Cálculo Del Carbono Orgánico En Los Suelos Ucranianos
Los días 6 y 7 de marzo de 2024, el equipo de EOSDA visitó el ESA SYMPOSIUM en Frascati, Italia. Lidiia Lelechenko, ejecutiva de ventas, y el Dr. Vasyl Cherlinka, edafólogo, presentaron la investigación realizada por el equipo científico de EOSDA.
La investigación se centró en el cálculo del contenido de carbono orgánico del suelo (SOC) en tierras ucranianas entre 2015 y 2020. El equipo buscó información de las muestras de suelo en los conjuntos de datos específicos, calculó el contenido de carbono y predijo sus niveles futuros para los próximos 20 años utilizando el modelo RothC modificado. Siga leyendo para conocer los resultados que obtuvieron.
| Problema | El equipo de EOSDA necesitaba datos históricos para calcular y predecir el potencial de carbono orgánico del suelo, pero la mayoría de ellos tenían muchas lagunas. |
| Solución | El equipo modificó el modelo RothC y calculó el contenido de SOC en el suelo ucraniano basándose en el conjunto de datos más completo. |
| Resultado | Se creó el mapa de SOC de Ucrania para los años 2015-2020. A continuación, el equipo predijo el contenido de SOC para los próximos 20 años basándose en cuatro escenarios diferentes. |
Descripción: Cambio Climático Y Captura De Carbono
Uno de los mayores retos a los que se enfrenta el ser humano en la actualidad es el cambio climático. Para abordarlo, se han puesto en marcha varias iniciativas internacionales destinadas a reducir el impacto humano sobre el clima, como la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (1992), el Protocolo de Kioto (1997), el Acuerdo de París sobre el Clima (2015) y el Pacto de Glasgow sobre el Clima (2021) .
Entre ellos, el Acuerdo de París es especialmente significativo porque compromete a los países a reducir las emisiones de carbono para mantener el calentamiento global por debajo de 1,5°C, un umbral crítico para evitar escenarios climáticos catastróficos. Si los países no cumplen sus promesas en virtud del Acuerdo de París, el aumento de las temperaturas globales provocará catástrofes naturales inevitables a finales de este siglo.
Aunque hay mucho debate sobre los métodos y el alcance de la reducción de emisiones, el papel de los suelos en la captura de dióxido de carbono está ampliamente reconocido. Recientemente, el potencial de los suelos agrícolas para secuestrar dióxido de carbono ha sido reconocido como una de las formas más rentables y respetuosas con el medioambiente de combatir el cambio climático. Explotar la capacidad de los suelos para absorber CO2 ayuda a mitigar el cambio climático y mejora la fertilidad del suelo. Esto se debe a que el aumento de materia orgánica en el suelo mejora su calidad y salud. Las prácticas sostenibles de gestión del suelo, como minimizar la labranza y evitar destruir y voltear las capas del suelo, reducen la descomposición de la materia orgánica y evitan la erosión causada por el agua y el viento. El conjunto de estas prácticas contribuye a aumentar o restaurar la fertilidad del suelo.
Sin embargo, evaluar el verdadero potencial de secuestro de carbono del suelo a escala nacional o a una escala mayor suele verse obstaculizado por la falta de datos de alta calidad sobre el contenido de carbono orgánico del suelo. Nuestro equipo científico recurrió a bases de datos y archivos del suelo ucranianos para recuperar los datos necesarios y evaluar si es posible crear un modelo de predicción del SOC para un territorio a gran escala como éste, con una vasta extensión de 45 millones de hectáreas de tierras agrícolas.
Problema: Lagunas En Los Datos De Suelo
En Ucrania, el principal reto a la hora de evaluar las reservas, la dinámica y el potencial de secuestro de carbono es la falta de datos. En la actualidad, existen unas cuantas fuentes potenciales para obtener datos sobre el contenido de SOC. Analicemos cada una de ellas con más detalle.
