Efecto de la diversificación de cultivos en olivar tradicional y su influencia en los servicios ecosistémicos ligados al cambio climático

Abstract

Es sabido que el cambio climático y la competencia por la tierra son retos urgentes para la humanidad. En base a esto, la agricultura desempeña un papel fundamental a la hora de garantizar la seguridad alimentaria y los medios de subsistencia para la población. Además, el papel de los suelos agrícolas está alcanzando cada vez más relevancia a nivel internacional debido a su participación en el ciclo global del carbono (C) en busca de una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. En la cuenca Mediterránea, los riesgos derivados del cambio climático hacen que esta sea una de las zonas más amenazadas, presentando gran vulnerabilidad. Dentro de ella, el olivar es el cultivo permanente más característico con una superficie total en Andalucía de 1.673.071 ha. Este agroecosistema, muestra una marcada multifuncionalidad y un importante potencial para proporcionar servicios ecosistémicos (ES). En Andalucía, este cultivo, se ha establecido tradicionalmente en condiciones de secano y con operaciones de laboreo que se han ido intensificando en el tiempo según la tecnología disponible. En este tipo de manejo, laboreo convencional (CT), la evolución de la tecnología y la aplicación de herbicidas ha favorecido el mantenimiento del suelo desnudo con objeto de evitar la competencia por el agua, bien escaso en la zona Mediterránea. En las últimas décadas, el manejo intensivo del suelo (CT) ha sido criticado y reconocido como origen de degradación del suelo, derivando en una variante de manejo que suprime el laboreo y recurre a la aplicación de herbicidas (NT+HH) para seguir manteniendo el suelo desnudo. En consecuencia, ambos manejos han repercutido en bajos rendimientos económicos para el agricultor. Frente a este tipo de manejos insostenibles, la implantación de sistemas de gestión sostenibles como el mínimo laboreo (MT) y el desarrollo de cubiertas vegetales en los suelos de olivar, podría suponer una mejora en la calidad del suelo y en la producción del cultivo, incrementando la biodiversidad y favoreciendo la producción de ES por parte del olivar de secano, repercutiendo en la adaptación y mitigación al cambio climático. Además, si esta cubierta vegetal es un cultivo secundario (diversificación), el agricultor, puede llegar a obtener un rendimiento económico derivado de la misma. En este sentido, las prácticas de manejo llevadas a cabo sobre los suelos agrícolas mediterráneos de olivar tienen gran importancia a la hora de determinar la capacidad de estos suelos para secuestrar y estratificar C y convertirse por tanto en grandes sumideros, pudiendo conseguir el objetivo marcado por la iniciativa 4‰, y necesitando grandes periodos de tiempo hasta alcanzar su nivel saturación, tiempo suficiente para evaluar los diferentes ES que pueden proporcionar. Por todo lo anterior, esta tesis doctoral se ha centrado en el análisis de las diferentes técnicas de manejo llevadas a cabo en los suelos del olivar andaluz de secano, evaluando como afectan a sus propiedades fisicoquímicas y especialmente al almacenamiento y secuestro de C. Esta evaluación, se ha llevado a cabo tanto a largo plazo (comparando los manejos más tradicionales, CT vs NT+HH), como a corto plazo (evaluando los efectos de la introducción de las diversificaciones y el cambio al MT). En la evaluación a largo plazo, como consecuencia de la aplicación de estas técnicas de manejo insostenibles (CT y NT+HH), se ha comprobado la degradación de los suelos de olivar sometidos a cultivo durante décadas y se ha podido observar cómo se ha producido un importante proceso de descarbonización de los suelos objeto de estudio, con