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Agroecosistemas y sus servicios ecosistémicos
Ing. Agr. Ph.D. Valentín Picasso
Depto. Sistemas Ambientales
Facultad de Agronomía
Universidad de la República, Uruguay
1
2 2
Temas
• Agroecosistemas en Uruguay
• Servicios (e impactos) ecosistémicos
• Aplicación a los agroecosistemas ganaderos pastoriles
• Múltiples servicios y compromisos
• Resiliencia y estabilidad
2
3
4
ATRIBUTO ECOSISTEMA AGROECOSISTEMA
OBJETIVO NINGUNO UTILITARIO
RESPONSABLE NADIE AGRICULTOR
FUENTE DE ENERGÍA SOLAR SOLAR + ARTIFICIAL
BIODIVERSIDAD ALTA BAJA
PRODUCTIVIDAD BAJA ALTA
BIOMASA ALTA MEDIA
FLUJO DE NUTRIENTES CERRADO ABIERTO
OCUPACIÓN DE NICHOS ALTA BAJO
LIXIVIACIÓN DE NUTRIENTES BAJA ALTA
ESTABILIDAD ALTA BAJA
RESILIENCIA ALTA BAJA
ECOSISTEMAS vs. AGROECOSISTEMAS
(Sarandón, 2002)
5 5
Agroecosistemas
• Agroecosistemas son ecosistemas con un objetivo de producción (“una población de interés agrario”).
• Ocupan casi todo el territorio nacional.
• Gran importancia económica.
• Cambios recientes (intensificación).
5
6 6
Exportaciones de Uruguay
Elaborado en base a datos de Uruguay XXI
7 7
PBI por sectores (%)
Elaborado en base a datos de BCU
8 8
Los agroecosistemas…
• Son responsables del 75% de las exportaciones.
• Representan más del 25% del PBI.
• Multiplican por 6 en el resto de la economía, incluyendo empleos.
• No concentran más que los otros sectores (industria y servicios).
9 9
Evolución del área agrícola
Elaborado en base a datos de DIEA
10 10
Importaciones de agroquímicos
Elaborado en base a Anuario OPYPA 2012
11 11
Praderas (% área cultivos)
Anuario Opypa, 2012
12 12
Área forestal
Anuario Opypa, 2012
13 13
Cambios en el uso del suelo
• Expansión agrícola (aumento del área).
• Intensificación agrícola (aumento de fase de cultivos en rotación, agricultura continua y uso de insumos).
• Veranización (aumento de cultivos de verano).
• Sojización (soja principal cultivo).
• Reducción de la diversidad sembrada.
• Forestación.
14 14
Evolución del área de pastoreo
Elaboración propia en base a datos DIEA
15 15
15
16
Área de pastizales
naturales en Uruguay
(Baeza et al. 2012)
17 17
Evolución stock vacuno y ovino
Elaboración propia en base a datos DIEA
18 18
Establecimientos de encierro a corral (feedlots)
82 establecimientos
190.000 animales
(DINAMA, 2013)
19 19
Cambios en Ganadería
• Reducción del área de campo natural y praderas sembradas
• Aumento del uso de granos en alimentación animal (estratégico y estructural)
• Intensificación (carga e insumos)
• Menos sistemas agrícola-ganaderos.
• Más sistemas encierros a corral (feedlots)
• Nuevos sistemas silvo-pastoriles (ganado en forestación).
20 20
Temas
• Agroecosistemas en Uruguay
• Servicios (e impactos) ecosistémicos
• Aplicación a los agroecosistemas ganaderos pastoriles
• Múltiples servicios y compromisos
• Resiliencia y estabilidad
20
21 21
Servicios agro-ecosistémicos
1. Producción de alimentos.
2. Reducciones en impactos ambientales. – Fijación (- huella) de carbono.
– conservación (- erosión) de suelos
– suministro de agua potable • - eco-toxicidad de pesticidas
• - eutrofización
– hábitat (o - pérdida) de biodiversidad.
3. Estabilidad y resiliencia (largo plazo).
21
22 22
Servicios agro-ecosistémicos
Alimentos saludables
Energía
Agua de calidad
Fijación de Carbono
Conservación del Suelo
Hábitat para Biodiversidad
Resiliencia y estabilidad 22
23 23
Temas
• Agroecosistemas en Uruguay
• Servicios (e impactos) ecosistémicos
• Aplicación a los agroecosistemas ganaderos pastoriles
• Múltiples servicios y compromisos
• Resiliencia y estabilidad
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24 24
25 25
Sistemas de alimentación de Ganado de carne n Uruguay
25 SOWN PASTURES
NATURAL GRASSLANDS
FEEDLOTS
26 26
Sistemas ganaderos de carne en Uruguay
Recría
Cría
Pastures Campo natural
Feedlot
Terminación
Campo natural
Pasturas
150 to 350 kg
350 to 500 kg
Campo natural
Pasturas
27 27
Sistemas estudiados
• 15 combinaciones (3 x 5): – 3 cría
• Baja performance
• Intermedios
• Alta performance
– 5 recría e invernada • Campo natural – campo natural
• Campo natural – pasturas
• Campo natural - feedlot
• Pasturas – pasturas
• Pasturas - feedlot
27
28 28
Picasso et al., Meat Science, 2014
29 29
Análisis de Ciclo de Vida
• Unidad funcional: kg de peso vivo animal
• Inventarios de insumos
• “Emisiones” para cada insumo y proceso
• Factores de caracterización
• Suma y ponderación
29
30 30
Huella de Carbono
Es la cantidad total de gases de efecto invernadero emitidos por efecto directo o indirecto de un producto, individuo, o país.
