5 mm y >2 mm

• CARBONATO POR GASOMETRÍA

• ANÁLISIS ISOTÓPICO DEL δ13C

• ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICO (TGA-DTG)

• TGA-DTG

• Se mantiene el pico de la

descomposición de

CO3Ca ya presente en las

cenizas de partida

• Efecto del cultivo por exudados.

• Pérdida del 50% de CO2 inicialmente fijado en FBA (por K?)

• = o más en el caso de BBA

• Fijación similar a la de “COAL FLY ASH”

Fijación de CO2 después de la incubación

FBAs-pl1 FBAs-no2 BBAs-pl3 BBAs-no4

Fraction <0.5 mm

Calcímetro

CO2 g kg-1 14.5 a 14.4 a 16.5 b 19.7 c

TGA-DTG method

Pérdida peso

(CO2 g kg-1)

20.6 (4.9) 21.1 (0.5) 26.4 (0.9) 27.2 (0.6)

Resultado calcímetro referido al peso inicial de ceniza

CO2 g kg-1 38.4 (2.5) 43.1 (3.7) 52.3 (4.3) 65.3 (5.2)

% CO2 (de

TSC-(Ca+Mg)

24.9

28.0

22.2

**

27.7

En formas de C mucho más estables que el C-

orgánico

En formas de C mucho más estables que el C-

orgánico

• 4por1000: 2200 kg CO2/ha año (600 de C)

• 1000 kg/ha de fertilizante de cenizas

• 38 a 65 kg CO2/ha 2.3%

• + C biochar 5.5%

• 3.2-12.5

• Huella de C del reemplazo de 250 kg potasa

• 160 kg CO2/ha 7.3%

-----------

10.5-19.8%

López, R., Díaz, M.J., González-Pérez, J.A. 2018. Extra CO2 sequestration following

reutilization of biomass ash. Science of The Total Environment, 625, 1013-1020.

C

Terra Preta Ferrasol ¿Que es el biochar?

- Tipo de materia orgánica rico en C aromático producido

a partir de residuos de biomasa en condiciones de

pirólisis que puede ser utilizado como enmienda en el

suelo

Adaptado de: European Biochar Certificate (EBC) &

International Biochar Initiative (IBI)

La materia orgánica pirogénica

Biochar ¿un concepto nuevo?

“Terra Preta de Indio” Terra Preta Ferralsol

Modelo de agricultura sostenible milenario

Microorganismos

Heces

Restos de cultivo

Residuos orgánicos Desechos de alimentos

Huesos

Cenizas

Estado actual

El biochar finamente dividido ha permanecido en suelos en climas tropicales húmedos, como el Amazonas, durante miles de años (Terra preta do indio), resistiendo las rápidas tasas de mineralización comunes a la materia orgánica en estos entornos y produciendo un color negro distintivo. Algunos biochars pueden descomponerse relativamente

rápido en los suelos, mientras que otros

persisten durante milenios.

Lehmann, J. 2007. Bio-energy in the black. Frontiers in Ecology and the Environment, 5(7), 381-387.

• Estructuras porosas

• Elevada retención hídrica

• Superficie específica SSABET del biochar Grado I (IBI, EBC): 100-400 m2 g-1

(De la Rosa et al., 2014. Science of the Total Environment).

Efectos en la capacidad de retención de agua

FE-SEM

Biochar de pasta de papel

Biochar de lodo de depuradora

Biochar de madera de pino

• Incremento del contenido en C en el suelo

• Rendimiento del cultivo (*)

• Aumento WHC

• Facilidad de laboreo (Daparente -20%) (Control de la erosión del suelo)

• Mejora la adaptación fisiológica de la planta al déficit hídrico

• Estimula actividad microbiana del suelo

¿efecto en la biodiversidad microbiana?

Resumen de efectos del biochar como enmienda en agricultura

O

O O

O

O

N

O O

N

O O

O

OH CH HC

OH Potente capturador de compuestos aromáticos condensados (incluyendo PAHs) y metales pesados (De la Rosa et al., 2015, JSS)

Uso ya conocido en la recuperación de suelos contaminados con elementos traza (Mendez et al., 2012, Chemosphere )

Recuperación de suelos contaminados

46

Por sus adecuadas propiedades hidrofísicas puede usarse como sustituto de la turba. Aumenta la retención de agua y nutrientes, baja la densidad aparente y mejora el pH, mejorando sus efectos cuando se une con compost

Álvarez et al. Vermicompost and biochar as substitutes of growing media in ornamental-plant production Journal of Applied Horticulture, 19(3): 205-214, 2017 Álvarez, J. M., Pasian, C., Lal, R., López, R., Díaz, M. J., and Fernández, M. (2018). Morpho-physiological plant quality when biochar and vermicompost are used as growing media replacement in urban horticulture. Urban Forestry & Urban Greening 34, 175-180.

47

Foto De Basotxerri-Trabajo propio, CC BY-SA 4.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=597356

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• La turba es el componente fundamental en que se basa el cultivo en contenedor (11 x 106 ton/año)

Un ejemplo http://www.mtiblog.com/2012/08/la-mina-patxi-ceanuri-vizcaya.html

• La mineralización de turba en su ambiente natural es muy lenta, y las turberas son sumideros de C.

• Si la turba se extrae, airea, encala y fertiliza se descompone y es fuente de GEI.

Biochar como sustrato • En el mundo, 11 millones kg de turba

se usan para producción hortícola. • Se pueden sustituir un 30% - 35% de

turba por compost o vermicompost y hasta un 20% - 25% por biochar.

• El potencial almacenamiento de C a largo plazo da 3 millones ton de CO2-eq año-1 con el reemplazo de turba indicado:

• Suman para esta reducción: el C en biochar, la turba no mineralizada y el ahorro de fertilizantes N-P-K por incluir compost Alvarez, J.M., Claudio Pasian , Rattan Lal, Rafael López, Manuel Fernández (2018). A biotic strategy to sequester carbon in the ornamental containerized bedding plant production. A review. Spanish J. Agricultural Research (en prensa)

Pirólisis

Energía (Syngas) (Bio-oil)

Biochar (C y nutrientes)

CO2

Ciclo: Transfiere CO2 de la atmósfera al ciclo geológico del C (balance de C negativo !!!)

Biomasa

Suelo

CO2

Economía circular

Producción de biochar

Ejemplos de reactores de bajo

coste • Sin aprovechamiento energético

del “Syngas“

• Falta de control de las emisiones

• Producto final heterogéneo

Pirólisis: Tecnología muy diversa

Producción de biochar

Agradecimiento especial a José Mª Alvarez y

José Mª de la Rosa

GRACIAS POR SU

ATENCIÓN