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Introducción
Los suelos tienen múltiples funciones en beneficio del ambiente, que pueden utilizarse dentro de un marco de toma de decisiones, para el desarrollo de políticas públicas para su preservación o incremento (Schulte et al., 2015). En especial, el secuestro de carbono en los suelos mejora su calidad y mantiene la fertilidad, al mejorar su estructura, capacidad de retención de humedad y nutrimentos, así como al reducir la erosión, entre otras funciones (Brady y Weil, 2002). La pérdida de materia orgánica del suelo (MOS) reduce la productividad agrícola y forestal e incrementa los problemas relacionados con la seguridad alimentaria (Lal, 2004). Al incrementar la MOS se mantiene o aumenta la fertilidad, se incrementa la productividad y, al mismo tiempo, se aumenta mitigación del CO2 atmosférico al secuestrarlo en el suelo, con lo que se generan esquemas de “ganar-ganar” entre seguridad alimentaria y cambio climático (Smith y Powlson, 2003; Saynes et al., 2012). El conocimiento de los inventarios de carbono en los suelos es un primer paso hacia el establecimiento de estrategias para su conservación, al menos.
Estimaciones del carbono orgánico de los suelos a escala global
Para el desarrollo de estrategias y políticas de acción para el manejo del carbono orgánico del suelo (COS), es necesario, primero, conocer su estado actual (¿en dónde estamos?), así como la evolución temporal y espacial de ganancias o pérdidas (¿cuáles son las tendencias?). Con el conocimiento del COS en los diferentes usos del suelo/tierra es posible modelar escenarios de cambio de uso del suelo y analizar sus impactos (González et al., 2014). En relación al cambio climático, las simulaciones de la dinámica del COS con modelos, muestran que este almacén es poco sensible (Smith, 2012), pero no para el caso de cambios de uso del suelo o de implementación de prácticas mejoradas de manejo.
A escala global, para el primer metro de profundidad, existen diferentes estimaciones del carbono en los suelos: 1576 Pg C (Eswaran et al., 1993), 1462-1548 Pg C (Batjes, 1996), 1502 Pg C (Jobbagy y Jackson, 2000); 1416 Pg C (Carré et al., 2010), 1417 Pg C (Hiederer y Köchy, 2011). Scharlemann et al. (2014) analizaron 27 estimaciones publicadas entre 1951 y el 2011, con un intervalo de 504 a 3 000 Pg C y una mediana de 1460 Pg C. Asimismo, Todd-Brown et al. (2013) estimaron un nivel de confianza del 95% para el intervalo de 890 a 1660 Pg C. Las estimaciones anteriores han permitido que algunos organismos internacionales adopten un valor de 1500 Pg C para el primer metro de profundidad (IPCC, 2000; FAO, 2001). Para el caso de la profundidad de 0 a 30 cm, recomendada por el IPCC (2003, 2006) para realizar los inventarios de gases de efecto invernadero (GEI), el COS es de alrededor del 50% del valor estimado para el primer metro de profundidad (Batjes, 1996; Hiederer, 2009; Carré et al., 2010; Hiederer y Köchy, 2011). No obstante, estudios recientes muestran que para el primer metro el carbono es de 1915 Pg C y para la profundidad de 0 a 30 cm de 1199 Pg C, mayores que las estimaciones previas a esta profundidad de 30 cm (FAO e ITPS, 2015).
Con relación a las pérdidas de carbono en los suelos, las estimaciones son variadas (40 a 537 Pg C año‑1), con un promedio de 223 Pg C año-1 (FAO e ITPS, 2015).
Estimaciones de otros almacenes de carbono en ecosistemas terrestres a escala global
Para tener una perspectiva del carbono en los suelos en relación a otros almacenes, en la atmósfera se estiman reservorios de 720 Pg C (Falkowski et al., 2000) a 820 Pg C (Mackey et al., 2013) y en la biomasa viva y muerta de 456 Pg C (Carré et al., 2010) a 500 Pg C (Ruesch y Gibbs, 2008). Estas estimaciones ponen en perspectiva el almacén del carbono en los suelos, siendo el más importante en los ecosistemas terrestres.
De las estimaciones recientes (FAO e ITPS, 2015) del carbono en los suelos y en la biomasa, sobresale que los suelos almacenan de la mitad a más de dos terceras partes del carbono en los ecosistemas terrestres, particularmente en la clase no bosque. Además, el carbono en la clase no bosque (p. ej.: pastizales, matorrales, agricultura y otras clases) es de alrededor del 40% de todo el carbono en los ecosistemas terrestres, enfatizando la necesidad de realizar estimaciones de los almacenes de carbono más allá de los bosques y el requerimiento de desarrollo de políticas públicas multi-sectoriales, que consideren al paisaje rural como un todo y no fragmentado en bosque y no bosque.