31 31
Ganadería es responsable del 14 al 18% de las
emisiones de gases de efecto invernadero (FAO
2006, 2013)
32 32
66%14%
17%
3%
Emisiones Nacionales (CO2 eq.)
GANADO
CULTIVOS/ARROZ
ENERGÍA/TRANSPORTE
DESHECHOSDESECHOS
Emisiones de Gases de efecto invernadero en Uruguay (2004)
DINAMA (2010)
33 33
• Fermentación entérica (CH4)
• Manejo del estiércol (CH4, N2O)
• Cambio en uso del suelo (CO2)
• Fertilizantes y suelos (N2O, CO2)
• Uso de combustible fósil (CO2)
33
Emisiones de la ganadería
34 34
Factores de caracterización
• CO2
• CH4
• N2O
• CO2 equivalente = CO2 + CH4*25 + N2O*298
(Global Warming Potential, GWP)
• CO2 equivalente = CO2 + CH4*4 + N2O*265
(Global Temperature Potential, GTP)
Picasso et al., Meat Science, 2014
37 37
Trade-offs
37
Picasso et al., Meat Science, 2014
38 38
Experimento de Rotaciones INIA La Estanzuela, 1963-2013
39 39
Dinámica del Carbono en Suelo
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
1963 1967 1971 1975 1979 1983 1987 1991 1995 1999 2003
Years
Org
an
ic C
arb
on %
System 1
System2
System 5
System 7
Rotación 3 años de cultivos y 3 años de pasturas
Agricultura continua sin fertilizantes
Agricultura continua con fertilizantes
Rotación 2 años cultivos y 1 año pasturas
Díaz, R. 2006. INIA Estanzuela
40 40
Fijación de carbono potencial
Fijación de C Reducción en Huella de carbono
C.ha-1.yr-1 GWP GTP
100 17% 44%
… … …
600 103% 263%
40
• Balance neto puede llegar a ser negativo. • Variables: tipo de pastura, composición de especies,
intensidad de pastoreo, tipo de suelos, etc.
Picasso et al., Meat Science, 2014
41 41
Erosión de suelos
• Pérdida de productividad
• Mayor requerimiento de fertilizantes
• Efecto estructura del suelo
• Contaminación de aguas superficiales
• Contaminación de aguas subsuperficiales
• Solución de manejo: rotación y tecnología
42 42
Pérdida de productividad (CONEAT) en función de suelo perdido
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100
Re
du
cció
n d
el In
d. C
ON
EA
T
(%)
horizonte A perdido (%)
García Préchac y Durán, 1999
R² = 0.8924
43 43
Planes de suelos (RENARE, MGAP)
• Obligatorio presentar plan para chacras de más de 100 ha de agricultura.
• Cálculo de la erosión de la rotación en base a Ecuación de Erosión validada en investigación nacional.
• Superficie de cultivos de invierno: 522.144 has (98%) al 31/5/2013
• Superficie de cultivos de verano: 764.000 has (75%) al 18/11/2013
• Control y fiscalización
44 44
Rendimiento
(kg/ha)
Fertilizantes
(kg/ha)
Otros
agroquímicos
(kg/ha)
Pasadas
de
maquinaria
Energía
(MJ/kg)
Girasol 1120 150 9 5 7,2
Trigo 2842 250 5 5 5,1
Maíz 4000 250 8 7 4,4
Sorgo 3800 200 13 5 2,0
Cebada 2245 200 5 5 5,6
Avena 2000 100 1 5 3,7
Soja 2128 250 5 8 7,8
Llanos, Astigarraga, Jacques, Picasso. 2013 . Agrociencia
Costo energético Energía
45 45
Trade-offs
45
Consumo de Energía fósil
Picasso et al., Meat Science, 2014
46 46
Aguas
• Contaminación por fuentes “difusas” agropecuarias (erosión, efluentes) representan el 80% en Cuenca del Santa Lucía.
• Control de erosión, control de fertilización con fósforo, áreas buffer.
• Problema de largo plazo.
