Secuestro de carbono

Universidad Nacional Federico Villarreal

Facultad de Ingeniería Geográfica, Ambiental y Ecoturismo

Escuela de Ingeniería Ambiental

Determinación de las reservas de carbono en la biomasa aérea de sistemas agroforestales de Theobroma cacao L. Departamento de San Martín

Resumen de tesis para obtener el título de: Ingeniero Ambiental

Elaborado por: Bach. Juanita Yesenia Concha Huacoto

Lima – Perú, 2006

I- Nivel de pregrado.

Carrera profesional: Ingeniería Ambiental

Título profesional: Ingeniero Ambiental.

Denominación del trabajo: Tesis

Título de tesis: Determinación de las reservas de carbono en la biomasa aérea de Theobroma cacao L. Departamento de San Martín

Autor: Concha Huacoto Juanita Yesenia.

II- Contenido del resumen

1- Aspecto metodológico

1.1- El sitio

Los sistemas evaluados están localizados en el departamento de San Martín, en las provincias de Mariscal Cáceres y la provincia de San Martín. Los sistemas estudiados parten de variables controlables y experimentales muy proporcionales entre sí, para dar esencia al estudio.

1.2- Fundamento

En la ruta fotosintética el carbono es secuestrado en la biomasa y después parcialmente incorporado al suelo. Así, su cuantificación se hace en estos dos reservorios mayores; luego su consolidación resultará de la sumatoria definida por:

CT = CB + CS

CT: carbono total

CB: carbono en la biomasa

CS: carbono en el suelo

1.3- Medición en el campo

La metodología usada está basada en fundamentos científicos para contabilizar con precisión el carbono almacenado en diferentes sistemas de uso de la tierra. Es una metodología elaborada por The World Agroforestry Centre; las fórmulas empleadas para especies forestales vivas y muertas se desarrollaron mediante estudios previos con métodos destructivos en bosques secundarios de la selva peruana, donde la mejor correlación se obtuvo entre la biomasa seca y el diámetro del árbol.

Para la estimación del carbono contenido en los diferentes sistemas se realizó inicialmente un inventario exploratorio forestal para estimar volumen de madera en base al diámetro a la altura del pecho (DAP) y así el dimensionamiento correcto de los transectos.

Siguiendo la siguiente metodología:

En cada uno de los sistemas evaluados se determinó transectos al azar y en direcciones diferentes, tratando de tener una mayor dispersión y variación, para luego hacer las respectivas mediciones de cada árbol existente midiendo su altura y sus diámetros y tomar muestras de los diferentes tipos de biomasa aérea y estimar la cantidad total de carbono en cada ecosistema, considerando entonces en conclusión:

• Inventario de árboles en pie (vivos o muertos)
• Inventario de árboles caídos muertos
• Vegetación herbácea y arbustiva
• Hojarasca

a) Biomasa arbórea viva

Para estimar el carbono almacenado en la biomasa arbórea viva (BAV), se trazan parcelas de 4 m x 25 m donde se realiza el inventario forestal, midiendo el diámetro a la altura del pecho (DAP) de todos los árboles comprendidos en el rango de 2.5 hasta 30 cm de DAP. Si dentro de esta parcela se presentan árboles con DAP mayores de 30 cm, se traza una nueva parcela de 5 m x 100 m, que se superpone sobre la parcela de 4 m x 25 m.

Para árboles que se ramifican por debajo del DAP se estima su biomasa después de calcular el diámetro general del árbol; se utiliza un diámetro promedio.

Se registra en todos los casos: los nombres locales de cada árbol, si es ramificado (R) o no (NR), índice de densidad de la madera de la especie (alta: 0,8; media: 0,6; baja: 0,4).

b) Biomasa arbustiva y herbácea

La biomasa arbustiva (BAb) y herbácea (BHb) está compuesta de biomasa epígea fresca de arbustos menores de 2,5 cm de diámetro; gramíneas y otras hierbas. La biomasa se estima por muestreo directo en dos cuadrantes de 1 m x 1 m distribuidos al azar dentro de las parcelas de 4 m x 25 m. Se corta toda la vegetación a nivel del suelo y se registra el peso fresco total por metro cuadrado; se colecta la muestra, se registra su peso fresco y luego se coloca en una bolsa de papel correctamente identificada, secándola en hornos de aire caliente a 75 °C hasta obtener peso seco constante.

