Integrando Investigación y Extensión en Temas de Cambios Climáticos y

Ambientales

R. César Izaurralde

Joint Global Change Research Institute

Pacific Northwest National Laboratory and

University of Maryland

V Jornadas Integradas de Investigación y Extensión

Facultad de Ciencias Agropecuarias

Universidad Nacional de Córdoba

31 Octubre – 1 Noviembre, 2012

Córdoba, Argentina

Objetivos

2

Relatar como protagonista o testigo mis impresiones acerca de

la integración de la investigación y la extensión en lo referente a

los cambios climáticos y ambientales

Refleccionar acerca del rol del investigador y de su

comportamiento en lo referido a temas de cambios climáticos y

ambientales

College Park

Joint Global Change

Research Institute - PNNL

Córdoba

Facultad de Ciencias

Agropecuarias - UNC

Manhattan

Department of

Agronomy - KSU

Mi viaje por las Américas a lo

largo de cuatro décadas

Edmonton

Department of Soil

Science - UA

Kansas State University: Un ejemplo de integración de investigación y extensión en temas agrícolas

Kansas State University: una universidad

“Land-Grant”

Institución Land-Grant:

beneficiada por las Leyes Morrill

de 1862 y 1890

Misión: enseñar agricultura,

ciencia, e ingeniería, en respuesta

a la Revolución Industrial y los

cambios sociales

El Departamento de Agronomía de KSU:

integra la enseñanza, investigación,

extensión, y servicio en Agronomía

Enseñanza de grado y posgrado

en Agronomía

Investigación: Agronomía, Suelos,

Clima, Fisiología Vegetal,

Mejoramiento Vegetal, Pasturas,

Ecología Agrícola

Extensión: servicios centrales y

distribuídos a través del estado

Empleados de USDA – ARS en el

campus universitario

Laboratorios federales: Erosión

eólica

Servicios a productores: Análsis

de suelos y aguas

University of Alberta: Investigación y extensión agrícola en la Pradera Canadiense

Department of Soil Science (luego Recursos Naturales):

fundado en 1905

Suelos: agrícolas, forestales, actividades

mineras, actividades petroleras, contaminación,

recuperación

Breton Plots: creadas en 1930

Experimentación

a largo plazo

Diseminación

(Breton Field

Day)

Formación de

graduados

Integrando modelos biofísicos y económicos para evaluar el

impacto de políticas agropecuarias sobre la degradación del suelo

Izaurralde et al. (1996)

Lakshminarayan et al. (1996)

Investigando sobre el secuestro de carbono en el suelo

6

Opportunidad de realizar investigación

sobre carbono en parcelas de mediano y

largo plazo

Las parcelas Breton y Hendrigan

Las parcelas de fertilidad

Parcelas de erosión artificial

Enseñanzas

El carbono del suelo puede ser

manipulado

Los cambios de carbono en el

suelo pueden ser explicados a

través de balance de carbono

…pero a veces estos cambios

son difíciles de detectar

Enseñanzas claves

La oportunidad de los suelos para

mitigar el cambio climático

La necesidad de demonstrar como

medir los cambios de carbono del

suelo a escala de campo

El interés de la industria energética

(e.j. TransAlta) para desarrollar

bonos de carbono Izaurralde et al. (2006)

7

El Joint Global Change Research Institute: Investigación interdisciplinaria en acción

Creado en 2001 como una colaboración del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) y la Universidad de Maryland

Misión: Investigación interdisciplinaria del cambio global y

climático

Resultados de investigación con relevancia para la toma de decisiones

Temas principales de investigación

Modelaje de Integrated Evaluaciones Integradas

Estrategias tecnológicas para enfrentar al Cambio Climático

Modelaje de sistemas naturales y manejados

Estudios de Adaptación y Vulnerabilidad

Mitigación a nivel local y global – Evaluación de toma de decisiones

Personal Investigadores: economistas, ingenieros,

sociólogos, agrónomos, edafólogos, climatólogos, físicos, etc.

