Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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REVISTA SEMESTRAL DE LA ESCUELA DE CIENCIAS AMBIENTALES DICIEMBRE 2013 • ISSN: 1409-2158 Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO, CAPTURA Y CONSERVACIÓN DE CARBONO CON ÁRBOLES, Y OTROS SERVICIOS AMBIENTALES Diciembre 2013- N.º 46 - ISSN 1409-2158 Revista semestral de la Escuela de Ciencias Ambientales, Ciencias Ambientales, revista semestral de la Escuela de Ciencias Universidad Nacional Ambientales de la Universidad Nacional, fue creada en 1980. Su Teléfono: (506) 2277-3688 objetivo es estimular y difundir la investigación y la discusión cien- Fax: (506) 2277-3289 tífica en el campo de lo ambiental. Publica resultados de investi- ambientico@una.cr gación referentes a situaciones ambientales y, secundariamente, Apartado postal: 86-3000 Heredia, Costa Rica ensayos teóricamente consistentes con algún enfoque científico, www.ambientico.una.ac.cr atinentes a problemas de ese mismo ámbito temático. Se dirige principalmente a académicos, estudiantes de nivel superior y fun- Consejo editor Gerardo Budowski, Universidad para la Paz cionarios e integrantes de organizaciones gubernamentales y no Enrique Lahmann, UICN gubernamentales con competencias en lo ambiental. Enrique Leff, Universidad Autónoma de México Sergio Molina, Universidad Nacional Olman Segura, Ministerio de Trabajo Rodrigo Zeledón, Universidad de Costa Rica 634.9 Ambientales/ Escuela de Ciencias Ambientales.— Director y editor C569C N.º 46 (2013) – Heredia, C.R. Eduardo Mora, Universidad Nacional Semestral Fotografía Alessandra Baltodano 1. Ecología Publicaciones periódicas. Asistencia I. Universidad Nacional. Escuela de Ciencias Rebeca Bolaños Ambientales. Foto de portada Juan José Pucci Ir a contenido
Ciencias Ambientales 46: 3-4, ISSN: 1409-2158/2013. La revista Ciencias Ambientales Contenido EDITORIAL da un giro, procurando dar Editorial La revista Ciencias Ambientales da un giro, 3 un salto procurando dar un salto Jorge Herrera, Víctor H. Beita, David Solórzano, Hazel Argüello y Agustín Rodríguez 5 Determinación de emisiones de metano y óxido nitroso generadas en plantaciones de arroz en D Guanacaste, Costa Rica urante más de tres décadas, nuestra re- Como bien se sabe, la producción científica Jorge Herrera, José F. Rojas y Asdrúbal Bolaños vista semestral Ciencias Ambientales en Costa Rica es muy modesta y breve, debido a Diagnóstico preliminar de los niveles de 15 -impresa y digital- se ha dedicado a di- la relativa pequeñez de la comunidad científica, emisión de amoníaco y sulfuro de hidrógeno en distintas modalidades de producción en fundir conocimiento científico sobre temas am- a la magra tradición de la práctica investigativa granjas avícolas en Costa Rica bientales. Entre las ediciones # 14 y # 46 (esta en el país y a la cortedad de los recursos dedica- Jorge Herrera, José F. Rojas, Susana Rodríguez, última es la presente), cada número ha sido “te- dos. En relación con el volumen de la producción Antonieta Rojas y Víctor H. Beita 27 Determinación de emisiones de metano en tres mático”: cada uno ha estado dedicado al abordaje científica, la cantidad de revistas universitarias embalses hidroeléctricos en Costa Rica de un mismo asunto por parte de todos los articu- abocadas a publicar resultados de investigación William Fonseca, Laura Ruiz, listas. Pero, a partir del # 47 (primer semestre de es muy grande. Esta particular circunstancia Marilyn Rojas y Federico Alice 37 2014, en preparación), hemos decidido iniciar la tiene como consecuencia que las revistas no sue- Modelos alométricos para la estimación de biomasa y carbono en Alnus acuminata transición hacia ediciones que traten, cada una len contar con suficiente material de alta calidad Gilmar Navarrete de ellas, una diversidad de temas -como hicimos para llenar una cantidad suficiente de páginas Proyecto de Captura de Carbono en Fincas de 51 desde la edición # 1 hasta la # 13-, por supuesto que las distingan del folleto o la separata, sin Pequeños(as) y Medianos(as) Productores(as) de la Región Brunca, Costa Rica todos pertenecientes a la cuestión ambiental y de dejar de cumplir la periodicidad que se indica en indiscutible pertinencia. sus portadas (frecuentemente son semestrales). Víctor Meza Adopción de usos de la tierra compatibles 60 Simultáneamente a ese giro, y con la mira A este drama se suma la escasez de lectores rea- con el servicio ecosistémico hídrico en fincas puesta en contribuir más a la discusión y al avan- les, que son distintos de aquellos que la reciben agrícolas de la región centroamericana ce del conocimiento científico, la revista se ha gratuitamente pero en vez de verla miran a otro Ronny Villalobos, Tania Bermúdez y Marilyn Romero 75 propuesto elevar la calidad de los artículos que lado, hecho este que es considerado por muchos Percepción que de la rehabilitación forestal de la zona de protección del río Pirro tienen sus vecinos publica, para lo que será más estricta en su eva- como harina de otro costal, pero no: es parte del luación. Actualmente, por cierto, a ellos se tiene mismo fenómeno. Normas mínimas para la presentación de artículos a la revista Ciencias Ambientales con 84 acceso en la base de datos Latindex, pero pronto Siendo la situación así, en nuestro medio vistas a su publicación estarán presentes en varias más; estamos traba- menudean las revistas científicas –o que luchan Sistema de arbitraje de la revista 88 jando ya en esa dirección. por serlo- que publican números dobles pero sin Ciencias Ambientales Revista Semestral de la Escuela de Ciencias Ambientales 3
Ciencias Ambientales 46: 5-14, ISSN: 1409-2158/2013. Diciembre 2013. Número 46 [Fecha de recepción: octubre, 2013. Fecha de aprobación: febrero, 2014.] Determinación de emisiones el doble de contenido, simulando así que cumplen con la periodicidad a que se han comprometido; salto cualitativo de ella. Hay que atraer a mejores científicos-autores para dar a conocer sus hallaz- de metano y óxido nitroso revistas que salen de imprenta muchos meses o gos, hay que “lidiar” mejor con los pares revisores generadas en plantaciones de años después de la fecha que se consigna en su de artículos, hay que mejorar el “diálogo” fecun- portada; revistas que, con tal de ver la luz, inclu- do entre unos y otros y, consecuentemente, con- arroz en Guanacaste, Costa Rica yen materiales que revistas de medios culturales tribuir a potenciar la calidad de la investigación con alta producción científica hubieran rechaza- científica entre nosotros. Para ello, debemos man- Jorge Herrera, Víctor H. Beita, David Solórzano, do, o revistas que mueren de inanición, lo que al- tener la periodicidad prometida -como ha ocurri- Hazel Argüello y Agustín Rodríguez gunas veces es afortunado porque así se ahorrará do desde nuestra edición # 13- y proyectarnos con J. Herrera (jorge.herrera.murillo@una.cr), V. Beita (victor.beita.guerrero@gmail.com), D. Solórzano (david.solorzano.arias@una.cr), H. Argüello (hazelrag@gmail.com) y A. Rodríguez