Prácticas de manejo del olivar, efectos sobre las propiedades del suelo e influencia en el almacenamiento y secuestro de carbono

Abstract

El papel de los suelos agrícolas está cobrando en los últimos años una importante relevancia social y gubernamental. Los suelos agrícolas han dejado de considerarse como meros soportes de plantas que producen alimentos y materias primas de diversa índole para ser considerados como un elemento central en la provisión de servicios ecosistémicos y en la mitigación del cambio climático. El área Mediterránea se caracteriza por la vulnerabilidad y a la vez resiliencia de los ecosistemas que en ella se establecen. Esto la sitúa en un espacio clave ante las modificaciones que se derivan del cambio climático, como son el incremento de las temperaturas y el descenso de las precipitaciones. El olivar, como elemento característico de la cuenca mediterránea, tiene por delante el reto de conjugar unas cosechas estables y rentables para el agricultor con un manejo sostenible a largo plazo. Este reto es de especial importancia en Andalucía donde el olivar ocupa el 46% de las tierras de cultivo, forma parte ancestral de su cultura y su influencia social y económica traspasa con diferencia a la de cualquier otro cultivo. Las prácticas de manejo de suelo asociadas a los cultivos son esenciales en la determinación de la capacidad del suelo para aportar servicios ecosistémicos. En este sentido, esta Tesis Doctoral se ha centrado en la evaluación de diferentes técnicas de manejo predominantes en olivar andaluz y el impacto que generan en las diferentes propiedades del suelo, prestando especial atención a su influencia en el secuestro y almacenamiento de carbono. Además, esta evaluación se ha realizado en diferentes intervalos de tiempo (corto y largo plazo) analizando parámetros físicos y químicos de perfiles completos de suelo con profundidades aproximadas de 120 cm. Con ello se ha podido constatar la importancia de los horizontes profundos en las dinámicas de almacenamiento de carbono, puesto que en el área de estudio estos horizontes se acumulan aproximadamente el 50% del carbono orgánico del suelo. Conjuntamente con este análisis en profundidad, se ha determinado la influencia de la topografía y las fracciones de agregados en la distribución y secuestro de carbono. El manejo del olivar en Andalucía se caracteriza principalmente por prácticas que implican el mantenimiento del suelo desnudo a lo largo del año. Estas prácticas implican un laboreo continuo y la aplicación de herbicidas (CT) o la ausencia de laboreo y el uso de herbicidas de pre y post emergencia (NT+H) para evitar la proliferación de flora arvense. Como consecuencia del uso de estas técnicas de manejo en el largo plazo (15 años) se ha podido comprobar un importante proceso de descarbonización de los suelos de olivar estudiados, con pérdidas en el stock de carbono que alcanzan los 28 Mg ha-1 en ambos manejos. Estos resultados sitúan a estos suelos lejos de cumplir los objetivos de incremento de carbono orgánico en los suelos agrícolas propuestos por la Iniciativa 4‰. Similar tendencia se ha registrado en el stock de nitrógeno con pérdidas de 6,2 Mg ha-1 para el laboreo convencional y 8,5 Mg ha-1 para el no laboreo con herbicidas. Relacionado con este proceso de pérdida de fertilidad estos manejos han arrojado importantes tasas de erosión, baja estabilidad estructural y pérdidas en la capacidad productiva de los suelos. Una de las principales diferencias observadas entre ambos manejos se constató en la capacidad de infiltración. En el manejo NT+H se encontró un importante descenso en las ratios de infiltración con respecto al manejo CT. Esto fue relacionado con la formación de encostramiento superficial que limita la entrada de agua en el suelo y favorece los procesos de escorrentía. La principal alternativa a estos manejos predominantes es la inclusión de cubiertas vegetales en las calles del olivar. En los dos años de evaluación, este sistema de manejo del suelo se ha mostrado como una técnica sostenible, con capacidad para reducir las tasas de erosión e incrementar las entradas de carbono en el suelo en algunas posiciones topográficas, con lo que puede influir positivamente en la calidad de los suelos a la vez que incrementa la productividad de los suelos de olivar. Sin embargo, en suelos deteriorados, en secano y con las condiciones climáticas estudiadas, la mejora de las propiedades edáficas es un proceso lento, desigual y fácilmente reversible. Esto se debe a que el desarrollo de la cubierta vegetal bajo estas condiciones no es sencillo pudiendo quedar en una vegetación poco desarrollada con escasa cobertura y generación de biomasa. Además, con la supresión del laboreo en este manejo también se cuantificó un descenso en la capacidad de infiltración de agua en el suelo, con lo que esto puede ser un importante hándicap para la instalación de este manejo, debido a un menor almacenamiento de agua en un medio con periodos constantes de déficit hídrico. En conclusión, los resultados de esta Tesis muestran que el uso técnicas de manejo con suelo desnudo ha conducido a un deterioro en las propiedades de los suelos de olivar del área de estudio, afectando a la calidad de los suelos, poniendo en cuestionamiento su papel como facilitador de servicios ecosistémicos. La inclusión de cubiertas vegetales ha supuesto un cambio en esta tendencia, abriendo un camino hacia la regeneración de los suelos que debe constatarse en el largo plazo y donde la relación entre la cubierta y la disponibilidad de agua juegan un papel clave en el éxito de implementación de este manejo.

