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

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

5. Rice, Ch.W., 2013

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.

18. Microcuenca monitorizada
Porta Coeli, Valencia

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

31. Advantages
Lal,R.,2013

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.