recursos institucionales y, quizás, tendrán más más fuerza en los diversos ámbitos (entre ellos (agustineltin@gmail.com) son investigadores en el Laboratorio de Análisis Ambiental de la espacio otras con más habilidades. las bases de datos) en los que la investigación Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional (Costa Rica). Y es que, para colmo, los científicos-autores científica echa sus raíces, de los que se nutre y a más exitosos lo que procuran es ser publicados los que da vida. Resumen Se midieron los flujos Abstract Methane and ni- Introducción E en revistas extranjeras con mayor prestigio, lo Este volumen, # 46, correspondiente al se- de emisión de metano y óxido trous oxide emissions flu- nitroso en diez plantaciones xes were measured in ten l cultivo de arroz, utilizando la técni- cual, por lo hasta aquí visto, es lógico que ocu- gundo semestre de 2013, da cuenta de varios ca- de arroz ubicadas en el can- rice plantations located ca de inundación de las plantaciones, rra. Y de ese modo se retroalimenta la relativa sos de emisiones de gases de efecto invernadero tón de Liberia, Guanacaste, in Liberia, Guanacaste, es una importante fuente de emisión pobreza de nuestras revistas científicas -o que en Costa Rica, de experiencias actuales de se- trabajando con al menos cua- working at least with four antropogénica de metano (CH4) y óxido ni- tro variedades de arroz y dos varieties of rice and two procuran serlo-. cuestro de carbono con árboles y de otros servi- troso (N2O), dos gases de efecto invernadero tipos de suelo, en el período types of soil in the period comprendido de agosto 2012 August 2012 - April 2013. directos con potenciales de calentamiento Las modificaciones que estamos haciendo cios ambientales que están siendo bien valorados a abril 2013. Para la determi- For the determination of global de 25 y 298 veces mayor que el dióxi- a la revista Ciencias Ambientales apuntan a un e incentivados. nación de los flujos se utilizó flows static camera techni- do de carbono (CO2), en un horizonte tempo- la técnica de la cámara está- que were used taking four ral de 100 años (IPCC, 2007). tica, tomando cuatro mues- air gas samples located in La concentración actual de metano en tras de gas del aire ubicado the headspace of the cham- la atmósfera es de cerca de 1,84 ppmv (Datta en el espacio superior de la ber using a plastic syringe cámara y usando una jerin- of 12 ml at 0, 10, 20 and et al., 2011) y se emiten alrededor de 592 Tg ga de plástico de 12 ml a 0, 30 min after camera loca- de CH4 en el nivel mundial por año, de los 10, 20 y 30 min después de tion. The gas samples were cuales aproximadamente 550 Tg se pierden la ubicación de la cámara. analyzed with a gas chro- en varios sumideros (Forster et al., 2007). El análisis de las muestras matograph, equipped with De estas emisiones totales, las actividades se realzó con un cromató- FID and ECD. Averages of antropogénicas representan el 60 % del in- grafo de gases equipado con flow methane and nitrous detectores FID y ECD. Se oxide were recorded bet- ventario global de CH4, siendo el cultivo del registraron promedios de flu- ween 0,12 to 1,9 kg ha-1d-1 arroz una fuente importante que contribuye jo de metano y óxido nitroso and 0,11 - 1,1 mg ha-1d-1, entre el 5 y el 20 % a la emisión total de este comprendidos entre 0,12 - 1,9 respectively, and no signi- compuesto (Insum y Wett, 2008). kg ha-1d-1 y 0,11 - 1,1 mg ha- ficant difference was found El metano en las plantaciones de 1d-1, respectivamente, y no (p < 0,05) in the values arroz inundadas se origina a partir del 4 Editorial Revista Semestral de la Escuela de Ciencias Ambientales 5 Ir a contenido Ir a contenido
Diciembre 2013. Número 46 Ciencias Ambientales 46: 5-14, ISSN: 1409-2158/2013. se encontró una diferencia between different rice va- establecimiento de condiciones anaerobias en + CO2 y acetato), que significativa (p < 0,05) en los rieties and soil types sub- el sistema, en donde este gas se emite a través constituye el último valores entre las distintas ject experimental design. de las capas del suelo ya sea por ebullición, paso de la fermenta- variedades de arroz y los ti- pos de suelos objeto del dise- Keywords: methane and difusión a través de la capa de agua de inun- ción metanogénica. ño experimental. nitrous oxide emission flu- dación o mediante la aerénquima de las plan- xes, rice plantation, Guana- tas (Aulakh et al., 2001). La mineralización Las dos vías ma- Palabras clave: flujos de caste-Costa Rica. completa de la materia orgánica en ambien- yoritarias de formación emisión de metano y óxido tes anaeróbicos, donde las concentraciones de de metano en ambientes nitroso, cultivo de arroz, sulfatos y nitratos son bajas, se produce a tra- donde la descomposición Guanacaste-Costa Rica. vés de la fermentación metanogénica que ori- orgánica de material es gina CH4 y CO2. Esta transformación requie- importante son la aceto- re acciones sucesivas de cuatro poblaciones trófica o la reducción de de microorganismos que degradan moléculas CO2 por acción del H2. complejas en compuestos más simples: A pesar del bajo nú- mero de especies metano- • hidrólisis de polímeros biológicos en génicas que pueden utili- los monómeros (glúcidos, ácidos gra- zar el acetato como fuente sos, aminoácidos) por una microflora de carbono (14 %), los ace- hidrolítica que puede ser aeróbica, totrofos generalmente se A. Baltodano. Arrozales, Guanacaste, Costa Rica o facultativamente, o estrictamente consideran responsables anaeróbica; de alrededor de dos tercios del CH4 producido (Yu del cultivo, el tipo de suelo, la naturaleza del fer- • acidogénesis a partir de compuestos et al., 2004). tilizante aplicado, la concentración atmosférica de monoméricos y compuestos intermedios Estudios recientes (Beaulieu et al., 2008; fondo, la gestión del agua en la plantación (Zou et formados durante la fer- Cai et al., 1997; Dobbie y Smith, 2003; Khalil et al., 2005; Liu et al., 2010), la topografía y geomor- mentación (producción al., 2002; Kroeze et al., 1999; Toyoda et al., 2011) fología del terreno, entre otras (Gupta et al., 2009). de ácidos grasos volá- han demostrado que se emiten cantidades impor- La utilización de fertilizantes afecta las emi- tiles, ácidos orgánicos, tantes de N2O desde las plantaciones de arroz, las siones de gases de efecto invernadero procedentes alcoholes, H2 y CO2) por cuales pueden atribuirse al efecto combinado de la del suelo, ya sea por influir en el crecimiento de la una microflora fermenta- fertilización con nitrógeno y a la gestión del agua planta de arroz (desarrollo de aerénquima y for- tiva que puede ser facul- en la plantación (Nishimura et al., 2004; Yu et al., mación de raíz), lo cual propicia modificaciones en tativamente anaerobica 2004). El óxido nitroso es producido por bacterias la comunidad microbiana del suelo (metanógenos o estricta; quimiolitótrofas oxidantes de amonio a través del y metanotrofos), o por cambios en las diferentes • acetogénesis de los proceso de