Metodologías de estimación del carbono en los suelos
Para poder mejorar las estimaciones del carbono en los suelos, al agruparlos por propiedades/funciones similares (Kern, 1994), se ha utilizado la taxonomía de suelos (Kern, 1994; Amundson, 2001; Tomlinson y Milne, 2006; Yu et al., 2007) y la clasif icación por ecosistemas/usos del suelo (Kern, 1994; Amundson, 2001; Tomlinson y Milne, 2006). Los resultados obtenidos con los dos enfoques de agrupación, arrojan resultados similares, donde los autores argumentan diferentes ventajas asociadas a interpretación y manejo de los resultados (Kern, 1994; Amundson, 2001).
Con relación a la distribución espacial del COS, las estimaciones se han realizado por diferentes técnicas, que van desde el uso del análisis multivariado (Meersmans et al., 2008; Hiederer, 2009), hasta técnicas más complejas que combinan análisis de regresión con modelación de la variabilidad espacial del carbono en los suelos (Martin et al., 2015). El COS muestra una alta variabilidad espacial (Post et al., 2001) que puede caracterizarse mediante técnicas geoestadísticas (Goovaerts, 1999, 2001) o técnicas multifractales (Paz et al., 2008, 2009 y 2010a), de las que estas últimas tienen la ventaja de modelar la variabilidad espacial y el efecto de escala en forma unificada. El uso de técnicas multivariadas y geoestadísticas se ha extendido para caracterizar la distribución tri-dimensional del carbono en los suelos (Mishra et al., 2009; Meersman et al., 2009; Kempen et al., 2011).
Las estimaciones espaciales del COS requieren de mayor capacidad de análisis y proceso, con relación al uso de las técnicas simplificadas propuestas por el IPCC (2006) en su nivel 1 (tier, en inglés) que usa valores por defecto y datos estadísticos agregados. No obstante, Carré et al. (2010) mostraron que las estimaciones con nivel 1, profundidad de 0 a 30 cm, generaron estimaciones de únicamente 7.3% más COS en relación a las estimaciones espaciales, lo que concuerda con ejercicios en México de estimaciones mediante el uso de modelos y el nivel 1 del IPCC (González et al., 2010)
Dado que el COS proviene, fundamentalmente, de la descomposición del material vegetal, la relación entre el carbono en el almacén del suelo y el de la biomasa no muestra patrones de correlación significativos (Amundson, 2001). Esto puede deberse a la comparación de los almacenes en estados transitorios, particularmente en la dinámica del COS (Sanderman y Baldock, 2010). Cuando se usan condiciones de equilibrio o estado estacionario, Covaleda et al. (2013) muestran relaciones lineales, estadísticamente significativas, entre el almacén de carbono en el suelo y el de la biomasa. Aun con estos hallazgos, la información disponible del COS en México (Etchevers, 2013) y otras partes del mundo, no permite determinar su condición dinámica (estacionaria o no), además de la situación que es más la excepción que la regla, de contar con datos co-localizados de ambos almacenes.
Para poder documentar las diferentes estimaciones y sus hipótesis, en este trabajo se revisan los diferentes ejercicios realizados en México para la estimación del carbono orgánico en los suelos de los ecosistemas terrestres; además, se generan nuevas estimaciones para actualizar los patrones temporales del COS, mediante hipótesis similares a las que se usaron para los inventarios del COS para la Evaluación de Recursos Forestales Mundiales de la FAO en el 2010. En una perspectiva de relacionar las estimaciones de la textura del suelo con el COS para reducir las incertidumbres, se discute esta relación, para definir límites en las estimaciones.
Inventarios de Carbono Orgánico de los Suelos de México
El carbono orgánico de los suelos (COS) en términos de densidades se estima de la siguiente Ecuación 1:
(1)
donde COS está en Mg C ha-1, DA es la densidad aparente en Mg m-3, P es la profundidad en metros, FG es el porcentaje de fragmentos gruesos (>2 mm), COSp está en porcentaje y 100 es un factor de conversión de unidades.
Las tendencias de cambios del COS requieren de mediciones en un mismo punto geográfico en diferentes tiempos, aunque es difícil detectar cambios en tiempos cortos (Post et al., 2001; Schrumpf et al., 2011). En los inventarios realizados en México, los cambios del COS se asocian a cambios en los usos del suelo y vegetación (USyV) definidos en los mapas generados por el INEGI, con la clasificación taxonómica del INEGI (1997). Esto es, se parte de la hipótesis de que los factores de emisión (densidades del COS) son los mismos para todas las clases de uso del suelo y vegetación y, que las variaciones se deben solamente a cambios en las clases de USyV (datos de actividad).
En lo general, a menos que se defina lo contrario, el método analítico de estimación de la materia orgánica de los suelos en México es el de Walkley-Black (Walkley y Black, 1934; Walkley, 1947). Para obtener el COS a partir de la MOS se asume una recuperación del 76%, por lo que el 58% de la MOS es COS. Las recuperaciones son función del uso del suelo, textura y profundidad de la muestra (Lettens et al., 2007), por lo que los valores del COS de muestreos en diferentes tiempos pueden generar estimaciones diferentes. En ejercicios realizados en México (Padilla et al., 2012), la recuperación promedio obtenida es del 76%, por lo que la estimación del COS por el método de Walkley-Black se considera consistente; con excepción de suelos con carbonatos libres.
