Análisis del papel de los fertilizantes minerales en una agricultura sostenible a través de la huella de carbono

Óscar del Hierro y Raquel Atxaerandio (Investigadores en Neiker-Tecnalia - Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario)Aser García (Investigador en Neiker-Tecnalia e Investigador Principal del proyecto LIFE SeedCapital)30/12/2015

Según los últimos cálculos de la FAO (FAO, 2009), la población mundial pasará de los 6.800 millones de personas de hoy en día a los 9.100 millones en el año 2050: un tercio más de bocas que alimentar. Incremento demográfico que tendrá lugar principalmente en los países en desarrollo. Cerca del 70 por ciento de la población mundial en el 2050 vivirá en ciudades, frente al 49 por ciento actual, con lo que disminuirá la población rural. Además del desafío demográfico nos encontramos ante el reto de enfrentarnos contra el cambio climático (tal y como se ha visto en la reciente COP 21 de París). Ante este panorama de aumento demográfico, de escasez de suelo agrario y de cambio climático, la agricultura debe adoptar métodos de producción más eficaces y sostenibles y adaptarse al cambio climático. Por tanto, el papel de los fertilizantes va a resultar clave para poder aumentar la producción actual y futura de los cultivos. Analizamos su papel hacia una agricultura sostenible a través de la huella de carbono.

Introducción

La reunión de expertos convocada por la FAO en Roma en 2009 concluyó que será necesario producir una cantidad suficiente en 2050 como para satisfacer las necesidades de una población mundial que habrá superado los 9000 millones de personas (Figura 1). En este sentido, y para satisfacer la demanda de alimentos y piensos prevista hará falta un aumento notable de la producción mundial de alimentos del 70 % para el año 2050, lo que supone una cantidad adicional de casi 1000 millones de toneladas de cereales y 200 millones de toneladas de carne.

Otro desafío cada vez más preocupante es el del cambio climático, que afectará a los países en desarrollo con mayor virulencia. Está previsto que el cambio climático afecta a los sistemas agrícolas y forestales debido a las temperaturas más altas, una elevada concentración de dióxido de carbono, cambios en el régimen de lluvias, aumento de la maleza, plagas y enfermedades. A corto plazo, se espera que aumente la frecuencia de fenómenos extremos, como sequías, olas de calor, inundaciones y fuertes tormentas.

Figura 1: Crecimiento de la población por países desarrollados, en desarrollo, menos adelantados y en el mundo. División de Población de las Naciones Unidas, de van der Mensbrugghe et al. 2009.

La agricultura en el siglo XXI se enfrenta por tanto a múltiples retos: tiene que producir más alimentos y fibras a fin de alimentar a una población creciente con una mano de obra menor, y ha de contribuir al desarrollo global de los numerosos países en desarrollo dependientes de la agricultura, adoptar métodos de producción más eficaces y sostenibles y adaptarse al cambio climático.

¿Qué efectos está teniendo y tendrá el cambio climático sobre la producción mundial de los cultivos?

En relación con los principales cultivos a escala mundial (trigo, arroz, soja y maíz), tal y como se refleja en el GT II del Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de expertos sobre el cambio climático (IPCC, 2014 a), las proyecciones señalan que el cambio climático sin adaptación tendrá un impacto negativo en la producción con aumentos de la temperatura local de 2 °C o más por encima de finales del siglo XX, aunque puede haber localidades individuales que resulten beneficiadas de este aumento.

Los impactos proyectados (Figura 2) varían para los distintos cultivos y regiones y los diferentes escenarios de adaptación; alrededor de un 10 % de las proyecciones para el período 2030-2049 muestran ganancias de rendimientos superiores al 10 %, y alrededor de un 10 % de las proyecciones muestran pérdidas superiores al 25 %, en comparación con finales del siglo XX. Después de 2050 el riesgo de impactos en el rendimiento más graves aumenta y depende del nivel de calentamiento.

Figura 2: Resumen de los cambios proyectados en los rendimientos de los cultivos, debido al cambio climático a lo largo del siglo XXI. En relación con cinco períodos a corto y largo plazo, los datos (n=1 090) se indican en el período de 20 años en el eje horizontal que incluye el punto medio de cada período futuro de las proyecciones. Los cambios en el rendimiento de los cultivos son relativos a los niveles del final del siglo XX. Los datos para cada período totalizan el 100% (IPCC 2014).