nitrificación-desnitrificación, así como propiedades físico-químicas del suelo. La adición metabolitos anteriores por heterótrofos desnitrificantes, en presencia de de fertilizantes nitrogenados al suelo aumenta la por una microflora mi- amonio (NH4+), nitrato (NO3-), carbono orgánico bio- emisión de CH4 en un 97 % y reduce la absorción crobiana o homoaceto- degradable (C) y un suministro temporal de oxígeno de CH4 en el suelo en un 34 %. Este tipo de ferti- génica, y restringido (Aulakh et al., 2001). lizante estimula la producción de CH4 en suelos • metanogénesis a partir Las emisiones de metano y óxido nitroso en mientras que inhibe la oxidación de CH4 en el de los compuestos sim- plantaciones de arroz muestran una gran varia- suelo y ocasiona el descenso de su absorción (Bo- ples que pueden ser uti- bilidad resultante de la influencia de un complejo dilier, 2011). lizados por los metanó- conjunto de factores, tales como el transporte y la El objetivo del presente artículo es mostrar genos (en particular, H2 naturaleza de la materia orgánica, la morfología los resultados de la medición de flujos de metano A. Baltodano. Arrozales, Guanacaste, Costa Rica. 6 Jorge Herrera, Víctor H. Beita, David Solórzano, Hazel Argüello y Agustín Rodríguez Determinación de emisiones de metano y óxido nitroso generadas en plantaciones de arroz en Guanacaste, Costa Rica 7 Ir a contenido Ir a contenido
Diciembre 2013. Número 46 Ciencias Ambientales 46: 5-14, ISSN: 1409-2158/2013. Tabla 1. Características de las áreas de plantación de arroz donde se efectuaron en el cantón de Tabla 3. Ajuste de las condiciones para el análisis cromatográfico de CH4 y N2O las mediciones de flujos de metano y óxido nitroso. Época lluviosa de 2012 Liberia, Guana- Condición Metano Óxido nitroso Área caste, durante sembrada Temperatura del puerto de inyección (°C) 200 200 Área Variedad de arroz el período llu- Lote durante el Tipo de suelo vioso de 2012 Temperatura de la columna (°C) 35 35 (Ha) plantado invierno 2012 (julio-noviem- Detector Ionización de llama (FID) Captura de electrones (ECD) (Ha) bre) y en la épo- Temperatura del detector (°C) 300 250 Tres lagunas 140 140 Inta Puita Iceptisol ca seca de 2013 Flujo de gas de arrastre (ml/min) 12 6 Zapal 68 68 Palmar 18 Iceptisol (enero-abril), de acuerdo con las Columna PLOTQ Porapak Q Algodones # 1 60 60 CL Guri/Puita Iceptisol características accionado por una batería seca ubicada en la par- Playitas 83 68 Inta Puita Iceptisol J = dc M P T0 H1 indicadas en la te superior de la cámara para asegurar una mezcla Presas 115 115 Inta Puita Iceptisol/Vertisol tabla 1. En cada dt V0 P0 T (1) adecuada del aire dentro de la cámara, y un peque- Pasquiel 70 60 Inta Puita Vertisol uno de los lo- ño puerto de muestreo lateral utilizado para tomar tes se seleccionó las muestras. En cada lote, las cámaras se coloca- Donde dc/dt (mol h–1) es la tasa de cambio de Bancales Arriba 48 48 Xl 723+XP744+Inov ST Iceptisol un área de una ron de forma que la parte inferior de la cámara se la concentración; M (mg mol–1) es la masa molar Enaguas 83 83 CL-745+Inov Iceptisol hectárea para encontrara siempre bajo el nivel de agua del arrozal del CH4 o N2O, según corresponda; P (Pa) es la realizar la cam- para asegurar un sellado hermético a los gases. Las presión atmosférica en el sitio de muestreo; T (K) Río Seco #1 Norte 114 114 Inta Puita Iceptisol paña de toma mediciones de flujo se llevaron a cabo por duplicado es la temperatura absoluta registrada durante el Río Seco #3 Norte 102 102 Inta Puita Iceptisol de muestras. El en un mismo sitio de muestreo. Los flujos de CH4 y tiempo de muestreo; V0 (m3), P0 (Pa), T0 (k) son el programa de fer- N2O se midieron con una frecuencia semanal desde volumen molar, la presión atmosférica y la tem- y óxido nitroso en plantaciones de arroz ubicadas tilización aplicado durante la siembra fue uni- el inicio de la siembra y se finalizaron una semana peratura absoluta a condiciones estándar, respec- en una región de la provincia de Guanacaste –Cos- forme en todos los lotes y se puede observar en antes de la cosecha. Dos colinas (es decir, seis plan- tivamente; H (m) es la altura de la cámara sobre ta Rica–, bajo la influencia de distintas variables la tabla 2. tas) fueron cubiertas por cada cámara, en promedio, la superficie del agua. (diferentes variedades de arroz y variaciones en el durante los muestreos. Las cámaras se colocaron en tipo de suelo), con el fin de realizar una contribu- Medición de flujos de metano y óxido nitroso el sitio de muestreo por períodos no superiores a 40 Análisis químico ción preliminar a la construcción de una métrica Los flujos de metano y óxido nitroso se deter- minutos, con el fin de no generar microclimas den- Las muestras se analizaron usando un cro- nacional para el cálculo de emisiones en este tipo minaron utilizando la técnica de la cámara estática. tro de ellas. Los muestreos se realizaron siempre en matógrafo de gases Agilent 7890A, de acuerdo de actividades. Las cámaras se construyeron empleando un tubo de horas de la mañana. con las condiciones indicadas en la tabla 3. cloruro de polivinilo cilíndrico opaco con un diáme- Durante la medición del flujo se colectaron Con ambos gases se utilizó una curva de ca- Materiales y métodos tro medio de 36 cm y una altura efectiva de 50 cm. cuatro muestras de gas del aire ubicado en el es- libración para la cuantificación de las muestras, Cada cámara estaba equipada con un ventilador pacio superior de la cámara usando una jeringa de utilizando cilindros de gas de concentraciones es- Sitio de plástico de 12 ml a 0, 10, 20 y 30 min después de la tándar certificados (marca Scott) de 0,5, 1, 4, 10 Tabla 2. Programa de fertilización aplicado durante la siembra de las plantaciones estudio ubicación de la cámara, Se tomaron 11 ml del aire y 15 mmol/mol. El límite de detección es de 1 y de arroz donde se efectuaron las mediciones de flujos de metano y óxido nitroso Las me- dentro de la cámara y se colocaron en un tubo de 0,2 mg/m2d para metano y óxido nitroso, respec- Días después de diciones de flu- Tipo de fertilización germinación Fórmula aplicada kg/ha vidrio al vacío, de 10 ml. La jeringa se insertó va- tivamente. La tasa de aumento de CH4 y N2O en jos de metano 8-40-12 o 10-50-0 rias veces para mezclar el aire dentro de la cámara el aire dentro de la cámara se calculó a partir de y óxido nitroso Fertilización I 1 300 (NPK) antes de sacar la muestra. Todas las muestras fue- una regresión lineal con el cambio de la concen- se ejecutaron 1 KCl 200 ron transportadas al laboratorio y guardadas en el tración de gas dentro de la cámara, en función del en diez lotes de refrigerador para ser analizadas al día siguiente, a tiempo. Se hicieron correcciones para la tempera- Fertilización II 22 Urea 300 plantación de más tardar. Los flujos de metano J (mg CH4 m–2 h–1) tura y la presión. 26-0-26 arroz ubicados Fertilización III 65 (NPK) 200 se determinaron utilizando la siguiente ecuación: 8 Jorge Herrera, Víctor H. Beita, David Solórzano, Hazel Argüello y Agustín Rodríguez Determinación de emisiones de metano y óxido nitroso generadas en plantaciones de arroz en Guanacaste, Costa Rica 9 Ir a contenido Ir a contenido