Inventario de Segura et al. (2004)
Uno de los primeros inventarios del COS en México fue el realizado por Segura et al. (2004) a partir de los datos generados por SEMARNAT-CP (2002). En este trabajo se utilizaron 4583 muestras a una profundidad de 0 a 20 cm, distribuidas en el territorio nacional (Figura 1). La densidad aparente se estimó con el método de la parafina y solo en 1843 muestras del total. El resto de las DA se estimaron a partir de estos valores. No se consideraron los fragmentos gruesos, por lo que se supuso FG = 0 en la Ecuación (1).
Con los datos de las muestras de carbono orgánico se interpolaron los valores a una malla de 5 × 5 km usando el método del inverso de la distancia. Este método es de tipo global, por lo que las estimaciones son dependientes de la configuración geométrica de las muestras, lo que produce mapas con efectos de anomalías en valores altos del COS (“bull eyes”, en inglés) (Goovaerts, 1997).
Para realizar los inventarios del COS, las superficies de las clases de USyV, con los valores promedio de COS asociados, se agruparon por estado, región ecológica, uso del suelo y, grado de influencia del hombre, lo que generó estimaciones del COS (FG = 0 en la ecuación 1) a la profundidad de 0 a 20 cm de 10.5 a 10.7 Pg C. En este trabajo se presentan algunos valores de las densidades de carbono (Mg C ha‑1) para algunos tipos de uso del suelo y vegetación.
Inventario de Etchevers et al. (2006)
Usando la misma base de datos que Segura et al. (2004), Etchevers et al. (2006) generaron un mapa nacional de distribución del COS (FG = 0 en la ecuación 1) mediante el método del kriging de geostadística (Goovaerts, 1997). Este método de interpolación global genera anomalías similares al del inverso de la distancia, aunque su error de estimación es menor.
En este trabajo se muestran densidades de carbono por unidad/subunidad de suelo y no se presentan estimaciones globales del COS de México.
INEGEI de la tercera comunicación de México ante la CMNUCC
Como país No. Anexo I, México reporta inventarios nacionales de emisiones de gases efecto invernadero (INEGEI) en forma voluntaria ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático (CMNUCC). Los primeros dos INEGEI de México se realizaron con valores de densidades de carbono por defecto (nivel 1 del IPCC) y estadísticas de uso del suelo nacionales (de Jong, 2012). El tercer INEGEI se desarrolló, por primera vez, con información de datos de COS (FG = 0 en la ecuación 1) nacionales (de Jong et al., 2006 y 2010a).
Para el COS, el INEGEI se abordó con diferentes aproximaciones en función de la información disponible. Por un lado, los datos del Inventario Nacional Forestal y de Suelos (INFyS) de la CONAFOR estaban en proceso y no disponibles, por lo que las estimaciones de la biomasa se realizaron con el inventario de la SARH (1994), para el año base 1993. Para el caso del suelo, los datos del estudio SEMARNAT-CP (2002) estaban disponibles, así como datos de perfiles de suelo con mediciones de materia orgánica (INEGI, 2004), con diferentes fechas de muestreo.
En una primera aproximación al INEGEI se analizaron 9549 perfiles de suelo con fechas de muestreo alrededor del año 1993 (Balbontín et al., 20041) y se revisaron sus patrones en relación a los tipos de suelo (FAO 68), climas y USyV, generándose estadísticas del COS (en porciento) por tipo de vegetación y ecorregiones de Norteamérica.
Si se considera que el IPCC (2006) recomienda estimaciones del COS a la profundidad de 0 a 30 cm y que los datos de SEMARNAT-CP (2002) tienen una profundidad de muestreo de 0 a 20 cm, en la segunda aproximación (Balbontín et al., 20052) se expandieron estas estimaciones a la profundidad de 0 a 30 cm usando el modelo lineal:
(2)
Para realizar las estimaciones, se utilizó la base de perfiles de suelo del INEGI (2004) y se seleccionaron 4248 perfiles para estimar las constantes a y b. Los análisis se realizaron por tipo/subtipo de suelo mediante el uso de la clasificación de FAO 68 (INEGI, 2002), Figura 2.
Otro punto que se consideró en la segunda aproximación, fue el hecho de que los datos de SEMARNAT-CP (2002) solo contenían la densidad aparente en 1820 muestras. Para solucionar este problema, los datos existentes de DA se agruparon por tipos/subtipos de suelo de acuerdo a FAO 68 y se estimaron las DA para los casos con tres o más datos. En los casos de datos insuficientes, se utilizaron las estimaciones de DA de Batjes (1997).
Los resultados de las estimaciones de densidad aparente de los tipos/subtipos de suelos en México se muestran en la Figura 3.
Para generar estimaciones de las densidades de carbono por tipo de suelo, se homologaron las clasificaciones de WRB (World Resources Base), USDA (U.S. Department of Agriculture) e IPCC (Intergubernamental Panel on Climate Change), Cuadro 1.