Las proyecciones indican que el cambio climático hará que aumente progresivamente la variabilidad interanual de los rendimientos de los cultivos en muchas regiones. Esos impactos proyectados ocurrirán, a su vez, tal y como se ha citado previamente en un contexto de rápido crecimiento de la demanda de cultivos. Todos los aspectos de la seguridad alimentaria están potencialmente afectados por el cambio climático, incluido el acceso a los alimentos, el uso de estos y la estabilidad de sus precios (nivel de confianza alto).

Un aumento de la temperatura global de alrededor de 4 °C o más por encima de los niveles del final del siglo XX, en combinación con una creciente demanda de alimentos, plantearía grandes riesgos para la seguridad alimentaria a nivel mundial y regional (nivel de confianza alto). Los riesgos para la seguridad alimentaria son generalmente mayores en las zonas de latitudes bajas.

¿De qué herramientas disponemos para luchar contra el cambio climático?

Tal y como remarca el GT III al Quinto Informe del IPCC (IPCC, 2014 b), el sector de la agricultura, silvicultura y otros usos del suelo (AFOLU) es responsable de alrededor de un cuarto de las emisiones antropógenas de GEI netas principalmente procedentes de la deforestación, las emisiones agrícolas procedentes del suelo y la gestión de nutrientes y de la ganadería (evidencia media, nivel de acuerdo alto).

En la agricultura, como opciones de mitigación más costo-efectivas se citan la gestión de tierras agrícolas, la gestión de pastizales y la restauración de suelos orgánicos (evidencia sólida, nivel de acuerdo alto).

En este sentido, la huella de carbono nos permite cuantificar las emisiones de gases de efecto invernadero que son liberados a la atmósfera como consecuencia de una actividad determinada, bien sea la actividad necesaria para la fabricación de un producto, para la prestación de un servicio, o para el funcionamiento de una organización.

Esta cuantificación nos permitirá ser conscientes del impacto que genera dicha actividad en el calentamiento global, convirtiendo de esta manera la huella de carbono en una herramienta de sensibilización de gran valor. Hoy en día, ya se perfila como un elemento diferenciador de las organizaciones que deciden comprometerse con el medio ambiente y apuestan por el desarrollo de una actividad sostenible.

Es crucial por otro lado, entender la huella de carbono no sólo como un mero elemento de cálculo, sino como un primer paso en el camino de la mejora y el compromiso de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. En ello reside, sin duda, su gran contribución a la lucha contra el cambio climático.

Para el cálculo de la HC Se diferencia entre tres tipos de emisiones:

Emisiones de Alcance 1 o también denominadas Emisiones Directas: Las emisiones emitidas de forma directa por la explotación, como por el uso de combustibles fósiles en la maquinaria o vehículos propios, por pérdidas de gases refrigerantes, o por reacciones químicas durante los procesos productivos.
Emisiones de Alcance 2 o Emisiones Indirectas por Energía: Los GEI emitidos por el productor de la energía requerida por la organización. Dependen tanto de la cantidad de energía como del mix energético de la red que provee a la organización.
Emisiones de Alcance 3 u Otras Emisiones Indirectas: Las atribuibles a los productos adquiridos por la organización, que a su vez habrán generado emisiones previamente para ser producidos (fertilizantes minerales, semillas, fitosanitarios, plásticos agrícolas, etc).

Se refleja en la Figura 3 un análisis de ciclo de vida para los cultivos del cereal. Dentro de los límites del sistema se incluyen todas las labores agrícolas que se realizan en los cultivos (alcance 1), así como todos los procesos de producción de los diferentes insumos agrícolas (alcance 3): gasoil, herbicidas, abonos y semillas, Dado que el proceso tiene un co-producto con valor y uso en el sistema económico que es la paja, se asignan las diferentes cargas del sistema total a los dos co-productos en base a reglas de asignación (económica o de masas.) Fuera de los límites del sistema quedan los procesos de fabricación de la maquinaria agrícola así como el transporte del grano y de la paja hasta su uso final.

