Soil redistribution and carbon dynamics in Mediterranean agroecosystemsRadioisotopic modelling at different spatial and temporal scales

Abstract

La erosión y redistribución del suelo es un proceso natural, que se produce a escala de tiempo geológico, y que es esencial para la formación del suelo. Sin embargo, la pérdida y degradación acelerada del suelo en relación a la actividad antrópica es uno de los principales problemas medioambientales en las tierras de uso agrícola. A escala mundial, más del 75% de las pérdidas de suelo proceden de las tierras agrícolas. En particular, la erosión del suelo es uno de los problemas medioambientales más graves de los agroecosistemas mediterráneos donde la erosión se ha intensificado como resultado de una larga e intensa historia de uso agrícola del suelo, la gestión y manejo del suelo y debido a las características específicas del clima mediterráneo tales como las precipitaciones irregulares y los eventos de lluvia potencialmente erosivos. Además, la pérdida de las capas más superficiales y fértiles del suelo, con un mayor contenido de nutrientes, supone una amenaza para la sostenibilidad y productividad de los cultivos con costos económicos, con consecuencias para la seguridad alimentaria y con un impacto en la salud pública. En este estudio se ha seleccionado un campo de cultivo de secano con características representativas de los agroecosistemas de montaña mediterránea para ampliar el conocimiento que se tiene sobre el efecto de los procesos de redistribución del suelo en el estado y las condiciones del mismo y sus implicaciones en la dinámica del carbono del suelo. La metodología aplicada en esta investigación está dirigida al cumplimento de los siguientes objetivos principales (i) establecer y analizar los patrones espaciales de las propiedades y los nutrientes del suelo (carbono y nitrógeno orgánico del suelo), (ii) examinar las relaciones entre las propiedades del suelo, los nutrientes, los procesos de redistribución del suelo y los atributos topográficos, (iii) modelización de la redistribución del suelo para la cuantificación de las tasas de erosión y depósito del suelo y (iv) modelización de la dinámica del carbono orgánico del suelo a diferentes escales temporales. Los suelos estudiados (n=156) se han clasificado como Calcisoles, desarrollados sobre depósitos cuaternarios, son suelos alcalinos, no salinos y calcáreos con valores medios de pH, conductividad eléctrica y carbonatos de 8.2, 0.2 dS m-1 and 38% respectivamente. La mayoría de las muestras de suelo (81%) presentan textura franco limosa. Los resultados de esta tesis revelaron que los patrones espaciales de las propiedades del suelo y de los nutrientes están estrechamente relacionados con la posición topográfica relativa dentro del paisaje y con los atributos topográficos. Los contenidos más altos de la fracción <0.05 mm del suelo en la que se incluyen los minerales magnéticos y 137Cs, y los contenidos más altos en materia orgánica, carbono y nitrógeno orgánico (COS y N) fueron registrados en la parte alta del campo. Por el contrario, los contenidos de carbonato y de las fracciones >2 mm y arena del suelo están inversamente correlacionados con las características topográficas. Los patrones espaciales de las propiedades del suelo, 137Cs y los nutrientes indicaron que su distribución espacial está en relación con procesos físicos similares. La pérdida de 137Cs afecta aproximadamente al 70% de la superficie total del campo, lo que indica que la erosión del suelo predomina sobre los procesos de depósito. La pérdida del suelo está asociada a una disminución generalizada de los nutrientes en comparación a los inventarios de referencia. Las tasas de erosión y depósito derivadas de las medidas de 137Cs presentan unos valores medios de 19.7 Mg ha-1 yr-1 and 12.6 Mg ha-1 yr-1, respectivamente, estas tasas fueron utilizadas para calibrar el modelo WATEM/SEDEM. Las tasas de redistribución del suelo estimadas con WATEM/SEDEM y Mass Balance Model III (MBMIII) indicaron que el principal agente erosivo en el campo es el agua. La importante disminución de 137Cs, COS y N del suelo está asociada con la pérdida de suelo por escorrentía, con los cambios en el uso del suelo de forestal a cultivo y con las prácticas agrícolas. El laboreo favorece las condiciones del suelo necesarias para la neoformación de minerales magnéticos pedogenéticos y para la descomposición de la fracción más bioreactiva del carbono orgánico en las primeras capas del suelo. Los resultados de la modelización llevada a cabo utilizando el modelo SPEROS-C para evaluar los efectos de los cambios en el manejo del suelo sobre los stocks y flujos del COS indicaron que la mayor fuente de carbono exportado se produjo bajo prácticas de laboreo tradicionales, representando tres veces más que aquellos modelizados bajo mínimo laboreo. Esta tesis contribuye a mejorar el conocimiento que se tiene sobre los mecanismos que pueden explicar por qué las características del suelo, el uso del suelo y los procesos de redistribución son factores clave en el estado actual del suelo. Los resultados de esta investigación pueden ser utilizados para identificar aquellas zonas que requieran de la implementación de estrategias de conservación del suelo en agroecosistemas de montaña mediterránea.