El suelo contiene aproximadamente el doble de carbono que la atmósfera y las plantas juntas. Es un importante sumidero de carbono, capaz de absorber más dióxido de carbono de la atmósfera del que libera. La gestión del carbono del suelo es clave en los esfuerzos por mitigar el cambio climático, además de ser vital para la salud del suelo y la productividad agrícola.
Sin embargo, medir el carbono del suelo es un proceso laborioso y costoso. Las muestras deben extraerse del suelo y enviarse a un laboratorio para su análisis, lo que dificulta la ampliación de mediciones a gran escala espacial.
Ahora los científicos ambientales han combinado datos a nivel de campo con técnicas de aprendizaje automático para estimar el carbono orgánico del suelo a escala continental de Estados Unidos. La Revista de Investigación Geofísica:Biogeociencias ha publicado la nueva estimación de carbono orgánico del suelo, que mejora la estimación general para los Estados Unidos y brinda nuevos conocimientos sobre los efectos de las variables ambientales en el carbono orgánico del suelo.
"Cada vez se reconoce más que el carbono orgánico del suelo es importante y que debemos invertir en su acumulación mediante prácticas de gestión sostenible de la tierra", afirma Debjani Sihi, autor principal del estudio y profesor asistente de ciencias ambientales en la Universidad Emory. "Nuestra estimación es más precisa que las estimaciones existentes y proporciona un mejor punto de referencia para guiar a los responsables de políticas y administradores de tierras en la adopción de prácticas climáticamente inteligentes".
La tierra es mucho más eficiente que el océano a la hora de retener carbono, señala Sihi, y ofrece una posible solución basada en la naturaleza para ayudar a mitigar el cambio climático.
"Podríamos crear condiciones", explica, "que sean favorables para que el suelo capture dióxido de carbono de la atmósfera y lo mantenga allí durante mucho tiempo, durante milenios".
Sihi es un biogeoquímico que estudia cuestiones medioambientales y de sostenibilidad en la relación entre el suelo y el clima.
El primer autor del artículo actual es Zhuonan Wang, un ex becario postdoctoral en el laboratorio de Sihi que ahora se encuentra en la Universidad Estatal de Colorado.
El carbono orgánico del suelo está formado por materia vegetal y animal en diversos estados de descomposición. Si bien el carbono inorgánico también se encuentra en el suelo en forma de minerales carbonatados, el carbono orgánico suele ser la mayor proporción y el factor más importante de la biología y la calidad del suelo.
El Departamento de Agricultura de EE. UU. mantiene la base de datos de caracterización de suelos del Estudio Cooperativo Nacional de Suelos. Estos datos se recopilaron durante décadas caminando sobre la tierra y observando, y desenterrando muestras de núcleos y enviándolas a laboratorios para su análisis. Para medir el carbono orgánico del suelo, por ejemplo, es necesario excavar un núcleo hasta la zona de las raíces, a unos 30 centímetros de profundidad para obtener un perfil de la capa superior del suelo y hasta que el núcleo toque el lecho de roca para obtener un perfil completo del suelo.
El muestreo de suelos también se realiza en otras partes del mundo. La Red Internacional de Carbono Orgánico del Suelo abarca más de 430.000 perfiles de suelos, extraídos de todo el mundo. Los científicos utilizan esos datos para crear "mapas de suelos" o estimaciones de las características del suelo en varias regiones. Un mapa de suelos muy conocido es la Base de datos mundial armonizada de suelos, desarrollada por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura y sus colaboradores. Otro es SoilGrids, respaldado por el Centro Internacional de Información y Referencia sobre Suelos de los Países Bajos.
Existen inconsistencias significativas en las estimaciones del carbono orgánico del suelo tanto en la Base de Datos Mundial Armonizada de Suelos como en SoilGrids. Sihi y su equipo se propusieron ver si podían resolver estas inconsistencias dentro de las estimaciones de Estados Unidos al encontrar formas más efectivas de ampliar los datos de muestreo de suelo.
Los investigadores dividieron Estados Unidos (incluidos los 50 estados y Puerto Rico) en 20 regiones diferentes y crearon modelos de aprendizaje automático para cada región. Obtuvieron cerca de 50.000 muestras de suelo, desde 30 centímetros hasta un metro de profundidad, de todas estas regiones. Construyeron sus algoritmos utilizando estas muestras de datos para el carbono orgánico del suelo, cotejándolas con ubicaciones precisas del sistema de información geográfica.
También se basaron en datos adicionales de fuente abierta para alimentar sus modelos con 36 variables ambientales, incluidos detalles sobre el clima, las características topográficas de la tierra, las propiedades biogeoquímicas del suelo y la cantidad de vegetación en el paisaje.
Los resultados mostraron que el nuevo método proporcionó estimaciones más precisas que la base de datos mundial armonizada de suelos y SoilGrids para los 30 centímetros superiores del suelo, donde tiende a concentrarse el carbono orgánico del suelo más biológicamente activo.
El nuevo método también reveló cómo los efectos de las variables ambientales sobre el carbono orgánico del suelo varían entre regiones. Si bien el clima fue el predictor más común del carbono orgánico del suelo en la mayoría de las regiones, el índice de vegetación tendió a ser más importante en las zonas áridas del suroeste. La elevación era una variable clave en regiones montañosas o que incluían un delta de río importante.
Los investigadores esperan que otros apliquen su enfoque en otros países y continentes donde haya suficientes datos disponibles sobre el terreno.
"La belleza de nuestro enfoque es que nos da el poder de identificar regiones con alta incertidumbre en nuestras estimaciones y eso nos ayuda a guiar los futuros esfuerzos de muestreo", dice Sihi.
La consideración de las variables ambientales también aumenta la flexibilidad del nuevo modelo a medida que las temperaturas globales aumentan debido al cambio climático, lo que hace que los suelos se calienten y alteren los patrones de lluvia. Aún no está claro, señala Sihi, si los suelos seguirán sirviendo como sumideros de carbono o se transformarán en una fuente de carbono.
"Para comprender cómo cambiará el carbono del suelo bajo un clima cambiante, primero necesitamos estimaciones precisas de los niveles actuales de carbono orgánico del suelo y los factores clave que influyen en ellos", dice Sihi. "Nuestra nueva estimación es un paso hacia la obtención de datos de referencia más precisos para mejorar los modelos del sistema terrestre para el cambio climático".
Los coautores de la nueva estimación incluyen a Jitendra Kumar (Laboratorio Nacional Oak Ridge), Samantha Weintraub-Leff (Red Nacional de Observatorio Ecológico), Katherine Todd-Brown (Universidad de Florida) y Umakant Mishra (Laboratorios Nacionales Sandia).
Más información: Zhuonan Wang et al, Mejora de las mediciones de carbono orgánico del suelo a escala continental mediante análisis de agrupamiento multivariado y aprendizaje automático, Revista de investigación geofísica:biogeociencias (2024). DOI:10.1029/2023JG007702
Proporcionado por la Universidad de Emory