Cuadro 1 Clasificación de los tipos de suelos según WRB, USDA y su equivalente para IPCC (Adaptado de las directrices del IPCC del 2003).
Para realizar estimaciones de las densidades de carbono se usaron los datos de SEMARNAT-CP (2002) para la Serie III (año base 2002) de USyV del INEGI, extrapolados a la profundidad de 0 a 30 cm. Para el caso de la Serie II (año base 1993) se utilizaron 8664 perfiles de suelo (INEGI, 2004), para realizar estimaciones del COS a la profundidad de 0 a 30 cm, Figura 4.
Los datos de carbono, para 1993 y 2002 se utilizaron para estimar densidades de carbono por tipo de suelo y USyV. La Figura 5 muestra los resultados para las clases de USyV.
Del análisis de la Figura 5 sobresale la alta incertidumbre asociada a las estimaciones del COS por clase de USyV y las diferencias al usar bases de datos independientes del COS. La gran variabilidad asociada a las estimaciones de COS a escala global y local, se deben al uso de datos de diferentes fechas, integrados en una base de datos común, reflejando diferentes usos del suelo y manejo, climas, técnicas analíticas, etc. (Lettens et al., 2007; FAO e ITPS, 2015).
Para el INEGEI de la Tercera Comunicación (de Jong et al., 2006 y 2010a), dada la información disponible, se decidió utilizar las estimaciones de biomasa con la base de datos de SARH (1994) para el año base 1993 y la base de datos del COS de SEMARNAT-CP (2002) para el año base 2002. Las estimaciones de biomasa y COS por clases de USyV se usaron para estimar el carbono a partir de los mapas de USyV del INEGI. Así, la dinámica de cambio se asoció a los cambios en los mapas de USyV (solo se consideraron cambios en los datos de actividad, dejando los factores de emisión como fijos).
El inventario de COS nacional, a la profundidad 0 a 30 cm, fue de 15.381 Pg C usando el mapa de USyV del INEGI Serie II (año base 1993) y para la Serie III (año base 2002) de 15.307 Pg C.
Inventario de Balbontín et al. (2009)
El INEGI y el Colegio de Postgraduados iniciaron en el 2007 una colaboración para expandir la base de perfiles de suelo en México, al digitalizar la información archivada en papel del INEGI de perfiles de suelo y realizar un proceso detallado de digitalización para asignar coordenadas geográficas a los puntos de muestreo de los perfiles. Las bases de datos que se generaron consistieron de datos de laboratorio (textura, materia orgánica y otras mediciones analíticas de variables químicas) y de campo (compactación, estructura, génesis, etc.). Como resultado preliminar de esta colaboración fue posible contar con 12 224 perfiles para realizar una estimación del inventario del COS en México. Todos los perfiles se asociaron a tipos de suelo de FAO 68, de acuerdo con el mapa de la Figura 2.
Como la mayoría de los perfiles de suelo no contienen datos de densidad aparente, ésta se estimó a partir de los datos de campo y laboratorio. La profundidad del suelo se asignó en función del esqueleto del suelo, la cementación y limitación física, con una profundidad promedio nacional de 48.5 cm. Un 22.7% de los perfiles tuvieron una profundidad menor a 10 cm.
Las estimaciones del COS se realizaron a la profundidad de 0 a 100 cm (o hasta la profundidad efectiva) por unidad de suelo, ecorregiones y condiciones de aridez. El inventario de COS por grupo climático fue de 15.057 Pg C (desviación estándar de 14.971 Pg C) y por ecorregiones de 15.180 Pg C (desviación estándar de 15.381 Pg C), sobresaliendo la alta incertidumbre asociada a las estimaciones.
INEGEI de la cuarta comunicación de México ante la CMNUCC
Para realizar el INEGEI de la Cuarta Comunicación de México ante la CMNUCC (de Jong et al., 2009a) se utilizó una actualización de la base de perfiles de suelos del INEGI-COLPOS, que consistió en 21 806 perfiles.
Los valores de COS de los perfiles para la profundidad de 0 a 30 cm se estimaron con un promedio ponderado por el espesor (Ei) de cada horizonte i (hasta 30 cm o la profundidad efectiva):
(3)
En el caso de la densidad aparente, el 98% de los perfiles de suelo no contaron con ese dato, por lo que fue necesario estimarlas indirectamente. Para estimar la DA se utilizó el procedimiento de FAO (2006), que consistió en asignar la DA en función de la clase textural (0 a 30 cm, estimada de un promedio ponderado por horizonte del suelo, similar a la ecuación 3), estructura y consistencia y, el contenido de COS. Para los casos con COS > 1.2%, se realizó una disminución de la DA de 0.03 Mg m-3 por cada 0.6% de incremento en el valor del COS.