The role of agricultural soils has acquired important social and governmental relevance in recent years. Agricultural soils are no longer considered as mere supports for plants that produce food and materials of diverse types, but nowadays as a central element in the ecosystem services provision and climate change mitigation. The Mediterranean area is characterized by the vulnerability and resilience of its ecosystems. This situates it as a key area in the context of the variations resulting from climate change, such as higher temperatures and lower rainfall. The olive grove, as a representative element of the Mediterranean basin, faces the challenge of combining stable and profitable harvests for the farmer with long-term sustainable management. This challenge is particularly importance in Andalusia, where olive groves represent 46% of the cultivated land, is an ancient part of its culture, and their social and economic influence surpasses widely any other crop. Soil management practices associated with crops are essential in determining the soil's capacity to provide ecosystem services. In this sense, this PhD Thesis has focused on the evaluation of different management techniques predominant in Andalusian olive groves and the impact generate on different soil properties, with special attention to their influence on carbon sequestration and storage. In addition, this assessment has been carried out at different time intervals (short and long term) by analyzing physical and chemical parameters of complete soil profiles at depths of approximately 120 cm. This has confirmed the relevance of the deep horizons in the dynamics of carbon storage, since in the study area these horizons accumulate approximately 50% of the organic carbon in the soil. In combination with this in-depth analysis, the influence of topography and aggregate fractions on the distribution and sequestration of carbon has been determined. Olive orchard management in Andalusia is mainly characterized by practices involving the maintenance of bare soil throughout the year. These practices imply continuous tillage and the application of herbicides (CT) or the absence of tillage and the use of pre- and postemergence herbicides (NT+H) to prevent arvense flora proliferation. As a consequence of the use of these management techniques in the long term (15 years), a significant decarbonization process has been observed in the studied olive grove soils, with losses in the carbon stock of 28 Mg ha-1 in both managements. These results show that these soils are soils far from meeting the objectives of increasing organic carbon in agricultural soils proposed by the 4‰ Initiative. A similar trend has been registered in the nitrogen stock with losses of 6.2 Mg ha-1 for conventional tillage and 8.5 Mg ha-1 for no-tillage with herbicides. Related to this process of loss in the fertility levels, these management practices have resulted in significant erosion rates, low structural stability and losses in the productive capacity of the soils. The main difference observed between the two management systems was observed in the infiltration capacity. A significant decrease in infiltration rates was found in the NT+H management compared to the CT management. This was related to the formation of surface crusting which limits the entry of water into the soil and promotes runoff processes. The main alternative to these predominant management systems is the inclusion of vegetation covers in the olive grove alleys. In the two years of evaluation, this soil management system has been shown to be a sustainable technique, with the capacity to reduce erosion rates and increase soil carbon inputs in some topographic positions, thus positively influencing soil quality and increasing the productivity of olive grove soils. However, in deteriorated, rainfed soils and under the climatic conditions studied, the improvement of soil properties is a slow, uneven and easily reversible process. This is because the development of plant cover under these conditions is not easy and can result in poorly developed vegetation with little cover and biomass generation. In addition, with the elimination of tillage in this management, a decrease in the soil's water infiltration capacity was also quantified, which could be an important handicap for the installation of this management, due to a lower water storage in an environment with constant periods of water deficit. In conclusion, the results of this thesis show that the use of bare soil management techniques has led to a deterioration in the properties of the olive grove soils in the study area, affecting soil quality and putting into question its role as a facilitator of ecosystem services. The inclusion of vegetation cover has changed this trend, opening a way towards soil regeneration that must be verified in the long term and where the relationship between cover and water availability plays a key role in the successful implementation of this management.