El peso seco de esta biomasa se eleva a t/ha y este valor se multiplica por el factor de 0.45, obteniéndose la cantidad de carbono en este tipo de biomasa.

c) Biomasa de la hojarasca (Bh)

Se cuantifica en base a la capa de mantillo u hojarasca y otros materiales muertos (ramillas, ramas) en cuadrantes de 0,5 m x 0,5 m colocados dentro de cada uno de los cuadrantes de 1 m x 1 m. Se colecta toda la hojarasca y se registra el peso fresco total por 0,25 m2; de esta se saca una muestra, registrando su peso, y colocándola en bolsas de papel debidamente identificadas; se seca en hornos de aire caliente a 75 °C hasta obtener peso seco constante.

Este peso seco se lleva a t/ha y se multiplica por el factor de 0.45 para obtener la cantidad de C/ha en la hojarasca.

1.4- Cálculos

a) Biomasa arbórea viva

BAV ó BAM = 0,1184 x DAP(2,53)

Donde:

BAV = biomasa árboles vivos

BAM = biomasa de árboles muertos en pie

0,1184 = constante

DAP = diámetro a la altura del pecho (cm)

2,53 = constante

b) Biomasa para árboles caídos muertos

BAMC = 0,4 x DAP2 x L x 0,25 x π

Donde:

BAMC = biomasa árboles muertos caídos

0,4 = densidad (valor asumido por convención)

DAP = diámetro promedio (cm)

L = longitud del árbol (m)

0,25 = constante

π = pi, constante (3,1416)

c) Contenido de carbono en la biomasa vegetal seca

CB = B x 0,45

Donde:

CB = contenido de carbono en biomasa

B = biomasa vegetal seca que puede ser de BAV, BAM, BAMC, BAr, BHb y BH

0,45 = constante (proporción de carbono, asumida por convención)

d) Biomasa para hojarascas

BH (TM/ha) = (PSM / PFM) * PFT * 0.04

Donde:

BH: biomasa de la hojarasca de la materia seca

PSM: peso seco de la muestra colectada

PFM: peso fresco de la muestra colectada

PFT: peso fresco total por metro cuadrado

0,04 = factor de conversión

e) Herbáceas y arbustivas

BAH (TM/ha) = (PSM / PFM) * PFT * 0.1

Donde:

BAH: biomasa arbustiva/herbácea de la materia seca

PSM: peso seco de la muestra colectada

PFM: peso fresco de la muestra colectada

PFT: peso fresco total por metro cuadrado

0,1 = factor de conversión

f) Cálculo del carbono total

CTB = CBAV + CBAM + CBAMC + CBAr + CBHb + CBh

Donde:

CTB = carbono total en biomasa vegetal seca

CBAV = carbono en biomasa árboles vivos

CBAM = carbono en biomasa árboles muertos

CBAMC = carbono en biomasa árboles muertos caídos

CBAr = carbono en biomasa arbustiva

CBHb = carbono en biomasa herbácea

CBh = carbono en hojarasca

g) Análisis estadísticos

Se usó SAS (sistemas de Análisis Estadístico) para encontrar la mejor correlación entre las variables experimentales de altura, diámetro y edad (ecuación alométrica). Luego se realiza una comparación de los datos mediante el diagrama de cajas (boxplot). Se utiliza como herramienta visual para ilustrar los datos, estudiar simetría, colas y supuestos sobre la distribución, y para comparar diferentes poblaciones.

2- Planteamiento del problema

¿Cuál es la tasa de fijación de carbono de los diferentes sistemas agroforestales de cacao?

¿Cuál es la dinámica de fijación de carbono del sistema agroforestal durante sus diferentes etapas de crecimiento?