Algunas muestras de suelo recogidas entre 1957 y 2016 están almacenadas en el Centro Científico Nacional “Instituto de Investigación en Edafología y Agroquímica O. N. Sokolovsky” (NSC ISSAR) . Se utilizaron casi 4.000 muestras para crear la parte ucraniana del Mapa Global del Carbono Orgánico del Suelo, con una resolución de 1 km/pixel. El único problema era que el conjunto de datos era, en gran medida, inaccesible debido a la política del titular y el tamaño de la muestra era demasiado pequeño y anticuado para un análisis exhaustivo.
Se pueden encontrar otros datos en la Agencia Estatal de Geodesia, Cartografía y Catastro de Ucrania (StateGeoCadastre). Un estudio del suelo a gran escala realizado en Ucrania entre 1957 y 1961 dio como resultado un mapa del suelo que abarcaba el 75% del país, con una escala de 1:10.000 y basado en hasta un millón de muestras recogidas. Sin embargo, su inaccesibilidad debida a la política del titular y su formato no digital hace que los datos sean imposibles de utilizar.
El tercer conjunto de datos que podría utilizarse en esta investigación es una encuesta sobre el uso de productos químicos que se realiza cada cinco años y de la que actualmente se está llevando a cabo su 12ª ronda a pesar de la guerra en curso. El Instituto Estatal Ucraniano “Instituto de Protección del Suelo” (SI SPI) no permite el uso de sus datos debido a su política. Además, su formato no digital, la falta de georreferenciación en las muestras más antiguas y los datos agregados sobre grandes áreas en lugar de ubicaciones específicas presentan importantes obstáculos para la investigación.
El siguiente conjunto de datos potenciales estaba formado por la plataforma nacional de seguimiento de la Neutralidad de la Degradación de las Tierras Agrícolas (ALDN), creada por la Asociación Ucraniana por el Suelo (USP) con ayuda encuadrada en el marco de la ejecución del proyecto de la FAO financiado por el FMAM. Los datos incluyen 1.000 datos de perfiles de suelo de NSC ISSAR, 750 parcelas monitorizadas por el SI SPI, y 4.030 campos, con un total de 5.780 muestras de suelo recogidas en el periodo 2015-2020.
El quinto y último conjunto de datos potenciales podrían haber sido los datos internos de las explotaciones agrícolas y los agricultores. Este enfoque puede tener una gran perspectiva de futuro. Sin embargo, un posible problema podría ser que se necesitaría un sistema para agregar estos datos, lo que los haría poco prácticos para el análisis a gran escala.
Entre estas fuentes, la cuarta opción, la plataforma de seguimiento ALDN, parecía la más prometedora para obtener datos exhaustivos a escala nacional. Con políticas gubernamentales adecuadas, esta base de datos podría ampliarse considerablemente. Sin embargo, debido a la guerra en Ucrania, ahora no es una prioridad.
Solución: Modelo RothC Modificado
La modelización espacial del contenido de SOC en los suelos ucranianos se basó en un marco similar al utilizado por Tomislav Hengl y sus colegas para la serie de mapas SoilGrids y el Mapa Global del Carbono Orgánico del Suelo, pero con algunas simplificaciones . Por ejemplo, sólo se realizaron cálculos para la capa de arado de 0-30 cm, ya que era la única profundidad disponible en el conjunto de datos de entrenamiento.
Los modelos cartográficos se crearon utilizando el entorno estadístico R con una resolución de 250 metros por píxel. El proceso tenía cuatro pasos clave, empezando por la superposición de puntos de observación y covariables. En la creación de los modelos cartográficos se tuvieron en cuenta datos derivados del relieve, como la inclinación y la exposición de las laderas, la curvatura de la superficie, el índice de humedad topográfica, los datos agroclimáticos y otros factores. El segundo paso consistió en seleccionar el tipo de modelo para la previsión espacial. Para ello se utilizó el algoritmo Random Forest, implementado en el paquete R “ranger”.
El tercer paso fue la modelización del SOC para años específicos. Como el conjunto de datos elegido representaba datos de 2015 a 2020, los modelos se aplicaron para generar mapas de SOC para cada año dentro de este periodo. El último paso fue la creación de mapas de diferencias utilizados para identificar los cambios en los niveles de SOC a lo largo del tiempo.
