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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

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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! vpicasso@gmail.com