3- Objetivos

3.1- Objetivo general

Determinar las reservas de carbono que han sido captadas en la biomasa aérea de diversos sistemas agroforestales de cacao a diferentes edades en asociación con otras especies forestales usadas como sombra y que generan otros servicios como madera, fruto y leña.

3.2- Objetivos específicos

• Generar ecuaciones matemáticas que permitan conocer la cantidad de carbono existente en la biomasa aérea del cacao.
• Analizar la dinámica de almacenamiento y/o reservas de carbono en la biomasa aérea de sistemas agroforestales en edades de 5, 12 y 20 años a partir de un modelo matemático.
• Generar la información básica para generar líneas de base para gestionar créditos por carbono ante la comunidad internacional.

4- Hipótesis

Hipótesis 1: A mayor biomasa, mayor secuestro de carbono.

Hipótesis 2: Los sistemas agroforestales secuestran un mayor volumen de carbono en relación a los sistemas únicos de uso de la tierra ortodoxo-locales.

Hipótesis 3: De acuerdo a su dinámica espacio-temporal, fijan más carbono las especies conformantes de los sistemas agroforestales de 5 a 12 años (jóvenes) que las plantaciones maduras de 20 años o más.

5- Breve referencia al marco teórico

5.1- Marco legal

a) Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático

Fue firmada en Río de Janeiro el 4 de junio de 1992. Entró en vigencia el 21 de marzo de 1994, dentro del cual participaron 181 países; cabe resaltar que el Perú estuvo desde sus inicios (CONAM, 2001).

Con sus compromisos:

• Elaborar un inventario de las emisiones
• Programas nacionales de mitigación y adaptación
• Desarrollo y transferencia de tecnologías de sectores
• Promover la gestión sostenible de sumideros

b) Conferencia de las Partes (COPs)

Es el órgano supremo de la convención; se reúne una vez al año y en forma extraordinaria. Entre sus principales funciones están:

• Examinar, evaluar y publicar sobre el cumplimiento de las obligaciones
• Promover el desarrollo de metodologías para los inventarios de emisiones
• Establecer y regular los órganos subsidiarios

c) Protocolo de Kyoto

El Protocolo de Kyoto fue adoptado en diciembre de 1997, en el marco de la tercera Conferencia de las Partes (COP), como una iniciativa de seguimiento a los lineamientos establecidos por la Convención Marco sobre el Cambio Climático. Este tratado busca lograr la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en un 5% para el quinquenio 2008-2012 con respecto a 1990 (CONAM, 2001).

Para alcanzar estos objetivos, el Protocolo establece tres mecanismos de flexibilidad que son:

• Implementación conjunta (IC)
• Comercio de emisiones (CE)
• Mecanismos de desarrollo limpio (MDL)

Los dos primeros corresponden a países desarrollados. El último mecanismo es para países en vías de desarrollo; en la actualidad en el Perú se viene trabajando con un grupo de consultores del CONAM y una junta directiva que, en conjunto, aprueban las acciones.

5.2- Marco histórico

a) Estudios de estimación de la captura de carbono en la Amazonia y sierra peruana y otros países

Estudios en la Amazonia

En los últimos años The World Agroforestry Centre ha desarrollado estudios que evalúan las reservas de carbono en diferentes sistemas de uso de la tierra, en dos sitios de los trópicos húmedos del Perú y un sitio de trópico semi-seco dentro de un ecosistema de montañas.

Otros estudios de captura de carbono en la selva peruana

Con el apoyo del International Resources Group (IRG), se otorgó apoyo a investigadores que desarrollaron estudios de captura de carbono en la selva peruana. Se presenta a continuación un resumen de ellos.

Valoración económica de captura de carbono mediante simulación aplicada a la zona boscosa del Río Inambari y Madre de Dios, realizado por el Ing. Pedro Pablo Chambi Condori. Este estudio comprende las zonas boscosas de Madre de Dios, norte de Puno y Quispicanchis de Cusco. Para el análisis de la biomasa arbórea se evaluaron 12 parcelas; cuantifica, entre otros, la captura de carbono en biomasa.

