Un reciente estudio de modelado de ecosistemas realizado por científicos de la Universidad Estatal de Iowa muestra cómo la producción de cultivos en los Estados Unidos ha llevado a un aumento de las emisiones de óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero, durante el último siglo.
por la Universidad Estatal de Iowa
Los investigadores se basaron en cantidades masivas de datos sobre todo, desde patrones climáticos hasta condiciones del suelo, uso de la tierra y prácticas de gestión agrícola para alimentar el modelo y cuantificar los cambios en las emisiones de óxido nitroso de los suelos en los Estados Unidos. La investigación, publicada en la revista académica revisada por pares Global Change Biology , desglosa las emisiones del suelo por tipos de ecosistemas y cultivos principales y descubrió que la expansión de la tierra dedicada a la agricultura desde 1900 y los aportes intensivos de fertilizantes han impulsado predominantemente un aumento general de óxido nitroso. emisiones
El uso de tales modelos de ecosistemas para evaluar las fuentes de emisiones de óxido nitroso podría ayudar a guiar a los legisladores a medida que promulgan planes de conservación y respuestas al cambio climático, dijo Chaoqun Lu, profesor asociado de ecología, evolución y biología de organismos y autor correspondiente del estudio.
«El modelo que estamos utilizando es un modelo de ecosistema basado en procesos», dijo Lu. «Es similar a imitar los patrones y procesos de un ecosistema en nuestra computadora. Dividimos la tierra en miles de píxeles en un tamaño uniforme y ejecutamos algoritmos que simulan cómo los procesos ecológicos responden a los cambios en el clima, la composición del aire y las actividades humanas».
Los resultados muestran que las emisiones se triplicaron
El estudio encontró que las emisiones de óxido nitroso del suelo estadounidense se han más que triplicado desde 1900, de 133 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono equivalente (MMT CO 2 eq) por año a principios del siglo XX a 404 MMT CO 2 eq por año en el 2010s. Según el estudio, casi las tres cuartas partes de ese aumento en las emisiones se origina en los suelos agrícolas y la producción de maíz y soja genera más del 90 % del aumento de las emisiones relacionadas con la agricultura.
«Nuestro estudio sugiere un gran potencial de mitigación [del óxido nitroso] en las tierras de cultivo y la importancia de explorar estrategias de mitigación específicas de cultivos y priorizar alternativas de gestión para tipos de cultivos específicos», escribieron los autores del estudio en su artículo.
El aumento de las emisiones corresponde a una expansión de las tierras de cultivo en Estados Unidos, dijo Lu. Los modelos informáticos encontraron que las tierras dedicadas a la producción agrícola emiten más óxido nitroso que los paisajes naturales . Eso se debe en gran parte a la aplicación generalizada de fertilizantes nitrogenados en las tierras agrícolas y la producción de cultivos de leguminosas., dijo Lu. Los cultivos utilizan parcialmente el nitrógeno agregado y el resto permanece en los suelos o se pierde en el medio ambiente. Durante este proceso, los microorganismos que viven en los suelos consumen compuestos que contienen nitrógeno y emiten óxido nitroso como subproducto. Comprender mejor la dinámica de qué cultivos generan las mayores emisiones puede ayudar a dar forma a la política de mitigación climática, dijo Lu. Debido a que se aplica más fertilizante nitrogenado en la producción de maíz en promedio que en otros cultivos, el estudio encontró que los suelos donde se cultiva maíz tienden a emitir más óxido nitroso por unidad de fertilizante utilizada, dijo Lu.
Los investigadores diseñaron modelos matemáticos que imitan los procesos ecológicos. Los modelos se basan en montañas de datos recopilados y desarrollados a lo largo de los años, dijo Lu. Los investigadores recopilaron datos del gobierno sobre cultivos, uso de la tierra, clima y otras variables. También tomaron en cuenta datos históricos y de encuestas de agricultores y otros propietarios.
El equipo de investigación también comparó los resultados de su modelo con datos del mundo real para validar sus resultados. Por ejemplo, los científicos mostraron las predicciones de rendimiento de su modelo rastreadas con registros de rendimiento nacionales que datan de 1925 para cultivos importantes como maíz, soja, trigo, arroz y otros. Eso muestra que la simulación del modelo podría rastrear la trayectoria a largo plazo de la absorción de nitrógeno que respalda el aumento del rendimiento de los cultivos durante el siglo pasado. También compararon las predicciones de emisión de óxido nitroso de su modelo con datos del mundo real recopilados de múltiples suelos naturales y gestionados en todo el país, así como con mediciones de series temporales de un sitio de rotación de maíz y soja en el centro de Iowa en el transcurso de siete años.
«Nuestro grupo ha dedicado mucho tiempo a mejorar el rendimiento del modelo y desarrollar el historial de la fuerza impulsora, incluidas las perturbaciones naturales y humanas, para las simulaciones del modelo», dijo Lu. «Detrás de escena, hay miles de líneas de algoritmos para guiar el modelo de computadora para hacer predicciones. Se necesitan décadas de esfuerzos, y más por venir, para reducir las incertidumbres del modelo e incorporar una mejor comprensión del proceso ecológico como resultado del arduo trabajo de los científicos de campo.»