grandes pérdidas de carbono orgánico del suelo (SOC) y de stock de C (SOC-S). Debido a ello, estos suelos se encuentran lejos de conseguir los objetivos de secuestro de SOC-S propuestos por la iniciativa 4‰. De igual forma ocurre con los valores de nitrógeno (TN), ya que estos manejos causan pérdidas de TN que dejan clara una baja fertilidad del suelo, repercutiendo en su capacidad productiva. Sin embargo, desde el punto de vista de su grado de saturación, se ha comprobado que estos suelos, mantienen intacta su capacidad de secuestro y estabilización de C en la fracción fina del suelo (<20 μm), llegando incluso a incrementar esta fracción después de 15 años como consecuencia manejo (CT) llevado a cabo sobre ellos. Es por esto por lo que, como principal alternativa de gestión para potenciar la mejora en el rendimiento económico, en la calidad, en la biodiversidad y en el secuestro de C debido a su gran capacidad para convertirse en sumideros, se implantan diversificaciones de cultivos con MT durante un periodo de 3 años de evaluación en el marco del proyecto H2020 – Diverfarming: “Crop diversification and low-input farming across Europe: from practitioners' engagement and ecosystems services to increased revenues and value chain organisation”, grant agreement 728003. En este periodo, este tipo de manejo se ha perfilado como una técnica sostenible sobre los suelos de estudio con un aumento del contenido de SOC superficial y con una mejora en las comunidades microbianas, además de la clara consecución de los objetivos de secuestro de C marcados por la iniciativa 4‰ en las parcelas con diversificación de cultivos en comparación con las parcelas con CT, mostrando estos suelos una gran capacidad para convertirse en grandes sumideros de C con este tipo de prácticas, consiguiendo así una recarbonización de estos. Sin embargo, las condiciones climáticas semiáridas de la zona (escasas e irregulares precipitaciones y elevadas temperaturas), han afectado principalmente al desarrollo de la cubierta vegetal que es poco operativo y dificultoso de conseguir, con problemas para el desarrollo de los cultivos implantados, obteniendo finalmente unos suelos con escasa cobertura y que generalmente suelen proporcionar cubiertas mixtas, formadas por la diversificación y la cubierta vegetal espontánea. Además, por un lado, en los primeros años de implantación, la cosecha de aceituna en las parcelas diversificadas sufre un descenso, aunque tiende a incrementarse y estabilizarse al final del estudio y, por otro lado, estas cubiertas causan una mayor emisión de CO2 frente al suelo desnudo. Es por esto por lo que, aunque los resultados de evolución del C en el suelo, biodiversidad y servicios ecosistémicos obtenidos son favorables y muestran tendencias generalmente positivas, se necesita más tiempo para demostrar si esta práctica tiene un potencial impacto positivo y es realmente efectiva para la mejora de la calidad del suelo en los olivares de la cuenca mediterránea ya que estos suelos se encuentran fuertemente deteriorados, debido al manejo y a las condiciones climáticas de la zona, por lo que la mejora en sus propiedades edáficas y microbiológicas es un proceso lento, desigual y fácilmente reversible que necesitaría programas de seguimiento a largo plazo. Por tanto, los resultados obtenidos en esta tesis doctoral llevan a la conclusión de que el CT con suelo desnudo y aplicación de herbicidas ha llevado al deterioro de la calidad de los suelos de olivar del área de estudio, afectando a su papel en el suministro de ES. Sin embargo, se ha podido demostrar como la inclusión de cubiertas vegetales, ha ocasionado mejoras en las propiedades de estos suelos, comenzando su regeneración, sin embargo, esta debe constatarse a largo plazo.