Capacidad de captura de CO2 en bosques secundarios del trópico amazónico, realizado por el Ing. Gustavo Malca Salas (citado por Lapeyre, 2003).

En este estudio se seleccionaron tres tipos de bosque en parcelas del Centro de Investigación Forestal de la Universidad de la Amazonía Peruana, escogiendo un grupo de parcelas. Entre otros tenemos los estudios de Tatiana Lapeyre y Daniel Callo Concha, realizados en San Martín (Yurimaguas) y Ucayali; Huánuco.

Estudios en la sierra

The World Agroforestry Centre y los tesistas Jorge Capto Chuchon y Daniel Callo Concha han realizado estudios en diversos lugares de la sierra por encima de los 3 000 m s. n. m., con precipitaciones anuales de 500-1 000 mm y suelos poco profundos, fértiles con alto contenido de Ca y Mg y niveles adecuados de materia orgánica. Las temperaturas fluctúan de 0 hasta 15 °C.

5.3- Definición y descripción de la especie resaltante en el sistema agroforestal

a) Descripción general de la especie: taxonomía del cacao (fuente principal CEDISA)

Taxonómicamente el cacao se ubica como sigue:

Reino: Vegetal

División: Spermatophyta

Subdivisión: Angiosperma

Clase: Dicotiledóneas

Orden: Malvales

Familia: Sterculaceae

Género: Theobroma

Especie: Theobroma cacao

b) Grupos de cacao y distribución geográfica

Grupos de cacao - Distribución geográfica

a) Criollos: América Central, Colombia y Venezuela

b) Amazonas o forastero del Alto Amazonas: Perú, Ecuador, Colombia, Bolivia y Brasil

c) Guyana o forasteros del bajo Amazonas: Meseta de las Guayanas, Venezuela, Surinam, Guyana francesa y Brasil

d) Nacional o criollo: zona costera del Ecuador

6- Resultados y discusiones

6.1 Carbono total en la biomasa aérea

Carbono en cada uno de los componentes de la biomasa aérea

En el cuadro N.º 1 se resumen las reservas de carbono para cada uno de los componentes de la parte aérea; esto permite observar en forma conjunta cada variable y resaltar que el mayor aporte se da en la biomasa arbórea de los árboles vivos, seguida de la hojarasca y, al final, las herbáceas y arbustivas. La biomasa de árboles muertos en pie y caídos es muy variable y localizada y solo se presentó en algunos transectos.

Cuadro N.º 2. Captura de carbono para todos los componentes para cada uno de los sistemas. Fuente: propia

Tipos de biomasa

Juanjui 20 años

Choclino 20 años

Pachiza 12 años

Huicungo 12 años

Pachiza 5 años

Juanjui 5 años

Biomasa arbórea: vivos

32,4

26,991

31,18

35,5

12,09

14,23

AMP

0,639

2,475

0,17

0

8,7

2,9

ACM

0,693

0

4,13

0,9

1,38

4,5

Herb. Arbustiva

1,15

6,8

2,45

0,28

0,05

0,65

Hojarasca

9,97

4,5

7,14

8

4

6,7

Total

44,852

40,766

45,07

44,68

26,22

28,98

Flujos de carbono

Los flujos de carbono se muestran en el cuadro N.º 2 y están en función del tiempo de establecimiento del sistema y de las reservas totales acumuladas durante ese periodo en los diferentes sistemas con cacao.

El sistema de 5 años localizado en Juanjui: cacao (Theobroma cacao L.)-guaba (Inga sp.). Usualmente en los sistemas jóvenes la tasa de crecimiento es más acelerada que en estados adultos.

Figura N.º 1. Flujo de carbono en la biomasa aérea de diferentes sistemas agroforestales de cacao en San Martín. Carbono total en sotobosque y hojarasca.

