Flujos de Vapor y Carbono: Avances en el monitoreo para la gestión de la

huella ecológica en Agricultura

Dr. Francisco J. MezaDirector Centro de Cambio Global UC

fmeza@uc.clTercer Seminario Regional Agricultura y Cambio Climático

Septiembre , 2012

Source: Millenium Ecosystem Assessment

Burney J A et al. PNAS 2010;107:12052-12057

©2010 by National Academy of Sciences

Paradigma de una Intensificación Sostenible

while emissions from factors such as fertilizer production and application have increased, the net effect of higher yields has avoided emissions of up to 161 gigatons of carbon (GtC) (590 GtCO2e) since 1961

Burney J A et al. PNAS 2010;107:12052-12057

Net Primary Productivity

Net Ecosystem Exchange

NEP = Net ecosystem productivity= (-)NEE

Intercambio ( Flujo) de CO2 entre la atmósfera y el ecosistema

Huella del agua de un producto

Huella Verde► Volumen de agua de lluvia evaporado o incorporado en el

producto.

Huella Azul► Volumen de agua superficial o subterránea evaporado,

incoporado en el producto o retornado en otra área o en el mar.

Huella Gris► Volumen de agua contaminado en el proceso de producción.

Donde:H: Huella Hídrica (m3/ha/Unidad de Producción)ET: Evapotranspiración del cultivo (mm)RHC: Requerimientos hídricos del cultivo (mm/ha)PPef: Precipitación efectiva (mm)

Calculando entonces, la Huella Verde es:

Y la Huella azul…

Donde:H: Uso de agua por el cultivo (m3/ha/Unidad de producción)RR: Riego (mm/ha)RRef: Riego efectivo

– Método de Penmann-Monteith– Modelos– Otros

Requerimientos del Cultivo

Flujo de Vapor/Evapotranspiración• Gran Problema es que en pocas circunstancias

se mide el flujo de vapor• Ecuación de Penman Monteith es la más

completa desde el punto de vista teórico, pero al momento de aplicarla la llevamos a su nivel más simple ETo

• El uso de estaciones meteorológicas automáticas permite el cálculo de ETo (pero no la medición de la ET)

Medidas Directas

Medidas Directas

Medidas Directas

Metodología Eddy Covariance• Ampliamente usada para medición de flujos

de gas y energía en la atmósfera. (Capa Límite).

• Método de medición directo, no afecta el medio de medición.

• Matemáticamente complejo y requiere de instrumental sofisticado

Cierre Balance EnergéticoLa formulación y justificación del EBC radica en la primera ley de la termodinámica adaptada por los micrometeorólogos y que estipula que la energía incidente sobre un ecosistema debe ser transformada y/o utilizada en distintos procesos que ocurren en el ecosistema.

Rn

G

LE

H

Asim

ilación CO

2

Res

pira

ción

(Wilson et al., 2002)

Fundamentos

Campbell Sci, 2006.

Capa límite atmosférica

The lowest layer of the atmosphere that is in direct contact with Earth’s surface. Conditions and processes within the ABL will react to changes at the surface within a period of less than an hour and within a distance of less than 100 km

4.5 ms-1

Capa de Mezcla zi = 1400 m

Eddy por convección térmica

Tarong, Queensland (AUS), stack height: 210 m, z i = 1400 m, w* = 2.5 ms-1. Photo: Geoff Lane, CSIRO (AUS)

Troposfera libre

Atmospheric Boundary Layer (ABL)

Schmidt H. 2003. Micrometeorology, Biosphere-Atmosphere Exchange. Teachers Notes, Indiana University .

Flujo turbulento

Baldocchi, D. 2001. Wind and Turbulence, Surface Boundary Layer. Teachers Note. University of California, Berkeley.

Burba and Anderson, 2003. Introduction to the Eddy Covariance method, General Guidelines and Conventional Workflow. Li-Cor Bioscience.

Burba and Anderson, 2003.

Instrumentación• Anemómetro Sónico• Open path Gas Analyzer• Higrómetro • Termocupla• Datalogger

H +

Le

(W m

-2)

-200

0

200

400

600

800

1000

y = 0.93x - 4.24r2 = 0.85n = 4304

a)

Rnet - G (W m-2)

-200 0 200 400 600 800 1000

H +

Le

(W m

-2)

-200

0

200

400

600

800

1000

y = 0.94x - 7.09r2 = 0.86n = 3310

b)

Cierre del Balance de Energía

Baldocchi, 2008

-182.9gC m-2 y-1≈1.829tC ha-1 y-1

FN <0 representan una pérdida de CO2 de la atmósfera y ganancia por la superficie en estudio (Hutley et al. 2005; Baldocchi et al. 2001; Paw U et al. 2004; Sellers et al. 2010)

FN <0 representan una pérdida de CO2 de la atmósfera y ganancia por la superficie en estudio (Hutley et al. 2005; Baldocchi et al. 2001; Paw U et al. 2004; Sellers et al. 2010)

Flujos de CO2/Intercambio de Carbono

Sitio de Estudio

Ubicación geográfica: (33°02'S 70°44'O 660 m.s.n.m), Clima MediterráneoSuelo franco arcilloso, C:N = 12

Precipitación Media: 233 mmT° media: 15.6Pp 2010: 132mmPp 2011 : 103 mm

Eddy Covariance

Adaptación de Burba and Anderson, 2010.

Resultados (Bravo et al., in prep)

Comparison between estimated (LEe) and observed (LEo) latent heat flux over a drip-irrigated Merlot vineyard. The solid line represents the 1:1 line.

S. Ortega-Farias , C. Poblete-Echeverr?a , N. Brisson

Parameterization of a two-layer model for estimating vineyard evapotranspiration using meteorological measurementsAgricultural and Forest Meteorology Volume 150, Issue 2 2010 276 - 286

Otros Ejemplos

Desafíos• Nuevas Hipótesis: Cómo las fluctuaciones

climáticas (Tº,pp, Rn) bajo ciertas condiciones (sequías, heladas, eventos extremos), afectan el flujo de CO2 y la fotosíntesis. (Baldocchi, 2008)

• Medición de otros gases traza en la atmósfera.• Combinar métodos: LIDAR, mediciones aéreas. • Expansión de redes de medición para mediciones

globales: distintos ambientes y países…