La fracción gruesa, ecuación (1), se estimó de los datos de campo de los perfiles de suelo para dos casos: (a) solo existían estimaciones del contenido de gravas (2.5 a 7.5 cm), guijarros (7.5 a 25 cm) y piedras (> 25 cm) de acuerdo con la escala de valores definida en los formatos de campo del INEGI (0 = sin fragmentos, 1 = menor del 5%, 2 = 5-10%, 3 = 10‑20%, 4 = 20‑40%, 5 = 40-80%, 6 = > 80%); y (b) existía información del esqueleto del suelo (sk = 40%, skp = 40% y hk = 80%). En el 31% de los casos solo había información del contenido de gravas, guijarros y piedras, donde se estimó FG de la suma de los porcentajes y, el resto contenía información del esqueleto del suelo, estimándose directamente FG.
De lo anterior, por primera vez se estimó el COS de acuerdo a la ecuación (1) considerando todos sus factores.
Para los mapas de USyV, estos fueron revisados a detalle, homologando las clases de vegetación de las Serie II (año base 1993), Serie III (año base 2002) y Serie IV (año base 2007), para realizar el INEGEI para el periodo 1990 al 2006.
Las estimaciones de COS se realizaron para las clases de USyV, así como para las clases de suelos de acuerdo al WRB, FAO, USDA e IPCC. No se mostraron estimaciones de COS a escala nacional.
Informe México para FAO FRA 2010
Con el objetivo de contar con inventarios consistentes del carbono en los ecosistemas terrestres de México para diferentes organismos internacionales, para el Informe de la Evaluación de los Recursos Forestales Mundiales 2010 (FAO FRA 2010) (CONAFOR, 2010), se homologaron las clases de FAO con las de los INEGEI. Para el caso del COS, se utilizó la misma base de perfiles de suelo y las estimaciones de carbono que el INEGEI de la Cuarta Comunicación (Paz et al., 2010 3).
Las estimaciones de COS se realizaron en forma espacialmente explícita, mediante el siguiente procedimiento:
Se utilizaron los mapas de USyV de las Series II, III y IV del INEGI y cada polígono se etiquetó de acuerdo con el tipo de ecosistema y clase de USyV, considerando vegetación primaria y secundaria (sucesión herbácea, arbustiva o arbórea, sensu INEGI).
Para cada polígono de las series del INEGI se estimó el COS promedio (y desviación estándar) y se le asignó a éste. En casos con datos menores a tres, no se estimó la desviación estándar.
En caso de no contar con datos un polígono dado de USyV, el valor del COS promedio se asignó mediante el polígono más cercano con la misma clase de USyV. En caso de no existir esta información, se usó el valor promedio del COS del tipo de ecosistema.
El procedimiento anterior permitió obtener un mapa de la distribución espacial del COS que refleja los USyV de los mapas del INEGI, armonizando ambos mapas a una misma distribución espacial de polígonos del carbono de la biomasa y del suelo.
La Figura 6 muestra el mapa de la distribución del carbono orgánico de los suelos a una profundidad de 0 a 30 cm y la Figura 7 el mapa a la profundidad de 0 a 100 cm, ambos para la Serie IV de USyV del INEGI (año base 2007).
Para el año base del 2007, el inventario nacional del COS a la profundidad de 0 a 30 cm fue de 9.160 Pg C y para la profundidad de 0 a 100 cm fue de 14.059 Pg C.
En el caso del carbono en la biomasa viva, aérea y subterránea, se estimó de acuerdo con el procedimiento definido por de Jong et al. (20094), extendido a todas las series de USyV del INEGI.
En el informe de México para FAO FRA 2010 (CONAFOR, 2010), por primera vez, el país reporto inventarios de carbono en la biomasa y el suelo, para el periodo 1990 a 2010; aunque no se reportaron las incertidumbres asociadas a las estimaciones.
INEGEI de la quinta comunicación de México ante la CMNUCC
El INEGEI de la Quinta Comunicación de México ante la CMNUCC (Ordoñez et al., 2012) no incluyó el carbono orgánico de los suelos.
Informe México para FAO FRA 2015
El Informe México para FAO FRA 2015 (CONAFOR, 2014) no incluyó el carbono orgánico de los suelos.
Primer informe bienal de México ante la CMNUCC
En el Primer Informe Bienal de México ante la CMNUCC, los datos reportados (INECC y SEMARNAT, 2015) están agregados y no es posible estimar la información asociada al COS. En el informe se menciona solamente que se usaron 1433 muestras del INFyS y 4657 muestras de la base de perfiles INEGI-COLPOS.
Nivel de referencia de emisiones forestales de México
En el informe de propuesta de nivel de referencia de emisiones forestales de México (CONAFOR-SEMARNAT, 2014) se presentaron las emisiones GEI para la deforestación y los incendios forestales, con la degradación forestal como anexo. En este informe se menciona que las emisiones asociadas a los suelos minerales no son significativas, por lo que no fueron consideradas.
El primer informe de México fue revisado por la CMNUCC (UNFCCC, 2015), proponiendo solo considerar la deforestación bruta y revisar las hipótesis en las estimaciones de las emisiones GEI del suelo. En la revisión se estableció que México justificó que el carbono en los suelos minerales no es significativo, con un promedio anual de emisiones de 1118.6 Gg CO2eq, que representan alrededor del 2.5% de las emisiones de la biomasa viva. Las recomendaciones de la CMNUCC fueron consideradas por México en el envió de la versión modificada de las emisiones (CONAFOR-SEMARNAT, 2015), usando el mismo tratamiento previo para las emisiones de los suelos minerales y con el análisis de 29 611 muestras de COS.