Cuadro N.º 3. Niveles de carbono en sotobosque y hojarasca a nivel de todos los sistemas

T C /Ha /año

Sistemas - Herb/Arb - Hojarasca

20-Juanjui: 1,15 - 9,97

20-Choclino: 6,8 - 4,5

12-Pachiza: 2,45 - 7,14

12-Huicungo: 0,28 - 8

05-Pachiza: 0,05 - 4

05-Juanjui: 0,65 - 6,7

6.2 Análisis estadístico de las reservas totales de carbono en cada sistema

En los cuadros 4, 5 y 6 se analizan la dispersión de las reservas de carbono para cada tipo de biomasa de los seis sistemas evaluados. El diseño usado es el boxplot descrito en la metodología.

Los niveles de carbono encontrados en los transectos para cada uno de estos sistemas fueron muy dispersos debido a la alta variabilidad del suelo en que se desarrollan. Como se observa, en los sistemas de 12 y 20 años el 75% de los valores de las reservas de carbono se encuentran por encima de los 35 Tm C/ha. Para los sistemas de 5 años estos se encuentran por encima de las 10 Tm C/ha, no pasando de las 30 Tm C/ha.

Figura N.º 2. Comparación de reservas de carbono en el cacao entre los sistemas agroforestales evaluados.

Figura N.º 3. Comparación de reservas de carbono en las otras especies entre los sistemas agroforestales evaluados.

Figura N.º 4. Comparación de reservas de carbono total en los sistemas agroforestales evaluados.

6.3 En cuanto a la valoración económica de la captura de carbono

(Fuente: IRG / INRENA / USAID, 2001)

Durante mucho tiempo se le ha dado valor a los ecosistemas boscosos solo en función de la cantidad y calidad de las especies forestales comerciales que se encontraban; actualmente, a raíz de la problemática mundial del cambio climático, se ha creado el mercado de carbono para pagar por el servicio ambiental de secuestro de carbono que el bosque presta a la humanidad.

Las capturas de carbono serán contabilizadas como CO2 equivalentes para el cumplimiento de los compromisos de reducción de emisiones de los países desarrollados. Las reglas de juego para proyectos forestales generados bajo la segunda corriente del mercado son establecidas entre ambas partes.

Sin embargo, los proyectos deben implementarse cuidadosamente y evitar impactos negativos; por el contrario, se debe buscar la implementación de proyectos que restauren y regeneren sitios degradados, proyectos agroforestales atractivos y proyectos con especies forestales comerciales de gran escala, de ser posible. Este mercado ofrece oportunidades para el desarrollo de las condiciones ambientales y sociales en diferentes partes del mundo.

Esta compensación que actualmente otorga este mercado ayudará al mantenimiento de los sistemas establecidos y colaborará con la rentabilidad de los proyectos forestales o agroforestales, con la consecuente elevación del nivel de vida de las comunidades propietarias de estos ecosistemas.

Actualmente, en el mercado de proyectos de MDL el precio mínimo es de 5 US$/tonelada de CO2 equivalente y en mercados libres con transnacionales es un poco mayor, llegando hasta 20 US$/tonelada; todo ello depende de las negociaciones bilaterales que se puedan desarrollar.

En el siguiente cuadro se observa el valor económico mínimo por servicio de captura de carbono (5 US$/ton CO2 equivalente) de los sistemas boscosos y agroforestales evaluados; este valor puede ser transado de generarse una promoción adecuada de las potencialidades de nuestros sistemas o proyectos.

Se sabe que una tonelada de carbono fijo equivale a la fijación de 3,667 Tm de CO2; en su defecto equivale también a la fijación de 2,333 Tm de CO.

Cuadro N.º 4. Valoración económica de la captura de carbono de cada uno de los sistemas evaluados

Sistemas - C (Tm/ha) - CO2 = 3,667 equivalente (Tm/ha) - CO2 equivalente (Tm/ha/año) - U.S.$ = 5 por tm/Ha/año para CO2 - U.S.$ = 5 por Tm/Ha/Total para CO2

