Mass-balance modeling and measurements to study ghg mitigation strategies using energy cropping systems under humid mediterranean climate

Resumen

La agricultura se enfrenta a un doble reto: mantener la seguridad alimentaria parauna población mundial cada vez más numerosa, y evitar en lo posible las pérdidas denitrógeno (N) que conllevan problemas ambientales entre los que se engloba la emisión degases de efecto invernadero (GEI). Por otra parte, la agricultura tiene el potencial decontribuir a la seguridad energética mediante el uso de productos y sub-productos con finesenergéticos. Además, la bioenergía podría desempeñar un papel fundamental para lamitigación del cambio climático, si se evita la conversión de ecosistemas con alta densidadde carbono (C) y se implementan mejores prácticas en la gestión del suelo. Sin embargo, lasmetodologías utilizadas para evaluar su impacto actualmente presentan limitaciones,conduciendo a conclusiones variadas sobre el potencial de mitigación de losbiocombustibles.El objetivo general de esta tesis fue el desarrollo de una metodología que integramodelización y análisis de ciclo de vida para evaluar estrategias de mitigación de GEI enrotaciones de cultivos en las que se incluyen cultivos energéticos para la producción debiocombustibles. Para alcanzar este objetivo, se han llevado a cabo estudios a diferentesescalas de análisis, cada una de ellas siendo integrada en la siguiente.Mediante un ensayo de fertilización con N y azufre (S) en campo sobre una rotacióntrigo-colza-trigo se ha estimado la mineralización neta de cada cultivo usando el método delbalance de nutrientes. Se observó una mineralización neta positiva de N para todos los ciclosde cultivo y la mayor mineralización se encontró tras el cultivo de colza. Los resultados deeste ensayo indicaron que la colza como cultivo precedente causa una mayor mineralizaciónneta que hay que considerar a la hora de fertilizar.Basándose en diferentes ensayos de campo sobre balances de N, y teniendo encuenta algunos de los principios utilizados para la modelización del balance de masas del Nse ha desarrollado un modelo (SIMSNIC) que simula los flujos mensuales de N en el sistemasuelo-planta dependiendo de las características del sitio y las prácticas de manejo. El uso deeste modelo ha proporcionado hipótesis sobre medidas de mitigación que sería interesanteevaluar en campo. Así, mostró que se podrían reducir las emisiones mediante el empleo dedosis menores de fertilizante, la utilización de fertilizantes orgánicos, la aplicación del purínsin inyección, y empleando técnicas de no laboreo. Por ejemplo, un aumento de la dosis de N(de 150 a 200 kg N/ha) solo mejoró el rendimiento de trigo en un 3-7% mientras que aumentó las emisiones de N2O en un 54-100%. Además, proporciona información sobre losefectos colaterales de implementar políticas que se centran en reducir una sola forma de N.Se han evaluado otros modelos más complejos (DNDC y UK-DNDC) que permiten lasimulación de las pérdidas de N bajo un gran número de cultivos y condiciones edafoclimáticascon una resolución temporal mayor. Estos modelos no fueron capaces de simularlas emisiones de N bajo condiciones específicas de clima (clima Mediterráneo húmedo yclima inusualmente seco en Reino Unido). Los resultados de estos capítulos sugieren unanecesidad de más ensayos así como una estandarización de los métodos de calibraciónexistentes para el modelo.Finalmente, se ha desarrollado un enfoque alternativo que integra los resultados delmodelo SIMSNIC dentro de un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) de biocombustibles y quepermite estudiar el efecto de las interacciones entre el clima, el suelo y el manejo sobre lasostenibilidad en la producción de los mismos. Los resultados de esta tesis indican que laproducción y uso de biocombustibles reduciría de media un 40% el potencial decalentamiento global comparado con los combustibles fósiles con una gran variabilidaddebida principalmente a la influencia de las diferentes condiciones de manejo de los cultivossobre las emisiones de N2O.