La remoción indiscriminada de la paja de la caña de azúcar de los campos después de la zafra puede reducir el contenido de carbono en el suelo y aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Ya se sabía que la paja que utilizan las centrales para producir etanol celulósico de segunda generación (2G) y electricidad aporta diversos servicios ecosistémicos, como la retención del agua en el suelo y el control de la erosión. Ahora, un estudio realizado por el Laboratorio Nacional de Biorrenovables del Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales (LNBR-CNPEM) de Brasil, con sede en la ciudad paulista de Campinas, demostró que también es importante para asegurar las reservas de carbono en el suelo.
A medida que crece, la caña de azúcar captura dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y lo acumula en la paja, en el tallo y en las raíces. Cuando se realiza la cosecha, la paja queda cubriendo los campos y, con el tiempo, el CO2 que contiene se estabiliza como carbono en el suelo. La transferencia de carbono de la atmósfera al suelo favorece el balance de emisiones del sector.
“Esta es la primera vez que una investigación incluye las reservas de carbono del suelo en el recuento de las emisiones de GEI del ciclo de vida de la bioenergía derivada de la paja”, dice el ingeniero agrónomo Ricardo Bordonal, autor principal de un artículo que dio a conocer estos resultados publicado en julio en la revista Science of the Total Environment. “Mediante el empleo de modelos de simulación y evaluación del ciclo de vida hemos arribado a la conclusión de que, dependiendo de la cantidad de paja eliminada, también varían los beneficios ambientales en lo que se refiere al balance de GEI”.
Los investigadores evaluaron el impacto en el balance de carbono sobre la base de tres escenarios: remoción de un 100 % de la paja, de un 50 % y 0 %. “El retiro de la paja para producir bioelectricidad en las centrales no merece la pena”, dice Bordonal. “Como Brasil ya posee una matriz eléctrica limpia, de baja emisión de carbono, es más ventajoso dejar los rastrojos sobre el campo para que el carbono que contienen se fije en el suelo”.
No obstante, según este estudio, apoyado por la FAPESP y por el proyecto Sugarcane Renewable Electricity (SUCRE) del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo [PNUD], la remoción de la paja para la producción de etanol 2G puede ser ventajoso. “El retiro selectivo del 50 % de los rastrojos para la producción de etanol celulósico resulta eficaz para mitigar las emisiones de GEI, puesto que la sustitución de la gasolina por etanol en los coches conlleva una reducción de las emisiones de CO2 que compensa el carbono que se acumularía en el suelo”, comenta Bordonal. Empero, según él, cuando se retira la totalidad de la paja, la pérdida en términos de captura de carbono es mayor y no compensa.
“El estudio deja un mensaje contundente para el sector: el retiro de la paja para producir etanol de segunda generación o bioelectricidad no está libre de costos”, dice el ingeniero agrónomo Maurício Cherubin, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP) y vicecoordinador del Centro de Estudios del Carbono en la Agricultura Tropical (CCarbon-USP), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid) apoyados por la FAPESP. “Siempre que se deja la paja en el campo, es posible acumular entre 400 y 500 kilogramos de carbono por hectárea y por año”.
Los sistemas de integración agrosilvopastoril constituyen otra estrategia con miras a reducir las emisiones de gases de efecto invernaderoGisele Rosso / Embrapa
Para disminuir las emisiones
Este estudio refleja el esfuerzo por avanzar en el cuidado del suelo y reducir las emisiones de GEI de la industria agropecuaria brasileña, responsable del 27 % de 2.300 millones de toneladas de dióxido de carbono equivalente (CO2e) emitidas en el país en 2022, lo que representa 9,6 toneladas por hectárea. El dióxido de carbono equivalente es una medida internacional que establece una equivalencia entre todos los GEI (metano, óxido nitroso y otros) y el CO2.
“El uso de técnicas de producción más sostenibles podría ayudar a la industria agropecuaria brasileña a superar su condición de emisora neta de GEI y ganar protagonismo en los esfuerzos del país para frenar los cambios climáticos”, subraya el ingeniero agrónomo Carlos Eduardo Cerri, de la Esalq y coordinador del CCarbon-USP. “Son técnicas que sustituyen a los sistemas basados en monocultivos por modelos que promueven la biodiversidad. Mejoran la salud del terreno, reducen las emisiones de GEI y contribuyen a fijar el carbono en el suelo”. El centro, con sede en la Esalq de Piracicaba e instituido oficialmente en septiembre de 2023, reúne a unos 40 investigadores y 90 becarios.