Diciembre 2013. Número 46 Ciencias Ambientales 46: 5-14, ISSN: 1409-2158/2013. Tabla 4. Flujos de emisión de CH4 y N2O obtenidos para cada uno de los lotes conducidas a la atmósfera Tabla 5. Variación de los flujos de emisión de CH4 obtenidos en época de plantaciones de arroz evaluados en el 2012-2013 mediante el transporte a lluviosa respecto de los correspondientes al período seco Número través de la aerénquima Factor de emisión CH4 (kg/ha*día) CH4 (kg/ N2O (mg/ Variedad de arroz Lote Lote de ha*día) ha*día) plantado Tipo de suelo de la planta (Aulakh et al., Lluviosa Seca muestras 2002). En el presente es- Tres lagunas 2,03 1,79 Tres lagunas 31 1,9 ± 0,6 0,4 ± 0,2 Inta Puita Iceptisol tudio, si se realiza una co- rrelación entre los flujos de Zapal 0,99 0,66 Zapal 30 0,9 ± 0,5 0,7 ± 0,4 Palmar 18 Iceptisol emisión en las plantaciones Algodones #1 0,15 0,10 Algodones # 1 28 0,12 ± 0,08 0,6 ± 0,3 CL Guri/Puita Iceptisol de arroz versus la altura de Playitas 1,84 0,72 Playitas 30 1,1 ± 0,5 1,0 ± 0,4 Inta Puita Iceptisol la planta, se encuentran Presas 0,11 0,19 coeficientes de Spearman Presas 30 0,14 ± 0,09 1,1 ± 0,5 Inta Puita Iceptisol/Vertisol comprendidos en el rango Pasquiel 0,64 0,35 Pasquiel 25 0,4 ± 0,2 0,11 ± 0,06 Inta Puita Vertisol entre 0,789 y 0,885, lo que Bancales Arriba 0,95 0,73 evidencia el importante Enaguas 0,32 0,14 Bancales Arriba 30 0,8 ± 0,5 0,5 ± 0,3 Xl 723+XP744+Inov ST Iceptisol aporte del desarrollo de es- Río Seco #1 Norte 0,31 0,77 Enaguas 26 0,2 ± 0,1 0,7 ± 0,4 CL-745+Inov Iceptisol tructuras fisiológicas inter- Río Seco #3 Norte 1,08 0,61 Río Seco #1 Norte 31 0,5 ± 0,3 0,6 ± 0,3 Inta Puita Iceptisol nas en la planta en el rol de las emisiones de este gas. Río Seco #3 Norte 31 0,7 ± 0,3 0,4 ± 0,2 Inta Puita Iceptisol La emisión de CH4 acumulada registrada en significativamente en los períodos posteriores al tra- [* ] El dato expresado como “ ± ” corresponde a la desviación estándar del factor. época lluviosa resultó significativamente (p < 0,05) tamiento de los lotes con fertilizantes nitrogenados. más alta que en el período seco (tabla 5). Corton et En la mayoría de los casos se reportaron aumentos En forma adicional a la toma de muestras de estándar, se presentan en la tabla 4. Al analizar al. (2000) y Epule et al. (2011) también han regis- comprendidos entre el 10 y 22 %, con respecto a los flujos de gases, se monitoreó la altura de la planta, los resultados se puede inferir que no existe una trado emisiones significativamente mayores du- valores registrados en la semana anterior, hecho la cual se midió en centímetros, desde el suelo has- diferencia significativa (p < 0,05) en los valores de rante la estación húmeda en plantaciones de arroz. que muestra una tasa de cambio mayor a la acu- ta el ápice de la panícula del tallo más alto. flujos de metano y óxido nitroso entre las distin- Lo anterior puede deberse a que, mientras mayor mulada en el tiempo. La aplicación de fertilizantes tas variedades de arroz y los tipos de suelos objeto sea el espesor de la capa de agua colocada sobre el nitrogenados disminuye el valor de la relación C/N Análisis estadístico del diseño experimental. suelo en las plantaciones, más grandes serán los y aumenta la actividad microbiana del suelo, lo que El valor de los flujos de CH4 y N2O para cada Durante las primeras etapas de crecimiento potenciales de reducción en el nivel del suelo. conduce a una mayor producción de CH4 en la ma- zona se calculó promediando las seis repeticiones del cultivo (plántulas con alturas promedio inferio- Corton et al. (2000) han reportado que du- yor parte del suelo (Liang et al., 2011). para cada día de muestreo. El test de Mann-Whit- res a 30 cm), los flujos de emisión de CH4 se regis- rante la época lluviosa se tiende a observar in- En forma adicional, el hecho de que el fer- ney U fue utilizado para determinar si existían traron en el rango de 0,01 a 0,30 kg ha-1 d-1 (figura crementos de hasta un 10 % en el contenido de tilizante aplicado contuviera P y K podría haber diferencias en los flujos instantáneos de CH4 en- 1). Dichos valores son significativamente (p < 0,05) carbono orgánico del suelo, en comparación con la causado un incremento en la emisión de CH4, ya tre zonas. Los análisis de varianza (ANOVA), en más bajos que los registrados al final de la etapa época seca, en plantaciones de arroz. Una condi- que la limitación de estos dos elementos en el los que cada campaña de muestreo se trató como de producción, justo antes de la cosecha, donde se ción de potencial mayor de reducción en el suelo, suelo provoca condición de estrés fisiológico en la una variable independiente, se utilizaron para alcanzaron valores de 2,89 a 4,42 kg ha-1 d-1. Lo sumada a un incremento en los contenidos de car- planta. La liberación de los ácidos orgánicos a la probar si existen diferencias significativas en los anterior puede deberse a la baja tasa de produc- bono orgánico durante el período de lluvias, pue- rizosfera, como exudados de las raíces bajo condi- flujos de CH4 y N2O entre lotes. ción de metano en el suelo, la mala conductividad de haber facilitado la actividad de los organismos ciones de P o K deficientes, pueden aumentar la del CH4 en este medio y al escaso desarrollo de la metanogénicos lo cual desencadenó una mayor producción de CH4 en la rizosfera de las plantas. Resultados y discusión estructura interna de la aerénquima de la planta producción de CH4 en las plantaciones. Dicho incremento en las emisiones de metano, ge- en las primeras etapas (Parlanti et al., 2011). Al analizar el comportamiento de los da- nerado después de la aplicación de fertilizantes Los promedios de flujo de metano y óxido Trabajos de investigación similares han es- tos durante todo el período de siembra, se encon- N-P-K, resultó ser menor en época lluviosa (15-18 nitroso obtenidos para las mediciones en los dife- tablecido que aproximadamente el 90 % de las tró que los flujos de emisión de CH4 aumentaban %) que en la temporada seca (8-12 %), situación rentes lotes de arroz, con su respectiva desviación emisiones de CH4 en las plantaciones de arroz son 10 Jorge Herrera, Víctor H. Beita, David Solórzano, Hazel Argüello y Agustín Rodríguez Determinación de emisiones de metano y óxido nitroso generadas en plantaciones de arroz en Guanacaste, Costa Rica 11 Ir a contenido Ir a contenido