Figura 3: Esquema de las actividades, por alcances, consideradas para los cultivos de cereal. Fuente: Análisis del ciclo de vida de combustibles alternativos para el transporte. Fase I - Análisis del ciclo de vida comparativo del etanol y de la la gasolina. Yolanda Lechón et al., 2005—CIEMAT. http://www.abengoabioenergy.com/export/sites/abg_bioenergy/resources/pdf/anuncios/es/semana_3/2-Lechon1.pdf

¿Qué papel desempeña la fertilización mineral en la huella de carbono?

Para analizar el papel que desempeña la fertilización mineral en la huella de carbono nos basaremos en los resultados preliminares que se están obteniendo en el marco del proyecto LIFE Seed Capital (http://lifeseedcapital.eu/). Entre sus objetivos se encuentra el análisis de la huella de carbono de las rotaciones colza-cereal y cereal-cereal. Análisis que nos va a permitir conocer el porcentaje que representan las emisiones procedentes por la fabricación y transporte de los fertilizantes minerales y las emisiones GEI directas e indirectas tras su aplicación al suelo, en comparación con las emisiones totales.

En la figura 4 se muestran, para cada tipo de fertilizante utilizado, las dosis de N-P₂O₅-K₂O aplicadas en cada parcela (cebada, centeno y trigo de invierno). Se observa que para la misma región de Araba, y para producciones similares, los rangos de aplicación varían, entre 42-179 kg N/ha y entre 124-257 kg N/ha, para cebada y trigo de invierno, respectivamente.

Rangos tan variables provocan que la huella de carbono de los fertilizantes aplicados también lo sea. Así, para el cultivo de la cebada los kg CO₂e/ha oscilan entre los 672-1084 y entre los 806-1.290 kg CO₂e/ha en el caso del trigo de invierno.

Figura 4: Dosis de N-P₂O₅-K₂O aplicadas en cada parcela en el marco del proyecto LIFE SeedCapital y emisiones GEI asociadas a la fabricación industrial de los fertilizantes minerales (alcance 3).

¿Cuáles son el resto de entradas?

En el caso de los cultivos agrícolas, y tal y como se refleja en la Figura 3, otra fuente de emisiones GEI procede del consumo de combustible asociado a las distintas labores agrícolas. Los agricultores del proyecto LIFE SeedCapital anotan los consumos de cada una de las parcelas, obteniéndose por tanto datos primarios de las siguientes labores agrícolas (se muestran en tres grandes bloques en la Figura 5): trabajos de laboreo del suelo, trabajos de abonado, siembra, labores de cultivo y tratamiento de fitosanitarios y trabajos de recolección.

La horquilla de consumos va entre los 95 y los 232 kg CO2e/ha y de los 158-352 kg CO2e/ha para la cebada y el trigo de invierno, respectivamente (alcance 1).

Figura 5: Emisiones GEI asociadas al consumo de combustibles ligado a las diferentes labores agrícolas (alcance 1).

¿Qué porcentaje respecto del total de emisiones GEI agrícolas supone la fabricación y la aplicación de fertilizantes minerales?

Tal y como se refleja en la figura 6 el 30% de las emisiones proceden de las emisiones directas tras su aplicación al suelo, llegando al 70% si añadimos el coste de fabricación industrial de los fertilizantes minerales. El resto de las emisiones, alrededor del 30% proceden de otras fuentes (semillas, fitosanitarias, combustibles, etc.).

En la misma figura se puede observar una parcela de cebada donde las emisiones asociadas a los fertilizantes minerales (alcances 1 y 3), suponen exclusivamente el 35% respecto de las emisiones totales. El resto de nitrógeno aplicado se realiza mediante fertilizantes orgánicos (estiércol). Siendo por tanto un fiel reflejo de que tras conocerse las emisiones GEI de cada parcela, el agricultor o el técnico gestor puede establecer un plan de eficiencia en la explotación que redunde en una mejora en la viabilidad económica y ambiental de la explotación, como por ejemplo el estudio de la dosis óptima de fertilización (tras análisis del suelo), aportes orgánicos (estiércoles o purines) o una reducción en el número de pases de maquinaria. Recalcar que cada fertilizantes mineral tiene un factor de emisión específico, siendo por tanto además del económico otro factor, el ambiental, el que puede decidir la balanza hacia la utilización de un fertilizante mineral u otro en la siguiente campaña.