El potencial de secuestro se evaluó utilizando una versión modificada del modelo EOSDA RothC del Manual Técnico 2020 de la FAO sobre el Mapa del Potencial Mundial de Secuestro de Carbono Orgánico del Suelo (GSOCseq) . Las mejoras de este modelo incluían cálculos algorítmicos más rápidos, la posibilidad de seleccionar varias resoluciones mediante remuestreo y la selección automática de factores de crecimiento de la biomasa refinados para diferentes tipos de tierras agrícolas en Ucrania.
Resultado: Mapa SOC De Ucrania
Se realizó un modelado espacial del contenido de SOC para visualizar los cambios espaciales y temporales desde 2015 hasta 2020. A pesar de la brevedad de esta serie temporal, los científicos de EOSDA ven un potencial significativo en la previsión de los niveles de carbono, especialmente teniendo en cuenta los recientes avances en la modelización.
El modelo de potencial de secuestro de carbono de los suelos de paisajes agrícolas que hemos obtenido nos permite establecer zonas en las que a veces ni siquiera las mejores prácticas de gestión garantizan la neutralización de las emisiones de carbono orgánico de los suelos.
Una vez completado este análisis, el equipo predijo el contenido de SOC en ese mismo territorio para los próximos 20 años jugando con cuatro escenarios diferentes. El escenario “Business as Usual” (BAU) muestra el contenido potencial de SOC en la capa superficial del suelo de 0-30 cm al cabo de 20 años con planteamientos conservadores de uso del suelo. Otros escenarios predicen aumentos bajos (SSM1 – 5%), medios (SSM2 – 10%) y altos (SSM3 – 20%) de secuestro de carbono. Los resultados de todos estos escenarios indican que Ucrania tiene un alto potencial de absorción de carbono y que, con la aplicación integral de prácticas progresivas de gestión del suelo, puede lograrse un impacto positivo significativo en la salud del suelo.
Perspectiva: Uso Del Modelo En El Futuro
Durante la investigación, el equipo tuvo que hacer frente a varios retos. El primero era la escasez de datos de perfiles de suelo distribuidos uniformemente para campos individuales o parcelas de seguimiento, tanto actuales como históricos. La georreferenciación de datos antiguos fue especialmente problemática y, a medida que el equipo se remontaba en el tiempo, había menos observaciones disponibles, lo que hacía que las lagunas temporales fueran más críticas que las espaciales. En el futuro, los científicos esperan que los datos se distribuyan de forma más uniforme.
Otro reto fueron los datos obsoletos y variados. Los datos históricos sobre los perfiles del suelo mostraban variaciones significativas debido a los distintos métodos y laboratorios utilizados. Por ejemplo, detectar cambios reales en el carbono orgánico del suelo a lo largo del tiempo era difícil cuando la relación señal-ruido era baja, especialmente en el caso de propiedades con poca dinámica temporal, como el contenido de humus. Se espera que en los próximos años se recopilen datos de mayor calidad a medida que mejore la tecnología.
El equipo también se enfrentó a problemas de verificación. Verificar los modelos espaciotemporales y predictivos de años anteriores fue casi imposible, especialmente en zonas ocupadas y donde hay combates. Una validación adecuada de los datos debería acelerar drásticamente la futura verificación de los modelos.
A pesar de los titánicos esfuerzos realizados, aún no se ha creado una tecnología innovadora barata, precisa y escalable para monitorizar el SOC y otros indicadores de la salud del suelo, por ello se sigue trabajando en esta dirección.
Sin embargo, hay que tener en cuenta la precisión de los datos y la imposibilidad de obtener resultados de modelos en zonas de combate, donde las actividades agrícolas no son viables. A pesar de estas limitaciones, los planteamientos generales siguen siendo sólidos. Pueden servir de base para recalcular los resultados en escenarios que impliquen la reconstrucción de Ucrania tras la guerra y el restablecimiento de su potencial agrícola.
Acerca del autor:
Kseniia Kunakh cuenta con más de 6 años de experiencia como redactora en diversos campos, como negocios, educación y medios de comunicación. Sus experiencias previas como directora de desarrollo en una ONG ecológica ucraniana y como reclutadora de talento en una empresa tecnológica la convierten en una combinación perfecta de persona apasionada por las innovaciones ecotecnológicas y capaz de comunicar sobre ellas con facilidad.
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