Diciembre 2013. Número 46 Ciencias Ambientales 46: 5-14, ISSN: 1409-2158/2013. que se puede atribuir a una mayor acumulación Figura 1. Variación temporal de los flujos de emi- de carbono orgánico en el suelo, la cual indiscuti- sión de metano y óxido nitroso en las plantaciones blemente afecta el valor de la relación C/N. de arroz evaluadas (2012-2013) Si se analiza el comportamiento de las emi- siones de N2O durante todo el proceso de cultivo, se puede observar que este gas presenta un com- portamiento inverso al caso del metano, ya que los flujos de emisión más altos se registran al inicio del cultivo y van disminuyendo paulatinamente conforme avanza el período de cosecha (figura 1). El incremento de las emisiones de N2O en el pe- ríodo de crecimiento inicial observado, en el pre- sente estudio, puede atribuirse probablemente al aumento del contenido de carbono orgánico en el suelo. La disponibilidad de carbono orgánico se A. Baltodano. Arrozales, Guanacaste, Costa Rica considera un factor importante que influye en los procesos de nitrificación y las reacciones de des- nitrificación que ocurren simultáneamente en los la capa de agua presente en la plantación, Referencias micrositios aeróbicos y anaérobicos del suelo. Los las cuales favorecen las condiciones de re- Aulakh, M. S., Wassmann, R. y Rennenberg, H. (2001). Methane emissions from rice fields quantification, picos de emisión que se observan en el gráfico co- ducción en el suelo. Este comportamiento es mechanisms, role of management, and mitigation op- rresponden con los períodos de fertilización, que inverso al registrado para el caso del óxido tions. Advances in Agronomy 70, 193-260. facilitan una mayor disponibilidad de sustratos nitroso, donde el aumento de la descomposi- Aulakh, M. S., Wassmann, R. y Rennenberg, H. (2002). para reacciones de nitrificación y desnitrificación. ción de residuos de la planta en el suelo y el Methane transport capacity of twenty-two rice cul- Diversos estudios han demostrado que se genera tivars from five major Asian rice-growing countries. carbono orgánico disuelto en el suelo tienden Agriculture, Ecosystems & Environment 91, 59-77. un incremento en los niveles de N2O, posterior a a aumentar en época lluviosa y genera re- Bodilier, P. L. E. (2011). Interaction between nitrogenous la aplicación de fertilizantes nitrogenados (Au- fertilizers and methane cycling in wetland and upland ducciones significativas en las emisiones de lakh et al., 2001), e inclusive dichos valores pue- soils. Current opinion in environmental sustainability este gas. den permanecer altos durante varias semanas, 3 (5), 379-388. antes de regresar a los niveles de fondo después • La inexistencia de diferencias significativas Cai, Z., Xing, G., Yan, X., Xu, H., Tsuruta, H., Yagi, K. y Mi- entre los flujos de CH4 y N2O registrados de la fertilización. Conclusiones para diferentes variedades de arroz y tipos nami, K. (1997). Methane and nitrous oxide emissions from rice paddy fields as affected by nitrogen fertilizers Tal como sería de esperar, los valores de and water management. Plant Soil 196, 7-14. flujos de emisión de N2O obtenidos en época de suelo debe ser tomada con cautela, ya Cheng, W. G., Yagi, K., Sakai, H. y Kobayashi, K. (2006). Como parte del alcance del presente trabajo seca resultaron ser mayores a los correspon- que el trabajo realizado corresponde a lotes Effects of elevated atmospheric CO2 concentrations se pueden considerar las siguientes conclusiones: dientes al período lluvioso (tabla 6). Durante la ubicados en un mismo lugar geográfico, en on CH4 and N2O emission from rice soil: an experi- temporada de lluvias, se incrementa el conteni- donde la posibilidad de que se presenten ment in controlled environment chambers. Biogeoche- • Existe una relación directa entre el creci- mistry 77, 351-373. do de carbono orgánico en el suelo. En muchos gradientes importantes de concentración en Corton, T. M., Bajita, J. B., Grospe, F. S., Pamplona, R. R., casos, ese incremento se puede atribuir a la miento de las plantas de arroz y las emisio- especies químicas como el hierro es menor. Asis, C. A., Wassmann, R., Lantin, R. S. y Buendia, exudación radicular resultante del aumento de nes de metano generadas en este cultivo, la L. V. (2000). Methane emission from irrigated and • En el caso del metano, el factor de emisión la biomasa de raíces del cultivo. Con el aumen- cual se puede deber al desarrollo fisiológico intensively managed rice fileds in Central Luzon obtenido resulta ser menor al reportado por to de la descomposición de residuos de la planta de estructuras como la aerénquima. (Phillipines). Nutrient Cycling in Agroecosystems 58, el Instituto Meteorológico Nacional y al co- 37-53. en el suelo, el carbono orgánico disuelto en el • Las emisiones de metano registradas en épo- rrespondiente al IPCC; sin embargo, se debe Crutzen, P. J. y Lelieveld, J. (2001). Human impacts on at- suelo tiende a aumentar y genera reducciones ca lluviosa resultaron ser mayores a los va- mospheric chemistry. Annual review of earth and pla- realizar estudios en otras áreas geográficas significativas en las emisiones de N2O (Huang lores reportados para el período seco, lo que netary sciences 29, 17-45. para lograr una mayor representatividad et al., 2004). evidencia una posible influencia del conteni- Datta, A., Santra, S. C. y Adhya, T. K. (2011). Relationship que permita avanzar al desarrollo de un between CH4 and N2O flux from soil and their ambient do de carbono en el suelo y de la altura de verdadero factor nacional de emisión. mixing ratio in a riparian rice-based agroecosystem of 12 Jorge Herrera, Víctor H. Beita, David Solórzano, Hazel Argüello y Agustín Rodríguez Determinación de emisiones de metano y óxido nitroso generadas en plantaciones de arroz en Guanacaste, Costa Rica 13 Ir a contenido Ir a contenido
Ciencias Ambientales 46: 15-26, ISSN: 1409-2158/2013. Diciembre 2013. Número 46 [Fecha de recepción: octubre, 2013. Fecha de aprobación: febrero, 2014.] Diagnóstico preliminar tropical region. Journal of Environmental Monitoring 13 (12), 3469-3474. Dobbie, K. E. y Smith, K. A. (2003). Nitrous oxide emission Kammann, C., Müller, C., Grünhage, L. y Jäger, H.-J. (2008). Elevated CO2 stimulates N2O emissions in permanent grassland. Soil Biology & Biochemistry de los niveles de emisión factors for agricultural soils in Great Britain: the im- pact of soil water-filled pore space and other contro- 40, 2194-2205. Khalil, M. A. K., Rasmussen, R. A. y Shearer, M. J. (2002). de amoníaco y sulfuro de hidrógeno en distintas lling variables. Global Change Biology 9, 204-218. Atmospheric nitrous oxide: patterns of global change Epule, T. E., Peng, C. y Mafany, M. N. (2011). Methane emis- during recent decades and centuries. Chemosphere sions from paddy rice fields: strategies towards achie- 47, 807-821. ving a win-win sustainability scenario between rice production and methane emission reduction. Journal Kroeze, C., Mosier, A. y Bouwman, L. (1999). Closing the glo- bal N2O budget: a retrospective analysis 1500-1994. modalidades de producción en of Sustainable Development 4 (6), 188-196. Global Biogeochemical Cycles 13, 1-8. Forster, P., Ramaswamy, V., Artaxo, P., Berntsen, T., Betts, R., Fahey, D. W., Haywood, J., Lean, J., Lowe, D. C., Ma, J., Ma, E., Xu, H., Yagi, K. y Cai, Z. (2009). Wheat straw management affect CH4 and N2O emissions granjas avícolas en Costa Rica Myhre, G., Nganga, J., Prinn, R., Raga, G., Schulz, M. y from rice fields. Soil Biology & Biochemistry 41 (5), Van Dorland, R. (2007). Changes in