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J L Rubio

Key note speech of Jose Luis Rubio (CIDE-CSIC) on the role of soil as one of the main regulators of C cycles.

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de Mitigación de Emisiones de
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UPV, Valencia 10/11 Abril 2014
El suelo como regulador del ciclo del carbono:
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José Luis Rubio
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Vice Chair European Soil Bureau Network- ESBN (JRC,EC)
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“No podemos evitar
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have increased by 40%since pre-indudtrial time to
levels unprecedent in the last 800 000yr
Annual CO2 emissions from fossil fuel combustion
and cement production were 8.3 GtC12 yr–1
averaged over 2002–2011, 54% above the 1990
level.
• From 1750 to 2011, CO2 emissions from fossil
fuel combustion and cement production have
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estimated to have released 180 GtC.
• Of these cumulative anthropogenic CO2
emissions, 240 GtC have accumulated in the
atmosphere, 155 GtC have been taken up by the
ocean and 160 GtC have accumulated in natural
terrestrial ecosystems (i.e., land sink).
IPCC Fith Assessment Report Working Group I
Soils second largest active store of carbon after the
oceans
European soils: 75 billions t C in topsoil layer (275 T CO2)
Soils as carbon sinks or carbon sources. S & P
Emissions from soil around ten times those from FF
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J L Rubio

  • 1. III Workshop de la Red Científica de Mitigación de Emisiones de GEI en el sector Agroforestal- Remedia UPV, Valencia 10/11 Abril 2014 El suelo como regulador del ciclo del carbono: ventajas e inconvenientes en la mitigación del cambio climático José Luis Rubio Ex President European Society for Soil Conservation-ESSC Vice Chair European Soil Bureau Network- ESBN (JRC,EC) Centro de Investigaciones sobre Desertification- CIDE-CSIC Valencia, España
  • 2. “No podemos evitar la tormenta pero si podemos sobrevivir a ella”
  • 3. Warrming of climate system is unequivocal The atmospheric concentration of CO2 (391 ppm) have increased by 40%since pre-indudtrial time to levels unprecedent in the last 800 000yr Annual CO2 emissions from fossil fuel combustion and cement production were 8.3 GtC12 yr–1 averaged over 2002–2011, 54% above the 1990 level. • From 1750 to 2011, CO2 emissions from fossil fuel combustion and cement production have released 375 GtC to the atmosphere, while deforestation and other land use change are estimated to have released 180 GtC. • Of these cumulative anthropogenic CO2 emissions, 240 GtC have accumulated in the atmosphere, 155 GtC have been taken up by the ocean and 160 GtC have accumulated in natural terrestrial ecosystems (i.e., land sink). IPCC Fith Assessment Report Working Group I
  • 4. Soils second largest active store of carbon after the oceans European soils: 75 billions t C in topsoil layer (275 T CO2) Soils as carbon sinks or carbon sources. S & P Emissions from soil around ten times those from FF The release of soil C is threatening to undermine all the costy efforts in reducing emisions from industry, transport, … http://ec.europa.eu/environment/soil/review_en.htm Biogeochemical Soil Carbon Cycle
  • 6. La estructura del suelo propiedad crucial
  • 7. La interacción y adsorción de los compuestos humicos con las arcillas los estabiliza y previene su degradación y descomposición creando una asociación a largo plazo que es la base de la estructura de los agregados del suelo y la base de la retención y disponibilidad de nutrientes