Otros inventarios más recientes del carbono orgánico en los suelos de México
Con base en un total de 21 196 perfiles del suelo de México, Paz et al. (2012) usaron un procedimiento de asignación del COS a los polígonos de USyV por adyacencia y estimaron inventarios del COS para las series de USyV del INEGI: Serie II: 8.466 Pg C, Serie III: 8.540 Pg C y Serie IV: 8.578 Pg C.
En otro ejercicio de asignación del COS de los perfiles de suelos a los polígonos de USyV del INEGI para la Serie IV (Cruz y Paz, 2013) la estimación del COS nacional fue de 9.146 Pg C.
A partir de la base de datos de SEMARNAT-CP (2002), Cruz et al. (2014) generaron estimaciones de la distribución espacial del COS (FG = 0 en la ecuación 1) en México usando el método del kriging de geoestadística (Goovaerts, 1997), sin reportar resultados a escala nacional.
Emisiones GEI de los suelos minerales de México
En los INEGEI de la tercera y cuarta comunicación de México ante la CMNUCC (de Jong et al., 2006 y 2009a), las emisiones GEI de los suelos minerales representaron entre el 25 al 35% de las emisiones totales. En inventarios estatales como el de Chiapas (de Jong et al., 20105), las emisiones GEI de los suelos minerales fueron alrededor del 50% de las totales. En el caso de Chiapas, las densidades de COS de los USyV se revisaron y homologaron a los criterios usados en el INEGEI de la Cuarta Comunicación (Paz et al., 2010 6).
En el informe de CONAFOR-SEMARNAT (2015) se definen emisiones GEI de los suelos minerales, por periodos, de: 1993-2002: 1298 Gg CO2eq año‑1, 2002‑2006: 1465 Gg CO2eq año-1 y 2007-2013: 596 Gg CO2eq año-1. Estas estimaciones son altamente contrastantes con las realizadas en el INEGEI de la Tercera Comunicación (de Jong et al., 2006) para el periodo 1993-2002 de 30.2 Tg CO2eq año-1 y del INEGEI de la Cuarta Comunicación (de Jong et al., 2009a) de 17 598 Gg CO2eq para el año 1993 y 23 868 Gg CO2eq para el año 2007.
Estimaciones espaciales y multi-temporales del COS en México
Con el objetivo de realizar estimaciones multi-temporales del COS en los ecosistemas terrestres de México, se realizó un ejercicio de ampliación de las estimaciones usadas en el Informe México de FAO FRA (CONAFOR, 2010) para la Serie V del INEGI (año base 2011) y Serie VI (año base 2014) del PMC (2015), con hipótesis similares. Esta última serie se generó con procedimientos y metodologías similares a las usadas por el INEGI para el desarrollo de las Series II, III, IV y V, para tener un producto interoperable.
La base de datos del COS se obtuvo del análisis de 21 806 perfiles de suelo (Figura 8), procesados para estimar COS a la profundidad de 0 a 30 cm de acuerdo con las metodologías que se utilizaron para el Informe México de FAO FRA 2010 descritas anteriormente.
Figura 8 Distribución espacial de los perfiles de suelos usados en las estimaciones multi-temporales.
Para las clases de USyV y los tipos de ecosistemas, el Cuadro 2 muestra las estimaciones de las densidades de COS de la Serie IV del INEGI (año base 2007). Para el caso de no contar con datos para una determinada clase se utilizó el valor del ecosistema. Para la clase de USyV secundaria (fase sucesional herbácea, arbustiva o arbórea, cuando es aplicable), cuando no se contó con datos, se utilizó el COS de la clase de USyV primaria, como criterio conservador.
Cuadro 2 Estimaciones del carbono orgánico de los suelos (COS) por tipos de vegetación y ecosistema.
En relación al uso de los diferentes mapas de USyV (series), las densidades de carbono por clase fueron estimadas de la intersección espacial de la localización de los perfiles de suelo con los polígonos de las clases de USyV de las series, generando situaciones donde el número de perfiles que se usó fue menor al disponible, al presentarse casos de clases de USyV de los perfiles sin contraparte de polígonos de USyV de las series que se analizaron.
Los valores de los promedios y desviaciones estándar del COS asociado a las clases de USyV del Cuadro 2 muestran valores altos de incertidumbre, que se asocian a la variabilidad espacial del COS y, posiblemente, a errores en las etiquetas de las clases de USyV, las cuales tienen un factor subjetivo importante de interpretación y asignación.