atmospheric cons- 1022-1028. tituents and in radiative forcing. En: Solomon, S., Qin, Nishimura, S., Sawamoto, T., Akiyama, H., Sudo, S. y Yagi, Jorge Herrera, José F. Rojas y Asdrúbal Bolaños D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K. B., K. (2004). Methane and nitrous oxide emissions from J. Herrera, especialista en química y física de la atmósfera, es coordinador del Laboratorio Tignor, M. y Miller, H. L. (Eds.) Climate Change 2007: a paddy field with Japanese conventional water de Análisis Ambiental de la Escuela de Ciencias Ambientales de la Universidad Nacional the Physical Science Basis. Contribution of Working management and fertilizer application. Global Bio- (Costa Rica) (jorge.herrera.murillo@una.cr). J. Rojas, químico, es investigador en el mismo Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergo- geochemical Cycles 18, 1-10. Laboratorio (jfrojas60@yahoo.com). A. Bolaños es ingeniero químico de la Universidad de vernmental Panel on Climate Change. United Kingdom Parlanti, S., Kudahettige, N. P., Lombardi, L., Sodi, M. A., Costa Rica (abolanos@ucr.ac.cr). and New York, USA: Cambridge University Press. Alpi, A., Pireta, P. y Puciarreallo, C. (2011). Dis- Liang, B., Yang, X., He, X. y Zhou, J. (2011). Effects of 17- tinct mechanisms for aerenchyma formation in leaf year fertilization on soil microbial biomass C and N and soluble organic C and N in loessial soil du- sheaths of rice genotypes displaying a quiescence or escape strategy for flooding tolerance. Annal of Bota- Resumen Se realizó la carac- Abstract A characterization of Introducción E ring maize growth. Biology and Fertility of Soil 47, nics 107 (8), 1335-1343. terización de las emisiones the ammonia and hydrogen 121-128. Snyder, C. S., Bruulsema, T. W., Jensen, T. L. y Fixen, P. de amoníaco y sulfuro de sulfide emissions genera- n el interior de las granjas avícolas se Liu, L. L. y Greaver, T. L. (2009). A review of nitrogen en- E. (2009). Review of greenhouse gas emissions from hidrógeno generadas en las ted by different production generan emisiones capaces de afectar richment effects on three biogenic GHGs: the CO2 crop production systems and fertilizer management diferentes modalidades de models in poultry farms of la salud de trabajadores y de vecinos. sink may be largely offset by stimulated N2O and CH4 effects. Agriculture, Ecosystems & Environment 133, emission. Ecology Letters 12, 1103-1117. 247-266. producción dada en granjas Costa Rica was carried out. Estas suelen ser una mezcla de gases (amo- avícolas existentes en Cos- It was found that egg pro- Gupta, P. K., Gupta, V., Sharma, C., Das, S. N., Purkait, N., Toyoda, S., Yano, M., Nishimura, S., Akiyama, H., Ha- níaco y sulfuro de hidrógeno), compues- Adhya, T. K., Pathak, H., Ramesh, R., Baruah, K. K., yakawa, A., Koba, K., Sudo, S., Yagi, K., Makabe, ta Rica. Se encontró que las duction farms have the lar- granjas de producción de gest emissions since they tos orgánicos volátiles (COV) y partículas. Venkatratnam, L., Singh, G. y Iyar, C. S. P. (2009). A. y Tobari, Y. (2011). Characterization and pro- Development of methane emission factor for Indian duction and consumption processes of N2O emit- huevos poseen las emisiones mostly use management Los efectos causados son esencialmente los paddy fields and estimation of national methane bud- ted from temperate agricultural soils determined más importantes, debido a systems based on cages with mismos sobre seres humanos y animales get. Chemosphere 74, 590-598. via isotopomer ratio analysis. Global Biogeochemi- que, en su mayoría, utilizan pits which generates a high (MAPA, 2006). Huang, Y., Zou, J., Zheng, X., Wang, Y. y Xu, X. (2004). Ni- cal Cycles 25, GB2008. Disponible en http://dx.doi. sistemas de manejo tipo jau- emission of ammonia (16 La mayoría de los gases producidos por trous oxide emission as influenced by amendment of org/10.1029/2009GB003769. la con fosa que generan una ppm). While the fattening plant residues with different C:N ratios. Soil Biology Wrage, N., Velthof, G. L., van Beusichem, M. L. y Oenema, la actividad agropecuaria se genera como alta emisión de amoníaco (16 farms had the lower emis- consecuencia de procesos naturales tales & Biochemistry 36, 973-981. O. (2001). Role of nitrifier denitrification in the pro- ppm). Mientras, las granjas sions since they mostly use Insum, H. y Wett, B. (2008). Control of GHG emission at duction of nitrous oxide. Soil Biology and Biochemistr como el metabolismo animal y la degrada- the microbial community level. Waste Management 33, 1723-1732. de engorde presentaron las open systems, which are low emisiones más bajas, como ammonia emission models ción de las heces y la orina. Su emisión de- 28 (4), 699-706. Yu, K. W., Chen, G. X. y Patrick, W. H. (2004). Reduction pende de diferentes factores asociados al di- Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). (2007) of global warming potential contribution from a rice consecuencia de que, casi en (6 ppm). There were no sig- Working Group I. The Physical Science Basis. Sum- field by irrigation, organic matter, and fertilizer ma- su totalidad, usan sistemas nificant concentrations of seño y mantenimiento de las instalaciones, mary for Policymakers. Disponible en http://ipcc-wgI. nagement. Global Biogeochemical Cycles 18, GB3018. de manejo abierto, los cuales hydrogen sulfide in the eva- así como de la gestión que se realice durante ucar.edu/wgI/wgI-report.html. Zou, J. W., Huang, Y., Jiang, J. Y., Zheng, X. H. y Sass, R. L. son de baja emisión (6 ppm). luated models, except when los procesos de almacenamiento, tratamien- Jagadamma, S., Lal, R., Hoeft, R. G., Nafiger, E. D. y Adee, (2005). A 3-year field measurement of methane and No se encontraron concen- a mechanical removal of to y reutilización agrícola de los desechos. E. A. (2007). Nitrogen fertilization and cropping sys- nitrous oxide emissions from rice paddies in China: traciones significativas de mounds of chicken manure, Esto ha ocasionado que algunas actividades tem impacts on soil properties and their relationship effects of water regime, crop residue, and fertilizer to crop yield in the central Corn belt, USA. Soil and application. Global Biogeochemical Cycles 19, 1-9. Tillage Research 95, 348-356. 14 Jorge Herrera, Víctor H. Beita, David Solórzano, Hazel Argüello y Agustín Rodríguez Revista Semestral de la Escuela de Ciencias Ambientales 15 Ir a contenido Ir a contenido
