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MODELADO DE LA DINÁMICA DEL CARBONO ORGÁNICO EN SUELOS USANDO INFORMACIÓN ISOTÓPICA : APLICACIÓN EN PASTIZALES FORESTADOS. Esteban G Jobbágy – Marcos G Rizzotto Grupo de Estudios Ambientales – Instituto de Matemática Aplicada San Luis Universidad Nacional de San Luis & CONICET - PowerPoint PPT Presentation
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MODELADO DE LA DINÁMICA DEL CARBONO ORGÁNICO EN SUELOS USANDO INFORMACIÓN ISOTÓPICA:
APLICACIÓN EN PASTIZALES FORESTADOS
Esteban G Jobbágy – Marcos G RizzottoGrupo de Estudios Ambientales – Instituto de Matemática Aplicada San Luis Universidad Nacional de San Luis & CONICET
Gervasio Piñeiro – Jose M. ParueloIFEVA, Facultad de Agronomía - Universidad de Buenos Aires & CONICET
Robert B JacksonDepartment of Biology - Duke University, North Carolina
El problema ecológico
Suelo: 2100 Gton C
Mas que atmósfera + biota
componentes y dinámica?
Que papel juega en el ciclo global del C?
Como podemos favorecer el secuestro de C en el suelo?
750 Gton
500 Gton
2100 Gton (*)
?
* jobbagy & jackson – 2000 Ecol Appl
El problema metodológico
Conjunto quimicamenteheterogéneo
Muchos procesos simultáneos
Fácil medir cajasDifícil medir flujos….
Pero…
experimentos “naturales”
trazadores “naturales”
pastizales forestadosde la pampa húmeda
el “truco” del tiempo x espacio…
pastizalespecies C3 y C4(mezcla 50:50)menor discriminación de 13C
forestaciónEucaliptus sp.especie C3mayor discriminación de 13C
Estudio en 4 sitios (pares de stands)5 (pseudo)replicas por stand Suelo: 0-5-10-20-35-50-75-100 cm, mantillo y horizonte Oh (orgánico)densidad aparente[C] y [N] Carlo Erba Elemental Analyzer – [13C] y [15N] Finnigan MAT Delta Plus XL (DUKE UNIV)
Desafío: Conozco cambios en el stock de C (S), cómo puedo conocer ingresos (I), perdidas (P), tasas de renovación (1/k), Tras la perturbación (t0)?
3P = S*k
4 No hay transporte vertical
5 No hay erosión
6 Cambio instantáneo en t0 y valor constante luego para I, rI y k
7 Mezcla perfecta en S
8 No hay discriminación en el suelo
Stock C orgánico del suelo (S)
Ingresos (I) Perdidas (P)
I, P, S corresponden a 12C+13C (Kg/m2)13C/12C de estas variables se definen como rI, rP, rS
1 prod primaria-aerea y subt- en estrato 1-subt – en estrato >1
2respiración
Una solución analítica para representar el sistema
Solución 100% analítica, exacta, sin parámetros ajustables
En nuestro caso, para tiempo = 0 (establecimiento)y para tiempo = X (edad al muestreo)conocemos S y S*Además conocemos rI (I*/I)
Queremos averiguar I y k, y así proyectar S en otras tiempo/condiciones
Para 12C
dS/dt = I – k S(t)
Para 13C
dS*/dt = I* – k S*(t)
rI =
1
1
1ln
1
o
X
o
X
o
X
rS
rS
rSrI
rSrI
S
S
Xk
)exp(1
)exp(..
kXrI
kXrSSrSSkI ooXX
rS
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 800
20
40
60
80
100
0 20 40 60C orgánico en suelo - Kg C / m3 C orgánico en suelo - Kg C / m3
diferencias significativas p<0.05
pastizal (t=0)
forestación (t=50 o 97 años)
CASTELLI (50 años) GUERRERO (97 años)
Pro
fun
did
ad
(cm
)
0
100
-32-28-24-20-16
(rS y rI) ∂13C ‰
(rI)
-28-24-20-16
0
100
(rS y rI) ∂13C ‰
(rI)
Pro
fun
did
ad
(cm
)
Aplicación del modelo
• Descenso de I en profundidad (en Guerrero 480, 219, 103, 42, 25 y 16 g/m3 por estrato)
• I es menor en Guerrero (monte de baja densidad sujeto a cosecha…)
• Muy bajos Ingresos respecto a los valores conocidos de producción
En 0-20, I = 450-900 Kg C/Ha/año Productividad primaria neta aérea de aprox 5000 Kg C/Ha/año Biomasa raíces (<0.5 cm diámetro) 4500 Kg. C/Ha/año
• Tiempo de renovación mas rápido en superficie
• Valores similares en ambos sitios
Estrato Ingreso (I) t renov. (1/k)
(cm) (KgC/Ha/año) (años)
Castelli Guerrero Castelli Guerrero
0-5. 477 240 106 80
5-10. 147 109 181 194
10-20. 276 103 242 206
20-35. NC 63 NC 144
35-50. NC 38 NC 117
50-75. NC 41 NC 236
75-100. NC NC NC NC
El problema del error (2-3 meses de trabajo…)
La estimación del error por “propagacion de errores” y por “acotacion” arroja valores 2-3 ordenes de magnitud mas altos que el valor de los parámetros I y k.
OJO: Medimos independientemente el carbono total (13C + 12C) y su composición (13C:12C)
Se propone la búsqueda de una banda de error a partir de la aplicación del modelo a todas las trayectorias posibles entre pares de muestras individuales para la situación inicial y final (todos contra todos)
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 20 40 60 80 100 120 140
1/k
I
5-5
5-44-4
2-42-54-5
1-4
3-4
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
-2000 -1000 0 1000 2000 3000
1/k
I
I = 497±901/k = 255±800
I = 512±101/k = 84±23
Se remueven X-4 y X-5
Conclusiones y pasos a seguir
•Las forestaciones mantienen o aumentan ligeramente el C del suelo•Se detectan cambios isotópicos (0-20 cm en 50 años, 0-75 en 100 años)•Modelo de “una caja” como primer paso: capaz de representar sistemas simples capaz de identificar erosión o lixiviación cuando son importantes (entre otros supuestos fallidos)
•En forestaciones permitió calcular ingresos y tasas de renovaciónIngresos bajos en relación a productividad (<10%). explicables por herbivoría o saprofitismo? fracción lábil (1/k < 50 años) con pobre transferencia a fracciones estables?
•Las forestaciones no serian muy efectivas secuestrando C en el suelo
Ingresos (I)Perdidas rápidas (P r)
(S r)rapida
(S l)lenta
Perdidas lentas (P l)
k1
k2k3
transferencia
• Modelo de dos cajas (solución analítica disponible – sin parametros ajustables)
4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100 Castelli (50 years)
4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100 Chascomus (48 years)
4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100 Guerrero (97 years)
4 5 6 7 8 90
20
40
60
80
100 America (48 years)
de
pth
(cm
)d
ep
th (
cm)
∂15N ‰ ∂15N ‰
grassland
tree plantation
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