Estudiantes de doctorado y postoctorado

globalchange.umd.edu

Secuestro de carbono atmosférico, y algo más…

8

Secuestro de carbono en el suelo: de talleres de trabajos a centros de investigación

9

St. Michaels Workshop trató acerca del

secuestro de carbono en tierras agrícolas

Ciencia

Monitoreo & verificación

Tierras Degradadas

Economía

Los resultados del taller de trabajo de St.

Michaels influenció a DOE y lo llevó a

auspiciar la creación de un consorcio de

investigación sobre el secuestro de carbono

en el suelo

Carbon Emissions Reductions: WRE 550 with No

Sequestration Technologies

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

16,000

18,000

20,000

2005 2020 2035 2050 2065 2080 2095

Tg

C/y

rSoil Seq.

Sequestration

Energy Intensity

FuelMix

WRE550

BAU

Secuestro de carbono en el suelo: desafío y evolución de nuestro entendimiento

10

Schlesinger, WH. 1999. Science 284:2095

Fertilizantes, estiércol, riego…

“…no debemos ser sobre celosos”

Algunas respuestas

Izaurralde et al. 2000. Science 288: fertilizantes

Smith et al. 2000. Science estiércol

West y Post. 2002. SSSAJ 66:1930.

Meta-análisis

Baker et al. 2006. Agric. Ecosys. Environ. 118:1

Que sabemos realmente?

Algunos resultados recientes

VandenBygaart et el. 2011. SSSAJ 75:226.

Kravchenko y Robertson. 2011. SSSAJ 75

11 11

Balance total de carbono en agroecosistemas Robertson et al. (2000) Science 289:1922-1925

1. Oxidación del carbono del suelo

2. Combustibles

3. Fertilizante nitrogenado

4. Cal (CaCO3) y Ca en agua de riego

5. Otros gases de invernadero

N2O

CH4

Secuestro de carbono en el suelo: donde estamos?

12

La ciencia del secuestro de carbono ha advanzado

significativamente

El apoyo hacia la investigación del secuestro de carbono en el

suelo ha disminuido en EEUU

Se continúa progresando pero a paso menor

Acuerdos internacionales

Legislación doméstica

Mercados de carbono: experimental en algunas regiones

El aumento del carbono en el suelo y por lo tanto la materia

orgánica del suelo

Contribuye a la producción y seguridad de alimentos

Herramienta efectiva en la mitigación del cambio

climática

Aumenta la resistencia de los suelos a los efectos del

cambio climático

Secuestro de carbono en el suelo: adonde vamos?

13 Brown et al. 2010. EOS 91:441

El cambio climático: marchas y contramarchas

14

15 15

En 2007, IPCC sintetizó los conocimientos acerca de las

causas y efectos del cambio climático antropogénico

Source: Technical Summary IPCC Working Group I (Solomon et al. 2007)

16 16

Pero los esfuerzos y conocimientos comenzaron mucho antes…

Svante Arrhenius (1859 – 1927)

Fisicoquímico

Tesis doctoral en conductividad electrolítica

Desarrolló ecuación conocida como Ecuación Arrhenius

Propuso ley de gases de invernadero

“Si la cantidad de ácido carbónico se incrementa en proporción geométrica, la temperatura aumentará en proporción casi aritmética”

C. Dave Keeling (1928 - 2005)

Químico

Desarrolló instrumento para medir [CO2] en muestras atomosféricas

Estableció el Laboratorio de Mauna Loa en 1958

Demostró la progresiva acumulación de [CO2] en la atmósfera

17

9 mil millones, 1 planeta

Las temperaturas globales continúan aumentando

La población continúa creciento

Se estabilizará en los 9 mil millones?