Diciembre 2013. Número 46 Ciencias Ambientales 46: 15-26, ISSN: 1409-2158/2013. sulfuro de hidrógeno, ex- with several weeks of stor- generen conflictos con las comunidades ve- Cuadro 1. Principales compuestos relacionados con olores en granjas avícolas cepto cuando se hizo la age, took place. A peak of cinas por diversas razones; una de ellas, las Sustancia Olor Densidad (g/L) Valor límite (ppm) Impacto en los animales remoción mecánica del 163 ppm of hydrogen sulfide quejas por olores. apilamiento de excretas al- was observed during the < 2 ppm: cambios fisiológicos y de El olor es uno de los impactos más per- macenadas por varias sema- process. The ammonia emis- Huevo 1,54 (más pesado comportamiento. ceptibles generados por las actividades pro- H2S podrido que el aire) 10 2-5 ppm: irritación respiratoria. nas y se hallaron picos de sions were modeled for some emisión de hasta 163 ppm. farms using an atmospheric ductivas en el sector avícola y, por lo tanto, > 800 ppm: letal. La dispersión atmosférica dispersion model, AERMOD es el problema más sentido por la población. > 20 ppm: irritación de las vías de las emisiones de amonía- (USEPA), to determine the Se debe distinguir entre las sustancias olo- 0,77 (más ligero respiratorias. rosas (compuestos capaces de producir olor) NH3 Punzante 25 co fue modelada utilizando impact in the surroundings. que el aire) > 20 ppm: cefaleas. el AERMOD (USEPA), para Using the results of the vali- y el olor (percepción del efecto de una sus- > 5000 ppm: letal. evaluar el impacto en los al- dated model, it was found tancia olorosa cuando el sistema olfativo la rededores. Se encontró cum- that the ammonia concen- detecta). Por lo tanto, es una cuestión sub- plimiento con el reglamento trations around the farms jetiva pero necesaria de abordar, puesto que Los principales factores involucrados en el volatilización del amoníaco ocurre a una tasa más de inmisiones a distancias met the local regulation for es la principal fuente de molestias para las equilibrio químico de la última ecuación son: la tem- baja con respecto a valores de pH más altos. más allá de los perímetros air quality. But in some cas- poblaciones cercanas, que reduce su calidad peratura de la excreta, la temperatura ambiente, Sin embargo, una cierta volatilización del de las granjas; sin embargo, es is highly probable to ex- en algunos casos es posible ceed the odor threshold for de vida e incluso devalúa las propiedades la ventilación, el pH de la excreta, su contenido en amoníaco ocurre incluso bajo condiciones mode- sobrepasar el límite de de- ammonia, which is one of colindantes. amonio, el grosor de la capa de excretas y la superfi- radamente ácidas. Bajo condiciones ácidas, el tección olfatoria que nor- the main complaints of the De los compuestos químicos presentes cie de contacto excreta-aire (MAPA, 2006). amoníaco que se volatiliza será remplazado, de- malmente representa una population living around en los desechos agropecuarios que contribu- El amoníaco es un gas irritante con un olor bido al reestablecimiento continuo del equilibrio de las quejas más comunes this kind of agricultural and yen a la generación de malos olores, cabe característico (picante), incoloro y más ligero entre las concentraciones de la especie ionizada por este tipo de actividades. livestock activities. destacar el amoníaco, el sulfuro de hidró- comparado al aire. La concentración habitual en y no ionizada del gas en la disolución. Conforme geno y los compuestos orgánicos volátiles. las explotaciones oscila entre 5 y 20 ppm. Concen- el pH aumenta por encima de 7, la concentración Palabras clave: amonía- Keywords: ammonia, area Estos últimos se generan en el intestino traciones superiores producen irritación nasal y del amoníaco aumenta al igual que el índice de la co, emisiones de fuentes de source emissions, atmos- grueso por la acción de las bacterias anae- ocular. A partir de 50 ppm producen cefaleas. No volatilización de este (USEPA, 2001). área, granjas avícolas, mo- pheric dispersion model, róbicas sobre los carbohidratos, proteínas y es letal hasta los 5000 ppm. Se describe en nu- El otro contaminante importante generado delo de dispersión atmosfé- odours, poultry farms. rica, olores. ácidos grasos. Hasta el momento, se identi- merosas ocasiones que a partir de 30 ppm lleva a por las actividades agropecuarias es el sulfuro de fican más de 150 compuestos con olores des- disminuir la ingesta y las producciones, tanto de hidrógeno, el cual tiene su origen en los procesos agradables, algunos de los cuales tienen lí- huevos como de carne. De igual modo, se describe de reducción anaeróbica de determinados ami- mites de detección muy bajos (por debajo de su capacidad, en condiciones experimentales, de noácidos azufrados (metionina y cistina) y pre- 1 ppb). Por esta razón, es muy complicado facilitar las infecciones por virus y micoplasmas senta un olor característico a huevos podridos. Es medir el olor y mucho más regularlo a tra- (MAPA, 2006). incoloro y más denso que el aire. Por esta razón, vés de un reglamento objetivo (Wark, 2008). La volatilización del amoníaco de cualquier se concentra en las partes bajas (fosos) de cual- En las aves, el amoníaco proviene de operación de AFO (por sus siglas: Animal Fee- quier estructura de contención. Aunque se pro- las excretas, que se constituyen principal- ding Operations) varía significativamente de- duce en cantidades muy pequeñas, es el gas más mente en ácido úrico, y en la mayoría de las pendiendo de la concentración de este gas, de la tóxico que se puede originar en las explotaciones condiciones se transforma rápidamente en temperatura, del pH y del tiempo de almacenaje agropecuarias. Puede afectar desde concentracio- urea. Seguidamente, ocurre la hidrólisis de total. Las emisiones dependerán de la cantidad nes bajas (< 1 ppm), dependiendo del tiempo de la urea por la acción de la enzima ureasa del amoníaco-nitrógeno disponible en disolución exposición, y causa cambios de comportamiento y liberada por ciertos grupos de bacterias eli- para poder reaccionar y producir amoníaco, o bien fisiológicos (cambios en la frecuencia de alimen- minadas con las heces, como se observa en generar el amonio ionizado (NH4+), el cual es per- tación, incremento del ritmo cardiaco y de la fre- las siguientes ecuaciones (1 y 2). manente. En la disolución, el equilibrio entre el cuencia respiratoria). A partir de 50 ppm causa amoníaco ionizado (NH4+) y la especie no ioniza- náuseas, vómitos y afectación del sistema ner- UREA Ureasa 2 NH 4+ + 2CO32− (1) da (NH3) se controla por el pH y la temperatura. vioso con pérdida de conciencia. Termina siendo Bajo condiciones ácidas (valores de pH de menos letal a partir de 800 ppm, debido al edema pulmo- NH 4+ + H 2O NH 3( g ) + H 3O + (2) de 7,0), el amonio es la especie predominante y la nar que ocasiona (MAPA, 2006). 16 Jorge Herrera, José F. Rojas y Asdrúbal Bolaños Diagnóstico preliminar de los niveles de emisión de amoníaco y sulfuro de hidrógeno en distintas modalidades de 17 producción en granjas avícolas en Costa Rica Ir a contenido Ir a contenido