47 47
48 48
Uso del agua
DINAMA (2013)
49 49
Trade-offs
49
Calidad de Agua - Potencial de eutrofización: Exceso de Nutrientes
Picasso et al., Meat Science, 2014
50 50
50
Hábitat para la Biodiversity
51 51
Trade-offs
51
Impacto en Biodiversidad (ICP)
Picasso et al., Meat Science, 2014
Impactos ambientales relativos de sistemas de producción de carne (recría e invernada) en Uruguay
52
Natural grasslands - Natural grasslands Natural grasslands – Sown pastures Natural grasslands – Feedlot (= 100) Sown pastures- Sown pastures Sown pastures- Feedlot
Carbon Footprint
Fossil energy Use
Soil Erosion
N Balance
P Balance
Pesticide risk
Modernel, Astigarraga, & Picasso, 2013
53 53
Compromisos (trade-offs)
53
Picasso et al., Meat Science, 2014
54 54
Impactos ambientales
54
Picasso et al., Meat Science, 2014
55 55
Picasso et al., Meat Science, 2014
56
El desafío futuro para los agroecosistemas ganaderos pastoriles: manejo de la intensidad del pastoreo
57
Soca et al 2012
58 58
Carvalho et al., 2008
Intensificación ecológica de sistemas ganaderos pastoriles
Boundary of livestock systems based on natural grasslands
59 59
Temas
• Agroecosistemas en Uruguay
• Servicios (e impactos) ecosistémicos
• Aplicación a los agroecosistemas ganaderos pastoriles
• Múltiples servicios y compromisos
• Resiliencia y estabilidad
59
60
Biodiversity (e.g., Species richness)
Ecosystem function
(e.g., Biomass Productivity)
Biodiversdad y funcionamiento ecosistémico
61 61
61
61
• 52 combinations of 8 perennial species
– No crop
– 8 Monocultures
– 2-sp
– 3-sp
– 4-sp
– 6-sp
– 8-sp (all)
PhD Research
Experiment
62
62
0
700
1400
0 2 4 6 8
0
700
1400
0 2 4 6 8
0
700
1400
0 2 4 6 8
0
700
1400
0 2 4 6 8
Seeded species richness
0
500
1000
0 4 8
Seeded Richness
Bio
mass (
g.m
-2)
Boone,One cut(.10)Boone,Three cuts(.13)Ames, One cut(.07)Ames,Three cuts(.19)
0
500
1000
0 4 8
Seeded Richness
Bio
mass (
g.m
-2)
Boone,One cut(.10)Boone,Three cuts(.13)Ames, One cut(.07)Ames,Three cuts(.19)
0
500
1000
0 4 8
Seeded Richness
Bio
ma
ss (
g.m
-2)
Boone,One cut(.10)Boone,Three cuts(.13)Ames, One cut(.07)Ames,Three cuts(.19)
0
500
1000
0 4 8
Seeded Richness
Bio
mass (
g.m
-2)
Boone,One cut(.10)Boone,Three cuts(.13)Ames, One cut(.07)Ames,Three cuts(.19)
14
7
14
7
14
7
14
7
Bio
mas
s yi
eld
(to
ns.
ha-1
)
Picasso et al., 2008, Crop Sci.
64 64
64
La diversidad de especies en agroecosistemas de pasturas perennes …
• Aumenta la productividad de biomasa
• Reduce la invasion de malezas (Resistencia biótica)
• Aumenta la estabilidad de la producción
• Aumenta la consistencia y confiabilidad de la productividad
Picasso et al., 2008, Crop Science Picasso et al., 2011, Ren. Agr. and Food Syst.
Picasso et al., 2010, Grasslands Science
65 65
Resiliencia
Productivity
Time (years)
65
66 66
“Robustez” como estimador
Robustez = A / B
Productividad
66
B
A
B
A
Menos robusto (A/B = 0.3)
Más robusto (A/B = 0.7)
Time
Picasso et al. (2011 & 2013)
67 67
Robustez en predios ganaderos
67
Regresson para
Robustez
Preñez Ingreso
Sign R2 Sign R2
Área pasturas mejoradas (%) + 0.38 NS
Carga ovina (LU.ha-1) - 0.60 + 0.36
Carga total (LU.ha-1) NS + 0.69
Relación lanar vacuno - 0.65 NS
Parición vacuna (%) + 0.53 NS
Productividad ovina (kg.ha-1) NS + 0.67
Productividad carne total (kg.ha-1) NS + 0.49
Picasso et al. (2013)
68
Sensibilidad y
capacidad
adaptativa de
agroecosistemas al
cambio y
variabilidad
climática
FAO
MGAP
CIRCVC – EI – UDELAR
69 69
Mensajes clave
1. Agroecosistemas son ecosistemas con un objetivo de producción, y ocupan casi todo el territorio nacional.
2. Los servicios ecosistémicos de los agroecosistemas pueden medirse como reducciones en impactos ambientales.
3. La fijación de carbono de los agroecosistemas pastoriles puede cambiar el tamaño y el signo de la huella de carbono.
4. Múltiples servicios (e impactos) de alcance local deben ser considerados como conservación (erosión) de suelos, suministro de agua potable (eco-toxicidad de pesticidas y eutrofización), y hábitat (o pérdida) de biodiversidad.
5. Agroecosistemas ganaderos pastoriles con un manejo mejorado del pastoreo aportan más servicios ecosistémicos que agroecosistemas ganaderos basados en granos.
6. Es necesario profundizar en los servicios de largo plazo como estabilidad y resiliencia.
69
70 70
Agroecosistemas sustentables proven servicios ecosistémicos para las generaciones futuras…
70
Muchas gracias! [email protected]