Para el ingeniero agrónomo Guilhermo Congio, la creación de un centro de investigaciones sobre el carbono centrado en la agricultura tropical puede ser beneficioso para el país: “Más allá de una reducción de las emisiones de GEI, el CCarbon-USP podrá arrojar luz sobre cuestiones relacionadas, entre otras, con la seguridad alimentaria, la economía de baja emisión de carbono y el desarrollo social”. Congio trabaja en el Instituto de Investigación Nobel, de Estados Unidos, que desarrolla técnicas para reducir el impacto ambiental de la cría de ganado bovino de corte. “En uno de nuestros proyectos, buscamos cuantificar las métricas de salud del suelo para los ambientes de pasturas y vincularlas a herramientas de teledetección, como así también determinar cómo repercuten las prácticas ganaderas sobre la salud del suelo y el secuestro de carbono en las pasturas nativas y cultivadas”, informa.
Los sistemas productivos inspirados en procesos naturales, a los que se conoce como soluciones basadas en la naturaleza (SbN) generan sostenibilidad, productividad y servicios ambientales, como el secuestro de carbono, según argumentan investigadores ahora asociados al CCarbon-USP en un estudio publicado en marzo de 2023 en la revista Green and Low-Carbon Economy. Algunos ejemplos de SbN son la ocupación de una misma área que incluya la producción agrícola, la cría de animales y la plantación de árboles (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 314), el uso de biofertilizantes y el control biológico de plagas.
“Estamos en condiciones de sustituir un ciclo productivo que presta escasa atención al medio ambiente por otro que saca provecho de la capacidad natural de las plantas para extraer carbono de la atmósfera y del suelo para almacenarlo”, dice Cherubin. Según él, un área agrícola con suelo sano tiene la capacidad de retener el carbono durante un largo tiempo: “El carbono enriquece el suelo con nutrientes y aporta beneficios productivos”. A su vez, el aumento de la producción agrícola genera un mayor secuestro de CO2, dando como resultado áreas aún más ricas y productivas.
Por el contrario, un suelo degradado se traduce en baja productividad y menor capacidad de retención de carbono, que en gran parte vuelve a la atmósfera como CO2. Cuanto más degradado se encuentre el suelo, mayor es la dependencia de los fertilizantes nitrogenados para estimular el crecimiento de las plantas. Estos fertilizantes son compuestos petroquímicos, cuyo proceso de producción conlleva la emisión de gases contaminantes. Asimismo, el uso de fertilizantes nitrogenados como abono deriva en la emisión de óxido nitroso (N2O), un GEI 300 veces más potente que el CO2.
Campos con crotalaria, una leguminosa de crecimiento rápido que se utiliza para fijar el nitrógeno en el suelo, en rotación con cultivos de algodónValdinei Soffiati / Embrapa
La biodiversidad microbiana
La salud del suelo depende de su composición mineral y de la biodiversidad vegetal y microbiana. Los sistemas de producción intensivos basados en monocultivos ‒por ejemplo, de cereales, caña de azúcar o pasturas para el ganado‒ empobrecen el suelo. Una de las líneas de investigación del CCarbon-USP analiza de qué manera los cambios en la composición y en la actividad del microbioma del suelo podrían interferir en el secuestro de carbono en los sistemas agrícolas.
“Utilizaremos las estrategias microbiológicas más consolidadas, como la secuenciación y cuantificación masiva de genes, la metagenómica [el estudio de la comunidad de microorganismos de un determinado ecosistema] y la bioinformática”, dice el ingeniero agrónomo Fernando Dini Andreote, de la Esalq y del CCarbon-USP. Uno de los objetivos es proponer formas de reducir el uso de fertilizantes nitrogenados y defensivos agrícolas, generando menores emisiones de GEI.
La agricultura brasileña está adoptando técnicas para preservar la biodiversidad y promover la salud del suelo, como la rotación de cultivos, que alterna el plantío de distintas especies vegetales en una misma área, y la siembra directa, en la que los residuos de la cosecha se dejan sobre el terreno y la siembra se realiza sobre el suelo sin roturado mecánico previo. Según Cerri, la siembra directa absorbe hasta media tonelada de CO2 por hectárea por año.
La conversión de áreas de pasturas degradadas y agricultura convencional en sistemas de integración agrícola-ganadera-forestal (IAGF) o su versión sin plantación de árboles [IAG] también podría reducir las emisiones de GEI. “Los suelos de los sistemas integrados constituyen un drenaje potencial de metano [CH4], ya que asimilan entre 0,8 y 1 kg de este gas por hectárea y por año. La transición del monocultivo de pasturas a sistemas integrados redujo las emisiones de óxido nitroso hasta en 1,63 kg por hectárea por año”, informa el ingeniero agrónomo Wanderlei Bieluczyk, del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (Cena) de la USP y autor principal de un estudio que describe estos resultados publicado en la edición de junio de la revista Journal of Cleaner Production. El metano, un gas 30 veces más nocivo que el CO2, se produce durante el proceso de digestión del ganado que lo libera principalmente a través de eructos.