Climate change and competition for land are known to be urgent challenges for humanity. On this basis, agriculture plays a key role in ensuring food security and livelihoods for the population. Moreover, the role of agricultural soils is becoming increasingly relevant at the international level due to their participation in the global carbon (C) cycle in the quest for a reduction of greenhouse gas emissions. In the Mediterranean basin, the risks derived from climate change make this one of the most threatened areas, presenting great vulnerability. Within it, the olive grove is the most characteristic permanent crop with a total area in Andalusia of 1,673,071 ha. This agroecosystem shows a marked multifunctionality and an important potential to provide ecosystem services (ES). In Andalusia, this crop has traditionally been established under rainfed conditions and with tillage operations that have been intensified over time according to the available technology. In this type of management, conventional tillage (CT), the evolution of technology and the application of herbicides has favored the maintenance of bare soil in order to avoid competition for water, a scarce commodity in the Mediterranean area. In recent decades, intensive soil management (CT) has been criticized and recognized as a source of soil degradation, leading to a management variant that eliminates tillage and resorts to the application of herbicides (NT+HH) to maintain bare soil. Consequently, both management methods have resulted in low economic yields for the farmer. Faced with this type of unsustainable management, the implementation of sustainable management systems such as mínimum tillage (MT) and the development of vegetation covers in olive grove soils could improve soil quality and crop production, increasing biodiversity and favoring the production of ES by rainfed olive groves, with repercussions on adaptation and mitigation of climate change. In addition, if this vegetation cover is a secondary crop (diversification), the farmer can obtain an economic return from it. In this sense, the management practices carried out on Mediterranean agricultural olive soils are of great importance in determining the capacity of these soils to sequester and stratify C and thus become large sinks, being able to achieve the objective set by the 4‰ initiative and needing long periods of time to reach their saturation level, sufficient time to evaluate the different ES they can provide. For all of the above, this doctoral thesis has focused on the análisis of the different management techniques carried out in the soils of Andalusian rainfed olive groves, evaluating how they affect their physicochemical properties and especially the storage and sequestration of C. This evaluation has been carried out both in the long term (comparing the most traditional management, CT vs NT+HH), and in the short term (evaluating the effects of the introduction of diversifications and the change to MT). In the long-term evaluation, as a consequence of the application of these unsustainable management techniques (CT and NT+HH), the degradation of olive soils under cultivation for decades has been verified and it has been possible to observe how an important process of decarbonization of the soils under study has occurred, with large losses of soil organic carbon (SOC) and C stock (SOC-S). Because of this, these soils are far from achieving the SOC-S sequestration targets proposed by the 4‰ initiative. The same happens with nitrogen (NT) values, since these managements cause NT losses that make clear a low soil fertility, affecting its productive capacity. However, from the point of view of their degree of saturation, it has been proven that these soils maintain intact their capacity for C sequestration and stabilization in the fine fraction of the soil (<20 μm), even increasing this fraction after 15 years as a consequence of the management (CT) carried out on them. This is why, as the main management alternative to enhance the improvement in economic performance, quality, biodiversity and C sequestration due to their great capacity to become sinks, crop diversification with MT is implemented during a 3-year evaluation period within the framework of the H2020 - Diverfarming project: "Crop diversification and low-input farming across Europe: from practitioners' engagement and ecosystems services to increased revenues and value chain organization", grant agreement 728003. In this period, this type of management has emerged as a sustainable technique on the study soils with an increase in surface SOC content and an improvement in microbial communities, in addition to the clear achievement of the C sequestration targets set by the 4‰ initiative in the plots with crop diversification compared to the plots with CT, showing a great capacity to become large C sinks with this type of practices, thus achieving a recarbonization of these soils. However, the semi-arid climatic conditions of the area (low and irregular rainfall and high temperatures), have mainly affected the development of the vegetation cover, which is not very operative and difficult to achieve, with problems for the development of the implanted crops, finally obtaining soils with little coverage and which generally tend to provide mixed covers, formed by diversification and spontaneous vegetation cover. Moreover, on the one hand, in the first years of implantation, the olive harvest in diversified plots suffers a decrease, although it tends to increase and stabilize at the end of the study and, on the other hand, these covers cause a higher CO2 emission compared to bare soil. This is why, although the results of soil C evolution, biodiversity and ecosystem services obtained are favorable and show generally positive trends, more time is needed to demonstrate whether this practice has a potential positive impact and is really effective for the improvement of soil quality in the olive groves of the Mediterranean basin as these soils are strongly deteriorated, due to the management and climatic conditions of the area, so that the improvement in their edaphic and microbiological properties is a slow, uneven and easily reversible process that would require long-term monitoring programs. Therefore, the results obtained in this doctoral thesis lead to the conclusion that the CT with bare soil and herbicide application has led to the deterioration of the quality of the olive grove soils of the study area, affecting their role in the supply of ES. However, it has been possible to demonstrate how the inclusion of vegetative covers has caused improvements in the properties of these soils, starting their regeneration, although this must be verified in the long term.