En este sentido Bouwman et al. (2002 a;b), estableció emisiones de N₂O-N/kg N aplicado específicos para la Urea, UAN, AS, AN y CAN, de 1,1, 1, 1, 0,8 y 0,7 kg N₂O-N/kg N aplicado, respectivamente (alcance 1). En el caso de las emisiones de Alcance 3, el coste de fabricación industrial de las emisiones es de 1916, 2676, 2711, 3141 y 3652 gCO₂e/kg fertilizante, respectivamente (Fuente: www.biograce.net).

Figura 6: Distribución del porcentaje total de emisiones GEI por alcances 1 y 3 (no existen emisiones de alcance 2 al no producirse ningún consumo eléctrico): Consumo de gasóleo y emisiones directas e indirectas como emisiones de alcance 1, el resto como emisiones de alcance 3.

La huella de carbono se antoja por tanto como herramienta imprescindible hacia una agricultura sostenible que permita la reducción de las emisiones GEI asociadas a la actividad agrícola y por tanto, una herramienta de lucha contra el cambio climático. Herramienta de gran utilidad, no solamente desde el punto de vista ambiental, sino que también desde el punto de vista económico ya que permite la elaboración de un plan de eficiencia energético, de insumos, etc, que redunde en un aumento de la viabilidad técnico-económica de la explotación.

Agradecimientos

Este trabajo se ha realizado en el marco del proyecto Life Seedcapital, cofinanciado por el programa LIFE+ de la Comisión Europea, que apoya proyectos demostrativos en el ámbito del desarrollo y la aplicación de la política y el derecho en materia medioambiental.

Referencias bibliográficas

Biograce. Harmonised Calculations of Biofuel Greenhouse Gas Emissions in Europe. http://www.biograce.net/
Bouwman A.F., Boumans L.J.M. and Batjes N.H. 2002a. Emissions of N₂O and NO from fertilized fields. Summary of available measurement data. Global Biogeochemical Cycles, 16(4): 1058 doi: 10.1029/2001GB001811.
Bouwman A.F., Boumans L.J.M. and Batjes N.H. 2002b. Modeling global annual N₂O and NO emissions from fertilized fields. Global Biogeochemical Cycles, 16(4): 1080 doi: 10.1029/2001GB001812.
IPCC, 2014 (a): Cambio climático 2014: Impactos, adaptación y vulnerabilidad – Resumen para responsables de políticas. Contribución del Grupo de trabajo II al Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático [Field, C.B., V.R. Barros, D.J. Dokken, K.J. Mach, M.D. Mastrandrea, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea y L.L. White (eds.)]. Organización Meteorológica Mundial, Ginebra, Suiza, 34 págs. (en árabe, chino, español, francés, inglés y ruso)
IPCC, 2014 (b): Resumen para responsables de politicas. En: Cambio climático 2014: Mitigación del cambio climático. Contribución del Grupo de trabajo III al Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático [Edenhofer, O., R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, E. Farahani, S. Kadner, K. Seyboth, A. Adler, I. Baum, S. Brunner, P. Eickemeier, B. Kriemann, J. Savolainen, S. Schlomer, C. von Stechow, T. Zwickel y J.C. Minx (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido y Nueva York, NY, Estados Unidos de America.
Lechón, Y.; Cabal, C.; Lago, C, ; de la Rúa, ; Sáez, R.M, ; Fernández, M (2005). Análisis del ciclo de vida de combustibles alternativos para el transporte. Fase I - Análisis del ciclo de vida comparativo del etanol y de la la gasolina
http://www.abengoabioenergy.com/export/sites/abg_bioenergy/resources/pdf/anuncios/es/semana_3/2-Lechon1.pdf
Van der Mensbrugghe, D.; Osorio-Rodarte, I.; Burns, A. y Baffes, J. 2009. Macroeconomic Environment and Commodity Markets A Longer Term Outlook, documento preparado para Expert Meeting on How to Feed the World in 2050 (Roma FAO, 24-26 de junio de 2009).