En el Cuadro 3 se muestran las superficies e inventarios del COS por tipo de vegetación y clase de FAO. Los inventarios del almacén COS corresponden a los años 1993, 2002, 2007, 2011 y 2014, generando una serie temporal suficiente para analizar los patrones de ganancias y pérdidas del COS en los ecosistemas terrestres de México. Las estimaciones del COS utilizan promedios del carbono orgánico de los suelos por tipo de vegetación o ecosistema que varía en función del número de datos utilizados (que intersectan los polígonos de USyV).
En relación a las incertidumbres de las estimaciones del Cuadro 2, la Figura 9 muestra la relación entre el promedio y la desviación estándar, usando una regresión lineal forzada a pasar por el origen. De esta figura, desviación estándar de las estimaciones es 90% del promedio, por lo que resulta en una alta incertidumbre.
Figura 9 Relación entre el promedio y la desviación estándar de las estimaciones del Cuadro 2 para los tipos de vegetación.
Las clases de uso del suelo y vegetación, así como las de ecosistemas, se dejaron acordes con las de INEGI (1997), con clases particulares entre paréntesis (sensu INEGI) para definiciones específicas.
La Figura 10 muestra la evolución temporal del COS total en el país, donde a partir del 2007 se presenta una mejoría en las reservas del COS, revirtiendo la tendencia a la disminución en el periodo 1993-2007.
Para analizar en forma desagregada la evolución temporal con las clases de FAO, en la Figura 11 se muestran los patrones de la clase Bosques y Otras Tierras (No Bosques), donde para Bosques el patrón de pérdidas de COS se ha estabilizado a partir del 2007 y para Otras Tierras el patrón de ganancias también se ha estabilizado en las mismas fechas. En el caso de la clase Otras Tierras Boscosas, el patrón de pérdidas de COS se ha mantenido hasta el 2014.
Es importante señalar que las tendencias de las Figuras 10 y 11 tienen alta incertidumbre, dadas las desviaciones estándar (Figura 9) e intervalos de confianza asociados, por lo que los patrones de pérdidas y ganancias muestran traslapes importantes, que hacen altamente inciertas las conclusiones.
El análisis de la evolución temporal por sectores (Bosques para CONAFOR y Otras Tierras para SAGARPA; donde Otras Tierras Boscosas muestra traslapes entre CONAFOR y SAGARPA - ver Cuadro 3 para análisis de los USyV asociados) indica la necesidad de una coordinación entre sectores gubernamentales para instrumentar políticas conjuntas para mitigación de gases efecto invernadero (Paz, 2010 7). En términos generales, el sector forestal muestra pérdidas de COS y el agropecuario ganancias; aunque además de inciertas estas tendencias no son claras las posibles explicaciones de estos patrones.
El análisis que se muestra, parte de la hipótesis de que los cambios de COS entre los diferentes años de los mapas del INEGI (datos de actividad) son independientes del tiempo y, que reflejan patrones agregados de la dinámica del COS. Esto es, no se considera la evolución temporal en forma explícita de cada polígono de USyV, pudiéndose presentar inconsistencias de cambios fuertes del COS en tiempos cortos, incoherentes con la dinámica esperada del COS.
Carbono orgánico de los suelos y textura
Dadas las altas incertidumbres en las estimaciones del carbono orgánico en los suelos, es importante analizar si es posible reducirlas al considerar otras variables asociadas a las bases de datos disponibles.
Muchos trabajos publicados establecen una relación funcional entre el COS y la textura del suelo, particularmente de la fracción limo + arcilla: suelos tropicales (Feller y Beare, 1997) y suelos templados (Hassink, 1997; Konen et al., 2003; Müller y Höper, 2004; Arrouays et al., 2006). En la base INEGI-COLPOS de datos de perfiles de suelo de México y en el INFyS de la CONAFOR, los únicos datos disponibles son el COS total y la textura del suelo (Etchevers, 2013), por lo que es importante analizar los patrones COS-Textura, particularmente para revisar si las estimaciones del COS pueden mejorarse al usar datos de textura de los suelos.
En una perspectiva dinámica, la textura del suelo es un rasgo estático y el COS una propiedad dinámica, que varía en función del clima, uso del suelo, tipo de suelo, mineralogía, etc. Así, se espera que, para una textura dada del suelo, el COS varíe en función del estado de la vegetación (p. ej.: cambio de bosque a cultivo), rompiendo la relación con la textura, como propiedad estática; aunque para el caso de vegetación no perturbada (valores máximos del COS) se esperan relaciones más o menos bien definidas.
Con base en los perfiles de suelos de la sección anterior, se analizaron los patrones textura-COS por tipo de ecosistema, con el porcentaje de arena de los suelos (recíproco del porcentaje limo + arcilla, que generalmente se usa) y el COS a la profundidad 0 a 30 cm. El porcentaje de arena se calculó como un promedio ponderado por estrato, en forma similar al caso del COS, ecuación (3).
La Figura 12a muestra la relación Arena-COS para el ecosistema Bosque de Pino y la Figura 12b para Matorral Xerófilo. Para todos los ecosistemas se definió la envolvente superior (COS máximo) de los diagramas Arena-COS (Figura 12), para tener un estimado del valor máximo del COS para una textura dada.