Diciembre 2013. Número 46 Ciencias Ambientales 46: 15-26, ISSN: 1409-2158/2013. Es difícil encontrar concentraciones eleva- para consumo y la de producción de pollos de en- • Sistemas de casetas de ambiente controlado. • Granjas de reproducción. das de sulfuro de hidrógeno en las explotaciones gorde (broiler). En estos modelos de producción • Sistemas de casetas de ambiente • Granjas para la producción de huevos para avícolas. El mayor peligro se produce cuando se normalmente se manejan 3 sistemas de explota- semicontrolado. consumo. manipula el lecho acumulado en los fosos de eyec- ción (Vaca, 2003): • Sistemas de casetas abiertas. • Granjas para la producción de pollos de ciones (excretas) durante períodos largos. En el engorde. momento del vaciado se pueden producir picos • Tipo familiar. Las diferencias entre ellos están en la forma en la liberación de este gas que pueden resultar • Semiconfinamiento. de hacer un control de la temperatura y la humedad Además, para cada modalidad de operación tóxicos. También los trabajadores deben tener • Confinamiento total. interna, según la ubicación geográfica (condiciones se estudió las emisiones de los principales sistemas cuidado cuando ingresan a las fosas de almace- meteorológicas locales), para garantizar las condi- de explotación intensiva, los cuales son: namiento, especialmente cuando sean cubiertas. Sistema de explotación de tipo familiar: se prac- ciones suficientes que permitan un hábitat óptimo Diferentes organizaciones de seguridad en el tra- tica principalmente en áreas rurales y semiurba- para las aves, con el fin de mantener un alto índice • Sistema de galpones de ambiente semicon- bajo recomiendan no superar los 20 ppm (MAPA, nas. En las casas se mantienen, en el patio o en de producción. Esta variable hace una diferencia trolado. 2006). En el siguiente cuadro se resumen las prin- galerones, algunas gallinas y pollos para consumo importante en las tasas de emisión de compuestos • Sistema de galpones abiertos. cipales características del amoníaco y del sulfuro interno y así se complementa con carne y huevos químicos relacionados con olores molestos. de hidrógeno. la dieta familiar. Los excedentes de los productos Existen distintos tipos de medidas que pue- Tomando en cuenta los criterios menciona- Aunque en las explotaciones intensivas se no consumidos se venden para aumentar el ingre- den implementarse para el control de los olores en dos, se hizo un diseño experimental, acorde con manejan densidades muy elevadas de animales, so del hogar (Vaca, 2003). las granjas avícolas. Algunos de ellos obedecen al los recursos disponibles para el estudio. Este con- en algunos sistemas de manejo no se suelen en- sistema de manejo y operación desarrollado en el templó la visita a ocho granjas avícolas distribui- contrar concentraciones muy elevadas de los ga- Sistema de explotación en semiconfinamiento: galpón y otros a las medidas de índole nutricional. das en cinco provincias, con lo que se muestreó ses señalados, ya que se eliminan al exterior me- implica un mayor grado de inversión inicial y de Estas últimas son muy adecuadas por su efectivi- un total de treinta y un galpones. La campaña de diante los sistemas de ventilación mecánica con tecnología comparado a la explotación de tipo fa- dad en minimizar las emisiones, su facilidad de muestreo abarcó de junio a setiembre del 2008. que suelen contar este tipo de instalaciones. miliar. Se practica con mayor frecuencia en sitios incorporación en la rutina de manejo de la explo- En el cuadro 2 se muestra, de manera resumida, En el sector avícola costarricense se distin- donde el valor de la tierra no es muy elevado y se tación y porque además resultan económicamente el diseño experimental utilizado. guen cuatro principales modalidades de produc- cuenta con extensiones de terreno con pastos natu- viables, cuando no claramente favorables en aho- Para los muestreos de amoníaco y sulfuro ción de alto impacto: rales, que pueden suplir, en parte, la alimentación rro de costos. Entre las medidas relacionadas con de hidrógeno, se utilizó un analizador multipará- de las aves. Las construcciones que se emplean el tipo de manejo están las basadas en la remoción metros automático, marca RAE, modelo Sentry • Granjas de reproducción e incubación para alojarlas durante la noche consisten, general- de la gallinaza (excretas) de la galera o del galpón, PGM-5010 MULTI-GAS MONITOR, el cual cuen- integradas. mente, en una caseta o galpón rodeado por un área de cada tres a cuatro días (Fernández, 2007). Sin ta con sensores electroquímicos específicos con • Crianza y desarrollo de aves de reemplazo. verde. El perímetro del área verde se delimita por embargo, antes de implantar alguna medida, es una resolución de 1 ppmv. Antes de cada día de • Granjas para la producción de huevos de una cerca de alambre, que impide a las aves alejar- necesario primero conocer cómo se comportan las muestreo se calibró el equipo empleando cilindros consumo. se del sitio de confinamiento (Vaca, 2003). emisiones para los diferentes tipos de manejo que de concentración certificada. Además, durante los • Granjas para la producción de pollos de pueden darse en los galpones y así poder escoger la muestreos, después de cada 15 minutos de medi- engorde. Sistema de explotación en confinamiento total: las decisión más eficiente para cada caso. ción continua, se hizo una calibración del cero con aves permanecen confinadas bajo techo duran- El presente estudio busca hacer un diag- aire fresco para evitar saturar los sensores (Sen- En forma complementaria a las anterio- te toda su vida. Con esto se pretende controlar, nóstico de cómo los distintos tipos de manejo en tryRae, 2002). Este equipo se colocó a una altura res modalidades de producción, se han desarro- hasta en sus menores detalles, los factores que el sector avícola afectan las emisiones de amo- no mayor a 10 centímetros con respecto al nivel llado las fábricas dedicadas a la elaboración de más influyen en la productividad de las aves, ta- níaco y sulfuro de hidrógeno, reconocidos com- del lecho, debido a que el sulfuro de hidrógeno es alimentos avícolas, las plantas destinadas exclu- les como la salud, la alimentación y el manejo del puestos químicos relacionados con problemas aproximadamente 1,54 veces más denso que el sivamente a la incubación comercial de huevos potencial productivo (Vaca, 2003). de olores molestos. aire en condiciones normales, por lo que tiende a fértiles y plantas para el procesamiento de pollo Este último sistema es uno de los más utili- estar cerca del suelo. de engorde y gallinas que han finalizado su ciclo zados en los modelos de explotación intensiva de Costa Rica, donde el tipo de caseta o galpón uti- Metodología Cada galpón seleccionado fue dividido en productivo. En Costa Rica las modalidades de la una cuadrícula de ocho partes y se hicieron me- empresa avícola que han alcanzado mayor gra- lizado varía, los más comunes son los siguientes Para el estudio se escogieron distintas gran- diciones en el centro de cada cuadrícula en inter- do de expansión son las de producción de huevos tres tipos: jas que contaran con las principales modalidades valos de 15 minutos, en la mañana de las 9.00 h a de operación más utilizadas en Costa Rica: 18 Jorge Herrera, José F. Rojas y Asdrúbal Bolaños Diagnóstico preliminar de los niveles de emisión de amoníaco y sulfuro de hidrógeno en distintas modalidades de 19 producción en granjas avícolas en Costa Rica Ir a contenido Ir a contenido
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