La malnutrición y la distribución inadecuada de alimentos continúa

Degradación ambiental

Un mundo hambriento por alimentos, energía, y bienes

13.4

13.6

13.8

14.0

14.2

14.4

14.6

14.8

1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Glo

bal M

ean

Tem

pera

ture

(°C

)

Temperaturas globales

Población mundial

18

Courtesía de Jae Edmonds

La estabilización de las concentraciones de gases de invernadero es la meta de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático

La estabilización significa que las emisiones deben alcanzar un máximo en las próximas décadas y declinar indefinidamente después de este máximo

El cambio climático es un problema a largo plazo, de cientos a miles de años, con mucha importancia actual. No será resuelto con un tratado simple, con una sola tecnología, por un solo país, o en forma rápida

El desafío de la estabilización de las concentración del CO2 atmosférico

19

Progresos en las dos últimas décadas

La mayoría de los países han firmado la Convención Marco del Cambio Climático de las Naciones Unidas

El Protocolo de Kyoto, importante pero limitado Compra-venta de emisions

Mecnismo de desarrollo limpio

Implementación Conjunta

IV IPCC Informe Resultados robustos

Identificó incertidumbre claves

Datos

Simulación y proyecciones

Incluye análisis de mitigación y adaptación, umbrales, y regiones

Regional and targeted efforts Kyoto

Bonos de carbono

Alternativas de energía

V IPCC Informe en progreso

20

Pero, en 2009, la reputación del IPCC fue testeada

“Climategate” Robo de emails

Aparentemente, los climatólogos habían

Exagerado acerca de los efects del calentamiento global

Negado a compartir datos primarios

Comité de Ciencia y Tecnología

Exoneró al Prof. Jones de la Climate Research Unit de mala conducta científica

Recomendó cambios en la política de acceso de datos primarios

El nuevo camino: de la Integridad a la Responsabilidad Separar la evaluación del riesgo del manejo del riesgo

Involucrar al público en la formulación de riesgo analítico

21

Cambios climáticos: Impactos y adaptación en la agricultura

Mi rol como investigador del cambio climático (impactos,

mitigación, adaptación)

Modelaje biofísico y bioqeoquímico (escenarios, efectos,

incertidumbre)

Contribuyente a las evaluaciones nacionales del impacto del

cambio climático sobre la agricultura norteamericana

En Junio 2010, la American Association for the Advancement of

Science (AAAS) junto a la Agronomy Society of America (ASA),

the Crop Science Society of America (CSSA) and the Soil Science

Society of America (SSSA) alertaron al U.S. Senate y a la Casa de

Representantes de U.S. House of Representatives sobre los

impactos del cambio climático y la adaptación en la agricultura

C. Rosenzweig, C. Izaurralde, P. Gepts and G. Nelson

Participación en conferencias de prensas

Dos artículos en revistas científicas acerca de los impactos del

cambio climático sobre la agricultura (Marzo-Abril 2011, Agronomy

Journal)

Posición acerca del cambio climático de las sociedades ASA,

CSSA, and SSSA

Biocombustibles

22

23

Aspectos importantes de los biocombustibles…

Los biocombustibles a base de plantas han emergido con fuerza debido a razones de cambio climático, de seguridad energética, y ambientales

En el presente, la mayoría de los biocombustibles está representado por el etanol derivado de granos o caña de azúcar

En los EEUU, 35-40% de la producción de maíz se destina a producir etanol

Este tipo de producción de biocombustibles es relativamente ineficiente con respecto a la energía y tiene impactos sobre la calidad del agua y la diversidad

El etanol celulósico tiene muchas ventajas sobre el de granos tanto desde el punto de vista energético como ambiental pero hay mucho por hacer para vencer las vallas de conocimiento y tecnología que impiden su adopción masiva

0

5

10

15

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35

40

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024

Bil

lio

n g

all

on

s p

er

ye

ar

Renewable fuels

Advanced biofuels

Cellulosic biofuels

Proyección de producción de

biocombustibles renovables en EEUU

24

Como impactan los biocombustibles el uso de la tierra y su cambio?

Desmonte y deuda de carbon de los

biocombustibles Fargione et al. 2008. Science 319:1238-1240.

Incendio y deforestación en el Amazonas

Deforestación y conflicto en Salta,

Argentina (Diario Clarín 7/28/2008)

25

Los biocombustibles: van a incrementar, disminuir, o permanecer indiferentes con respecto al calentamiento

global?