Figura 12 Dispersión de la relación Arena-COS y las envolventes superiores. (a) Bosque de Pino y (b) Matorral Xerófilo.
Para caracterizar las envolventes superiores (COS máximo), la recta del límite a la izquierda (valores bajos de Arena) se definió como COS (%) = A1 + B1 Arena (%) y el límite a la derecha como COS (%) = A2 + B2 Arena (%). Las constantes A1, B1, A2 y B2 se estimaron por regresión lineal con los puntos muéstrales de los límites. El Cuadro 4 muestra los resultados que se obtuvieron para definir la envolvente superior para los ecosistemas de México.
En el caso de los valores mínimos, la gran mayoría es cero o cercana a cero, Figura 12. Para la técnica de Walkley-Black, De Vos et al. (2007) establecieron su límite de detección en alrededor de 0.05%, por lo que este valor se utilizó como un mínimo general para establecer los valores de COS mínimo para los ecosistemas. De esta consideración, en un análisis de estimación del COS mínimo se eliminaron los valores con COS < 0.05% y se revisaron los histogramas de los valores mínimos de las muestras de los perfiles de suelos, estableciéndose estimaciones del COS mínimo para los ecosistemas, tal como se muestra en el Cuadro 4.
De los valores del Cuadro 4, la relación entre el COS máximo y el mínimo se muestra en la Figura 13, la cual puede usarse para establecer, como primera aproximación, la ganancia máxima de COS a obtener, dado un valor de COS actual del ecosistema. La estimación del déficit de ganancia (COS máximo - COS actual) define áreas de oportunidad para intervención, focalizándolas en donde es posible obtener la máxima ganancia de COS.
Conclusiones
-. La estimación del almacén del carbono orgánico en los suelos (COS) minerales de México se ha realizado con diferentes conjuntos de muestras y diferentes metodologías, e hipótesis implícitas, con valores que difieren entre sí en función de la aproximación utilizada. Aunque el uso de esquemas de agregación por tipo de suelo o tipo de uso de suelo y vegetación da resultados similares, las hipótesis implícitas en los procesos de estimación son fuentes altas de incertidumbre. En lo general, el método de estimación de la densidad aparente produce estimaciones diferentes del COS nacional, por lo que es una de las fuentes de mayor error en las estimaciones (Schrumpf et al., 2011). En el caso de no considerar la fracción de fragmentos gruesos (>2 mm) del suelo conduce a sobre estimaciones del COS, por lo que es necesario corregir los valores del COS por este factor.
-. Independientemente de la metodología utilizada y sus bases de datos, las estimaciones realizadas tienen el defecto de que no pueden validarse al no utilizar modelos predictivos y solo agregaciones estadísticas asociadas a polígonos de uso del suelo y vegetación y, de otros tipos.
-. El uso de bases de datos de mediciones de COS con diferentes fechas, agregadas en una sola base de datos, puede explicar las diferencias en las estimaciones del almacén (FAO e ITPS, 2015), por lo que es necesario considerar la situación de suponer como invariantes al tiempo las mediciones del COS.
-. Las revisiones realizadas de inventarios del COS y las nuevas estimaciones parten de cambios en las clases de uso del suelo y vegetación (USyV) de los mapas de INEGI y suponen que éstos no tienen incertidumbre, reflejando que la dinámica del COS es solo producto de cambios de las clases de USyV. En realidad, esto no es así, por lo que se requiere urgentemente estimar las incertidumbres de los mapas de actividad del INEGI para poder realizar estimaciones realistas, con la incertidumbre asociada.
-. Una de las mayores limitaciones de las estimaciones que se analizaron en este trabajo, además de no proporcionar medidas de incertidumbre en esquemas de calibración-validación, fue que las mediciones del COS no fueron simultáneas a las de la biomasa, para poder establecer patrones entre ambos almacenes en las clases de USyV, así como para establecer condiciones de equilibrio, o no, en la dinámica del COS. A partir del 2009, la CONAFOR ha realizado mediciones conjuntas de ambos almacenes en el INFyS, por lo que su consideración en futuros inventarios definirá nuevas aproximaciones. El procesamiento de los datos de suelos del INFyS se está llevando a cabo actualmente (Tiscareño et al., 2013), con algunas estimaciones preliminares de las densidades de COS y otros almacenes (Saynes et al., 2012).
-. El uso de técnicas geoestadísticas (variabilidad espacial) que fusionen diferentes fuentes de información y consideren el conocimiento de la dinámica del COS (Goovaerts, 1997), así como el efecto de escala (Paz et al., 20068), permitirá mejores estimaciones espaciales.
-. La consideración de la textura del suelo, asociada al COS de una clase dada, está limitada en términos predictivos, dado el carácter dinámico del COS, solo pudiendo establecer valores limites máximo y mínimo de las estimaciones.
-. La evolución temporal del COS en las clases de los Informes de Evaluación de los Recursos Forestales Mundiales de FAO, indica la necesidad de estructurar políticas conjuntas de intervención para mitigar, al menos, gases efecto invernadero entre el sector forestal y el agropecuario.