  • 8. Degradación Estructura del Suelo  Mineralización / Humificación  Reservas de humedad  Dinámica de nutrientes / Fertilidad  Sales en el perfil del suelo  Propiedades físicas  Actividad biológica  Régimen térmico  Disminución funcionalismo  Riesgo de desertificación  Cambio Climático
  • 9. Soils: EMISIONS versus SINK • Water vapor • CO2, CH4, Nitrogen oxides • Trace elements • Aerosols and dust
  • 10. Sistema Suelo Parámetros climáticos Sistemas de Regulación Degradación del Suelo-Cambio Climático: Mecanismos y Procesos de Retroalimentación
  • 11. Sistemas de Regulación  CAMBIOS DE ALBEDO  ALTERACIÓN EN EL BALANCE DE RADIACIONES  MAYOR INTERVALO DE TEMPERATURAS  HUMEDAD DEL SUELO Y EVAPOTRANSPIRACIÓN  RUGOSIDAD SUPERFICIAL  CAMBIOS EN SUPERFICIES DE CONDENSACIÓN
  • 12. Source: NASA, Boston University, 2006; MODIS
  • 13. Disminución del Albedo Calentamiento de la superficie del suelo Aumento de la convección Aumento de la inestabilidad Más precipitación
  • 14. AUMENTO DE ALBEDO Disminución neta de la emisión de radiaciones de onda corta Enfriamiento de la superficie del suelo Subsidencia Reducción de la convección y de la formación de nubes Reducción de la inestabilidad Menos precipitación (Hipótesis de Otterman (1974) y Charney, 1975)
  • 15. IPCC 4th AR, 2007
  • 16. Respiración del Suelo  4-5% del C del suelo a la atmósfera  + de la mitad de la combustión anual de los combustibles fósiles (3 billones)  Desequilibrio por actividades humanas: 20% de emisiones combustibles fósiles (1,2 billones)
  • 17. EFECTO DE LAS VARIACIONES ESTACIONALES DE FACTORES AMBIENTALES EN LA EMISIÓN DE CO2 DE UN SUELO MEDITERRÁNEO A.C. Maymó, J.L. Rubio Centro de Investigaciones sobre Desertificación-CIDE (CSIC-UV-Generalitat Valenciana). Figura 1.Variación estacional (junio 2008-julio 2009) de la (a)temperatura (ºC) y (b)humedad del suelo (De, expresada como el gradiente de presión de vapor sobre la superficie del suelo, mBar) en la parcela Albal-1 en Albal (Valencia, España). En un clima típico mediterráneo, la respuesta de la respiración del suelo a las variaciones de la temperatura está fuertemente limitada por la disponibilidad de agua. Las lluvias ocasionales tras periodos prolongados de sequía, ocasionan incrementos repentinos en la humedad del suelo y como consecuencia un incremento en la emisión de C desde el suelo a la atmósfera. Un seguimiento continuo de la respiración del suelo permite detectar  La respiración del suelo varió a lo largo del año, con valores mínimos en los meses más fríos del invierno y los meses más secos del verano. Aunque en estos últimos la respiración del suelo respondió rápida y positivamente tras determinados episodios lluviosos (Fig. 2). Estos resultados concuerdan con los hallados por otros autores en estudios similares en ecosistemas mediterráneos (Inglima et al., 2009; Almagro et al., 2009). Tras un periodo de sequía prolongado las lluvias dieron lugar, en pocas horas, a picos de emisión de CO2 que se mantuvieron varios dias hasta que declinaron exponencialmente de nuevo a un valor basal. Figura 2. Gráfica superior: Variación estacional de la respiración del suelo. Gráfica inferior: régimen de precipitaciones durante el periodo de estudio (datos obtenidos de http://www.meteovalencia.org/anuals.htm). Considerando conjuntamente los factores incluidos en el análisis, explicaron un 54,5% de la varianza de la respiración del suelo (R2 corregida= 0,545). La humedad explicó en mayor porcentaje (48,2%) la variabilidad en los datos. Al estudiar en detalle el efecto de la temperatura en la respiración del suelo (empleando el parámetro Q10 ): SR = A eBT; Q10= e10B SR = respiración del suelo (mmol CO2 m–2 s–1), T = temperatura del suelo (°C), A y B constantes. se comprobó que, a lo largo del periodo de estudio, el valor de la Q10 varió desde 