CARBONO ORGÁNICO EN SUELOS MODELADO DE LA DINÁMICA DEL CARBONO ORGÁNICO EN SUELOS USANDO INFORMACIÓN ISOTÓPICA: APLICACIÓN EN PASTIZALES FORESTADOS Esteban G Jobbágy – Marcos G Rizzotto Grupo de Estudios Ambientales – Instituto de Matemática Aplicada San Luis Universidad Nacional de San Luis & CONICET Gervasio Piñeiro – Jose M. Paruelo IFEVA, Facultad de Agronomía - Universidad de Buenos Aires & CONICET Robert B Jackson Department of Biology - Duke University, North Carolina

El problema metodológico El problema ecológico Suelo: 2100 Gton C Mas que atmósfera + biota componentes y dinámica? Que papel juega en el ciclo global del C? Como podemos favorecer el secuestro de C en el suelo? 750 Gton 500 Gton 2100 Gton (*) ? * jobbagy & jackson – 2000 Ecol Appl El problema metodológico Conjunto quimicamente heterogéneo Muchos procesos simultáneos Fácil medir cajas Difícil medir flujos…. Pero… experimentos “naturales” trazadores “naturales”

pastizal especies C3 y C4 (mezcla 50:50) menor discriminación de 13C forestación Eucaliptus sp. especie C3 mayor discriminación pastizales forestados de la pampa húmeda el “truco” del tiempo x espacio… Estudio en 4 sitios (pares de stands) 5 (pseudo)replicas por stand Suelo: 0-5-10-20-35-50-75-100 cm, mantillo y horizonte Oh (orgánico) densidad aparente [C] y [N] Carlo Erba Elemental Analyzer – [13C] y [15N] Finnigan MAT Delta Plus XL (DUKE UNIV)

Desafío: Conozco cambios en el stock de C (S), cómo puedo conocer ingresos (I), perdidas (P), tasas de renovación (1/k), Tras la perturbación (t0)? 1 prod primaria -aerea y subt- en estrato 1 -subt – en estrato >1 2 respiración 4 No hay transporte vertical 5 No hay erosión 6 Cambio instantáneo en t0 y valor constante luego para I, rI y k 7 Mezcla perfecta en S 8 No hay discriminación en el suelo Stock C orgánico del suelo (S) Ingresos (I) Perdidas (P) I, P, S corresponden a 12C+13C (Kg/m2) 13C/12C de estas variables se definen como rI, rP, rS 3 P = S*k

dS/dt = I – k S(t) dS*/dt = I* – k S*(t) Una solución analítica para representar el sistema Para 12C dS/dt = I – k S(t) En nuestro caso, para tiempo = 0 (establecimiento) y para tiempo = X (edad al muestreo) conocemos S y S* Además conocemos rI (I*/I) Queremos averiguar I y k, y así proyectar S en otras tiempo/condiciones rI = rS Para 13C dS*/dt = I* – k S*(t) Solución 100% analítica, exacta, sin parámetros ajustables

CASTELLI (50 años) GUERRERO (97 años) C orgánico en suelo - Kg C / m3 20 40 60 80 20 40 60 20 20 40 CASTELLI (50 años) 40 GUERRERO (97 años) Profundidad (cm) 60 60 pastizal (t=0) 80 forestación (t=50 o 97 años) 80 diferencias significativas p<0.05 100 100 100 -32 -28 -24 -20 -16 (rS y rI) ∂13C ‰ (rI) Profundidad (cm)

Aplicación del modelo Tiempo de renovación mas rápido en superficie Descenso de I en profundidad (en Guerrero 480, 219, 103, 42, 25 y 16 g/m3 por estrato) I es menor en Guerrero (monte de baja densidad sujeto a cosecha…) Muy bajos Ingresos respecto a los valores conocidos de producción En 0-20, I = 450-900 Kg C/Ha/año Productividad primaria neta aérea de aprox 5000 Kg C/Ha/año Biomasa raíces (<0.5 cm diámetro) 4500 Kg. C/Ha/año Tiempo de renovación mas rápido en superficie Valores similares en ambos sitios Estrato Ingreso (I) t renov. (1/k) (cm) (KgC/Ha/año) (años)   Castelli Guerrero 0-5. 477 240 106 80 5-10. 147 109 181 194 10-20. 276 103 242 206 20-35. NC 63 144 35-50. 38 117 50-75. 41 236 75-100.

El problema del error (2-3 meses de trabajo…) La estimación del error por “propagacion de errores” y por “acotacion” arroja valores 2-3 ordenes de magnitud mas altos que el valor de los parámetros I y k. OJO: Medimos independientemente el carbono total (13C + 12C) y su composición (13C:12C) Se propone la búsqueda de una banda de error a partir de la aplicación del modelo a todas las trayectorias posibles entre pares de muestras individuales para la situación inicial y final (todos contra todos) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 20 40 60 80 100 120 140 1/k I 5-5 5-4 4-4 2-4 2-5 4-5 1-4 3-4 -2000 -1000 1000 2000 3000 I = 497±90 1/k = 255±800 I = 512±10 1/k = 84±23 Se remueven X-4 y X-5

Conclusiones y pasos a seguir Las forestaciones mantienen o aumentan ligeramente el C del suelo Se detectan cambios isotópicos (0-20 cm en 50 años, 0-75 en 100 años) Modelo de “una caja” como primer paso: capaz de representar sistemas simples capaz de identificar erosión o lixiviación cuando son importantes (entre otros supuestos fallidos) En forestaciones permitió calcular ingresos y tasas de renovación Ingresos bajos en relación a productividad (<10%). explicables por herbivoría o saprofitismo? fracción lábil (1/k < 50 años) con pobre transferencia a fracciones estables? Las forestaciones no serian muy efectivas secuestrando C en el suelo Ingresos (I) Perdidas rápidas (P r) (S r) rapida (S l) lenta Perdidas lentas (P l) k1 k2 k3 transferencia Modelo de dos cajas (solución analítica disponible – sin parametros ajustables)

jobbagy@unsl.edu.ar rizzotto@unsl.edu.ar Fin!

∂15N ‰ ∂15N ‰ depth (cm) depth (cm) 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 9 20 20 40 20 20 40 40 depth (cm) 60 60 80 80 100 Castelli (50 years) Guerrero (97 years) 100 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 9 20 20 40 40 depth (cm) 60 60 grassland 80 80 tree plantation 100 America (48 years) 100 Chascomus (48 years)