Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales

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Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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, 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

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Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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
Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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
Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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
Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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
Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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
Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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
Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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
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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
Emisiones de gases de efecto invernadero, conservación y captura de carbono con árboles y otros servicios ambientales
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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