Juanjui-20 años: 44,86 - 164,5 - 8,3 - 41,5 - 822,5

Choclino-20 años: 40,79 - 149,5 - 7,5 - 37,5 - 747,5

Pachiza-12 años: 45,11 - 165,4 - 13,7 - 68,5 - 827

Huicungo-12 años: 44,67 - 163,8 - 13,7 - 68,5 - 819

Pachiza-5 años: 26,18 - 96 - 19,2 - 96 - 480

Juanjui-5 años: 28,91 - 106 - 21 - 105 - 530

Se puede observar que la retención por hectárea de CO2 equivalente es mayor en el sistema de Pachiza (12 años), seguido del sistema de Juanjui (20 años). La retención de CO2 equivalente mostrada en el presente cuadro es neta en estos seis sistemas agroforestales de cacao con sombra de diversas especies, porque no presentan fuentes de fugas de GEI ocasionadas por incendios o uso de fertilizantes, entre otros, ya que solo se usa abono orgánico.

Para el período de compromiso (2008-2012), bajo el Protocolo de Kyoto de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático, se ha establecido la comercialización solo de las capturas que se realicen en plantaciones forestales o agroforestales recientemente establecidas. Es probable la apertura de mercados paralelos a Kyoto.

Con relación al precio en el mercado de CO2 equivalente, este no es menor de 5 dólares por tonelada. De acuerdo al flujo anual, al realizarse las negociaciones comerciales por un pago anual por los servicios ambientales, los que ganarían más anualmente son los sistemas de 5 años, que aun siendo jóvenes tienen flujos elevados, obteniéndose en el sistema de Juanjui (5 años) 73,5 US$/ha/año, seguido por el sistema de Pachiza (5 años) con 67,2 US$/ha/año, luego los sistemas de 12 años y por último los dos sistemas de 20 años. Esto ayudaría al mantenimiento de estos sistemas. Pero, de acuerdo al pago total por lo acumulado hasta la actualidad, quienes recibirían más pagos son los dos sistemas de 12 años y Juanjui de 20 años.

7- Conclusiones

Entre el DAP y la edad se encontró mejor correlación para determinar la ecuación alométrica de la biomasa del cacao.

La ecuación alométrica obtenida: = (2,4 + 2,9509 * Edad - 1,4945 * DAP) * 0,45.

Los sistemas agroforestales de cacao con especies forestales, frutales y maderables, con coberturas e industrias son más eficientes en la fijación de carbono que los sistemas tradicionales de uso de la tierra encontrados en otros trabajos de la zona.

Las plantaciones de cacao que recibieron un adecuado manejo forestal, como las de 20 años de Juanjui y las de 12 años, incrementaron sus biomasas y, por lo tanto, acumularon mayores reservas de C por ha.

Los flujos de carbono variaron en un rango de 2 Tm/ha hasta 5,8 Tm/ha, siendo el menor para el sistema localizado en Choclino de 20 años (con cacao y especies maderables y frutales) y el mayor para el sistema de Juanjui de 5 años (cacao-guaba).

En el sistema de cacao de 12 años localizado en Pachiza, con guaba, café, pucaquiro y papaya, se encontró la mayor cantidad de carbono (45,1 Tm/ha) secuestrado debido al efecto aditivo de las especies que acompañan al cacao, como papaya y guaba (frutales), café (industrial) y pucaquiro (maderable de rápido crecimiento).

Los sistemas agroforestales combinados con especies frutales y maderables dan buenos resultados al utilizarlos en áreas degradadas por el sistema de roza, tumba y quema, teniendo en cuenta los beneficios ambientales que brindan al ecosistema.

Valorando en términos de CO2 equivalente, los sistemas de 5 años presentan un mayor flujo de carbono anual y, por lo tanto, generan mayor beneficio económico.

Los sistemas evaluados contribuyen significativamente a la retención de carbono; no producen fugas de gases de efecto invernadero porque no usan plaguicidas, solo abonos orgánicos.

Los aportes por componente y sistema variaron significativamente, pero los principales contribuyentes son los árboles de guaba (Inga edulis), cedro (Cedrela odorata) y palto (Persea americana).

8- Bibliografía

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JUANITA YESENIA CONCHA HUACOTO

Ingeniera y licenciada en Ciencias del Medio Ambiente