~3-5% of N fijado se convierte en N2O-N

Los mismos factores se aplicarían a la producción de biocombustibles

La producción de biocombustibles de ciertas fuentes pueden inducir más calentamiento global por emisión de N2O que por enfriamiento debido al ahorro de combustible

Cultivo N

g N kg-1

Calenta-

miento

Relativo

Combus

-tible

Colza 39 1.0-1.7 Bio-

diesel

Maíz 15 0.9-1.5 Etanol

Caña

de

azúcar

7.3 0.5-0.9 Etanol

Calentamiento relative del N2O

vs. enfriamiento por ahorro de

CO2 fósil Crutzen et al. 2008. Atmos Chem. Phys.

8:389-395

26

DOE Great Lakes Bioenergy Research Center

Una asociación pública-privada de investigación liderada por las

universidades de Wisconsin-Madison y del estado de Michigan

Misión

Remover los obstáculos que impiden el desarrollo de la industria bioenergética

Desarrollar prácticas sustentables de producción bioenergética tanto en lo

económico como ambiental

Educar a productores, industria y al público acerca de temas de bioenergía

Sustentabilidad

Sistemas avanzados de producción

Mejoramiento de relaciones planta-

microbio

Respuestas biogeoquímicas

Respuestas de la biodiversidad

Respuestas socio-económicas

Modelaje

Cinco temas

Producción de biomasa

Procesamiento de biomasa

Conversión de biomasa a

bioenergía

Prácticas sustentables

Tecnologías de apoyo y

aplicación

http://www.greatlakesbioenergy.org

27

Entendiendo la sustentabilidad a distintas escalas

Altos Insumos,

Baja Diversidad

Bajos Insumos,

Alta Diversidad

Maíz Contínuo

Maíz-Soja-Colza

Switchgrass

Miscanthus

Revegetación de campos

Pasturas nativas

Alamo

Interacciones Planta-

Microbio

Estructura & Funcción de

Rizósfera

Respuestas Biogeoquímicas

Ciclo del Carbono– PGI

Uso del Agua & Pérdida de Nutrientes

Respuestas de la

Biodiversidad

Invertebrados & Vertebrados

Servicios de Ecosistemas

Modelaje>

Modelaje con EPIC / APEX

Evaluacion Económica

Análisis de Ciclo de Vida (LCA)

Mezcla de pastos +

leguminosas

Acerca del investigador

28

Investigador científico: Un investigador científico

busca descubrir nuevo conocimiento a través de

la aplicación del método científico

El investigador aprende haciendo, busca el

consejo de sus consejeros y mentores

Los consejeros y mentores pueden tener efectos

profundos en la formación personal y profesional

de investigadores principiantes

Los estandares profesionales son de importancia

fundamental los investigadores principiantes

quizás no estén aprendiendo lo suficiente acerca

de estos estándars…

La investigación de hoy

De paso rápido y compleja

Requerimientos complejos

Interdisciplinaria y multinacional

Comunicación complex

Nuevas tecnologías

Nuevas capacidades

Nuevos desafíos

El investigador científico en la

sociedad actual

29

Los estándares científicos se extienden

más allá de la comunidad científica

Los investigadores deben pensar y

refleccionar como los resultados de sus

trabajo pueden ser usados por la sociedad

Opinión experta

Evaluaciones

Educar acerca de la influencia de

los resultados en la toma de

decisiones

Dos supuestos básicos

Objectividad

Precisión

El abogar por causas puede llevar a la

percepción de parcialidad

Los valores científicos deben prevalecer

Honestidad

Imparcialidad

Colegialidad

Transparencia

Sumario

30

La integración de la investigación y la extensión es

imprescindible para abordar con éxito temas de cambios

climáticos y ambientales

Complejidad de la temática

Enfoques multi- e inter-disciplinarios

Tanto el investigador como el extensionista deben prepararse

para comunicar ciencia a la sociedad

Objetividad

Precision