0,1 hasta 4 (en los periodos más húmedos). Es decir, al aumentar la humedad del suelo la influencia de la temperatura en la respiración del suelo se hizo más aparente. Equipo medidor de CO2 Este fenómeno conocido como Efecto Birch, es indicativo de cambios en la componente heterotrófica de la respiración, esto es la parte de la respiración debida a los microorganismos del suelo. SueloAlbal-1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 100 200 300 400 500 600 NºDiadel año(2008y2009) De(mBar) SueloAlbal-1 0 5 10 15 20 25 30 100 200 300 400 500 600 NºDiadel año(2008y2009) Temperaturadelsuelo(ºC) 0 20 40 60 80 100 120 140 100 200 300 400 500 600 NºDiadel año(2008y2009) Cantidadlluvia(mm) Fig. 3. Relación entre la respiración, temperatura y humedad del suelo en la parcela Albal-1 durante el periodo de estudio. Del análisis de regresión múltiple se obtuvo el siguiente modelo empírico: SR = 0,3382 e0,026T e0,144De R2=54,5% SR = respiración del suelo (mmol CO2 m–2 s–1), T = temperatura del suelo (°C), De = humedad del suelo expresada como el gradiente de presión de vapor sobre la superficie del suelo (mBar), Todas las variables incluidas en el modelo fueron significativas (P 0,05). Fig. 5. Los puntos representan los valores promedios de las medidas experimentales de la respiración del suelo realizadas diariamente. La curva representa los valores calculados del modelo empírico obtenido empleando el análisis de regresión lineal múltiple. SueloAlbal-1 0 1 2 3 4 5 6 100 200 300 400 500 600 NºDiadel año(2008y2009) Respiracióndelsuelo(mmolm -2 s -1 ) 0 1 2 3 4 5 6 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 5 10 15 20 25 Respiracióndelsuelo(mmolCO2m-2s-1) Humedaddelsuelo(mBar) Temperatura del suelo (ºC) SueloAlbal-1 0 1 2 3 4 5 6 7 100 200 300 400 500 600 NºDiadel año(2008y2009) Respiracióndelsuelo(mmolm -2 s -1 ) SueloAlbal-1 0 1 2 3 4 5 6 10 15 20 25 30 Temperatura(ºC) Respiracióndelsuelo(mmolm -2 s -1 ) Cuando los niveles de humedad del suelo eran bajos la respuesta de la respiración fue menor. Fig. 4. Respuesta de la respiración del suelo a los cambios en la temperatura.
  • 20. Fijación de carbono y calidad del suelo • Se estima que aumentando el deposito de COS en 1tn/ha/a en la zona radicular, se podria aumentar la produccion de alimentos en: – Paises no desarrollados: 12-20 millones/tn/a - Globalmente: 30-40 millones tn/a (Lal, 2006)
  • 21. Different Estimates of C Sequestration Potential Glenn et al. (1993) 0.5-1 Pg C/yr Squires et al. (1995) 1.0 Pg C/yr Lal et al. (1999) 0.9-1.9 Pg C/yr Semiarid soils 9 tC/ha/y Global soils 12-65 tC/ha/y
  • 22. Potencial de secuestro de carbono en los suelos de zonas aridas Perdidas historicas de C: 19-29 Pg Potential de secuestro en un horizonte de 25-50 años: 12-19 Pg
  • 23. Potential of Desertification Control and Soil Restoration to Sequester C Process C Sequestration (Pg C/yr) Erosion control Restoration of eroded soils Restoration ofother degraded soils Reclamation of salt-affected soils Agricultural intensificationon undegraded soils Fossil fuel C offset through biofuel Secondary carbonates Total 0.2-0.3 0.2-0.3 <0.01 0.2-0.4 0.01-0.02 0.3-0.5 0.01-0.4 0.9-1.9 (Lal, 2001)
  • 24. There is also significant mitigation potential through sinks: agroforestry and cropland management 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Cropland management Rice management Grazingland management Forest management Agroforestry Restoration degraded lands Wetland restoration Gt CO2e Source: IPCC LULUCF Report
  • 25. C accumulation in a model agroforestry system Time (Years) 0 5 10 15 20 25 Netbiomassandcarbonstocks (tonnesperhectare) 0 20 40 60 80 100 120 140 SOIL CARBON DEAD WOOD MASS LITTER MASS BELOW GROUND BIOMASS ABOVE GROUND BIOMASS How Much Carbon Can Soil Store?