La investigación, financiada por el Centro de Investigaciones para la Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI, por sus siglas en inglés), apoyado por la FAPESP, reveló que la conversión de las pasturas degradadas en sistemas integrados tiene el potencial de reducir la intensidad del metano entérico generado por el ganado eliminando hasta 122 gramos del gas por kilo de aumento medio diario de peso. “Básicamente, se produce la misma cantidad de carne con una merma de alrededor de un 25 % de las emisiones de metano entérico”·, calcula Bieluczyk. Brasil tiene el mayor hato bovino comercial del mundo, con aproximadamente 220 millones de animales.
Para Congio, es importante que las estimaciones del balance de carbono del complejo agropecuario brasileño adopten una estandarización de las unidades de flujos de GEI, como se recomienda en el artículo científico de Bieluczyk. “Muchos estudios utilizan factores de conversión de los GEI recomendados por el IPCC [Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático], que generalmente se basan en trabajos desarrollados en condiciones de clima templado y sistemas de producción distintos a los tropicales”.
Uno de los objetivos del CCarbon-USP consiste en identificar las combinaciones de plantas y formas de uso del suelo más adecuadas para conformar un sistema productivo que proporcione una mayor retención de carbono, saneando el suelo y elevando la productividad agrícola. Los investigadores se han enfocado en los cultivos de cobertura, tales como los pastos del género Brachiaria, hierbas como la crotalaria y también mijo y sorgo, utilizadas en las fases de entre siembra de los cultivos principales.
“Luego de la cosecha de la soja, por ejemplo, el agricultor debe utilizar una de estas plantas para cubrir ‒literalmente‒ el terreno”, explica Cherubin. “Ellas desempeñan un papel crucial, ya que ayudan a reciclar los nutrientes, fijan el nitrógeno atmosférico, secuestran carbono, controlan los nematodos y protegen el suelo del impacto de las gotas de lluvia y de la erosión”. Según él, en la última cosecha, debido a las altas temperaturas, algunos cultivos de Mato Grosso tuvieron que replantarse tres veces por no tener el suelo cubierto de paja.
En julio, el grupo de investigación en gestión y salud del suelo de la Esalq, asociado al CCarbon-USP, publicó el libro electrónico Guia prático de plantas de cobertura: Espécies, manejo e impacto na saúde do solo [Guía práctica sobre plantas de cobertura. Especies, manejo e impacto en la salud del suelo], con la mira puesta en ayudar a los agricultores a planificar mejor la ventana de cultivo. “Imprimimos un tiraje de 3.000 ejemplares y los distribuimos entre los productores rurales en un evento celebrado en Bahía”, relata Cherubin. Según él, la agricultura y la ganadería son muy vulnerables a los cambios climáticos. “Hoy en día son parte del problema porque emiten GEI. Pretendemos mostrarles a los productores que, de adoptar prácticas de manejo sostenibles, pueden ser parte de la solución, secuestrando carbono y convirtiéndolo en un incremento de la productividad. Los mayores beneficiarios serán ellos, los propios productores rurales”.
Este artículo salió publicado con el título “El carbono como aliado” en la edición impresa n° 343 de septiembre de 2024.
Proyectos
1. Centro de Investigaciones del Carbono en la Agricultura Tropical (CCarbon) (no 21/10573-4); Modalidad Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid); Investigador responsable Carlos Eduardo Pellegrino Cerri (USP); Inversión R$ 26.319.364,85.
2. Los efectos de las alteraciones en el uso de la tierra y de las prácticas de manejo de la caña de azúcar sobre el carbono del suelo, sobre la salud del suelo y sobre los servicios ecosistémicos asociados. Una síntesis de evidencias (no 23/11337-8); Modalidad Beca de posdoctorado; Investigador responsable Maurício Roberto Cherubin (USP); Becario Carlos Roberto Pinheiro Junior; Inversión R$ 244.824,36.
3. Las implicaciones de la expansión e intensificación del cultivo de la caña de azúcar en los servicios ecosistémicos del suelo (nº 18/09845-7); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Investigador responsable Maurício Cherubin (USP); Inversión R$ 158.472,12.
4. La dinámica del carbono del suelo y el balance de gases de efecto invernadero: las implicaciones de la remoción de la paja de la caña de azúcar para la producción de bioenergía (nº 17/23978-7); Modalidad Ayuda de investigación – Regular; Investigador responsable Ricardo Bordonal (CNPEM); Inversión R$ 83.507,09.
Artículos científicos
BORDONAL, R. O. et al. Carbon savings from sugarcane straw-derived bioenergy: Insights from a life cycle perspective including soil carbon changes. Science of the Total Environment. 11 jul. 2024.
DENNY, D. M. T. et al. Carbon farming: Nature-based solutions in Brazil. Green and Low-Carbon Economy. v. 1, n. 3, p. 130-7. 4 may. 2023.
BIELUCZYK, W. et al. Greenhouse gas fluxes in Brazilian climate-smart agricultural and livestock systems: A systematic and critical overview. Journal of Cleaner Production. v. 464, 142782. 20 jul. 2024.
Libro
CHERUBIN, M. Guia prático de plantas de cobertura: espécies, manejo e impacto na saúde do solo. USP. jun. 2024.