  • 26. Advantages : Increasing SOM a winning strategy ¡¡
  • 27. Food Security & Climate Change
  • 29. • Favorecer el retorno de residuos orgánicos mediante su disposición en la superficie del suelo como “mulching” o acolchado. • Disminuir drásticamente el laboreo del suelo pasando a técnicas de no cultivo o cultivo reducido • Eliminar o reducir drásticamente la quema de rastrojos y de residuos vegetales. • Favorecer la utilización de compost, enmiendas orgánicas y biofertilizantes. • Mantener cultivos intercalados o cubiertas vegetales en plantaciones arbóreas. • Mantener una adecuada gestión de la fertilización • Evitar el mantenimiento del suelo desnudo • Mantener un control adecuado de las prácticas de riego • Adoptar medidas adecuadas de conservación de suelo y agua, tanto estructurales como de gestión para evitar la erosión del suelo • Adaptar el uso del suelo a su capacidad agrológica • Planificar la ordenación del territorio teniendo en cuenta sus limitaciones y vulnerabilidad • Favorecer el mantenimiento de la biodiversidad edáfica • Favorecer el mantenimiento de las funciones ecológicas del suelo • Restaurar las zonas degradadas Rubio. J.L:, 2007 JRC, EC, 2011
  • 33. •Definitions and standardized methods for the mapping and monitoring of soil organic carbon are needed •We need to initiate a joint effort towards a full assessment of the global soil organic carbon stocks (new Global Soil Map) •There is the need to develop a common framework for monitoring, verification and reporting of soil organic carbon •A targeted effort is needed towards the full inventory and regular monitoring of organic soils (peatlands and wetlands) Some Problems How much carbon can soil store?
  • 34. IPCC AR5 VG I and WG II The Working Group I report was released in September 2013, the WG II report in Yokohama in 31 March 2014, the WGIII (mitigation) report will be released in April 2014 and the Synthesis Report in October 2014.
  • 35. IPCC WGII AR5 Summary for Policymakers
  • 36. 23.6.2. Soil Quality and Land Degradation Adaptive land-use management can reduce the impact of climate change through soil conservation methods like zero tillage and conversion of arable to grasslands (Klik and Eitzinger, 2010). In central Europe, compared to conventional tillage, conservation tillage systems reduced modelled soil erosion rates under future climate scenarios by between 49 and 87% (Scholz et al., 2008). Preserving upland vegetation reduced both erosion and loss of soil carbon and favoured the delivery of a high quality water resource (House et al., 2011); (McHugh, 2007). Maintaining soil water retention capacity, e.g. through adaptation measures (Post et al., 2008), contributes to reduce risks of flooding as soil organic matter absorbs up to twenty times its weight in water. IPCC WGII AR5 Summary for Policymakers
  • 37. Concluding Enhancing soil carbon is the cornerstone for the future of the Earth enable to provide food and peace for mankind «Human beings can survive the loss of OIL reserves, but cannot survive the loss of SOIL resources» Lester Brown, Earth Institute Journal of Foreing Policy, April 2011 More attention is needed to the role of soil both in the mitigation and adaptation to climate change
  • 38. “Obligated to change” The only alternative is a radical change Social perception, ethic, and values Soil carbon and soil functions at the centre of the global paradigm shift ¿What to do? Dark perspectives Syndrome boiled frog
  • 39. The role of REMEDIA • The challenge: knowledge improvement, innovation and research gaps • Societal perception of the relevance of soil • Support sound agricultural productivity- food security • Market options for SC Sequestration The opportunity: A sense of contribution from soil and related agricultural science community to a world beaten by multiple crisis ¿What to do?
  • 40. Muchas gracias European Soil Bureau Network, ESBN
  • 41. Momento de abandonar retoricas vacias y dilatorias y afrontar la realidad • Promover la adopción de tecnicas demostradamente eficaces en la gestion de vegetación, suelo y agua para mejorar la calidad del suelo • Mejorar la coordinacíon entre asociaciones cientificas y comunidad academica para proporcionar y transmitir una mejor base de conocimiento cientifico • Mejorar la dimensión social, economica y politica de los temas ambientales
  • 42. Dryland ‘bio-carbon’ opportunities: agriculture and land-use 15.8 10.3 7.0 5.3 3.8 2.6 1.4 0.8 74.1 Importance of Carbon Fluxes from Agriculture & Land Use Relative to Fluxes from Industry & Energy Figures above 1 indicate greater importance of agriculture & land use relative to industry & energy Reforestation on Marginal & Degraded Land Agro-Forestry Rangeland Improvement Soil Restoration / Soil Organic Carbon Bio-Fuels / Bio-Energy / Bio-Gas Dryland Rice
  • 43. IPCC WGII AR5 Summary for Policymakers
  • 44. IPCC WGII AR5 Summary for Policymakers The core concepts of the WGII AR5. Risk of climate-related impacts results from the interaction of climate-related hazards with the vulnerability and exposure of human and natural systems. Changes in both the climate system (left) and socioeconomic processes including adaptation and mitigation (right) are drivers of hazards, exposure, and vulnerability.