El manejo del cultivo del arroz y las emisiones de gases de fecto de invernadero (GEI)

La responsabilidad social arrocera (RSA) es uno de los componentes básicos del programa de adopción masiva de tecnología AMTEC y está basada en la producción de alimento sano en un agroecosistema sano y equilibrado; es frecuente escuchar que Arroz se escribe con A de agua y es una opinión para quienes en algunos sitios aun poseen fuentes “permanentes” pero reducidas tras los años, del recurso finito. Los recientes reportes del IDEAM sobre la pérdida de fuentes hídricas en Colombia por la reducción de los picos nevados y de los caudales de las fuentes hídricas de vital importancia para la producción, nos obliga a ser más racionales en la explotación sostenible del cultivo del arroz. Los abusos en el consumo conllevan a la pérdida de las propiedades del suelo, de la capacidad de producción de la variedad, el aumento de los limitantes fitosanitarios, el deterioro del grano, contaminación del agua y desequilibrio del agroecosistema.

En este estudio se muestra la importancia de suministrar solo el agua requerido por la planta paras sus procesos fisiológicos en el crecimiento y desarrollo, ya que derivar más agua de la requerida conlleva a mayores emisiones de gases GEI (CO₂, CH4 y N₂O)y a la contribución del calentamiento global. El rio Zulia es la fuente hídrica para el suministro de agua en el distrito de riego, hoy día su caudal en pocos días de lluvia amenaza con destruir la infraestructura y en dos días sin lluvia obliga a sectorizar las siembras por falta de agua. No obstante, el volumen derivado por hectárea cultivada es muy alto, para producir un kilogramo de arroz paddy verde se utiliza entre 1700 y 2500 litros de agua. El trabajo de investigación se realizó en la estación experimental El Zulia en la vereda Londres del distrito de riego del río Zulia del municipio de Cúcuta comparando las emisiones de GEI en tres variedades de arroz en sus diferentes etapas de desarrollo bajo tres condiciones de humedad del suelo.

 

 

 

Para el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)el término “cambio climático” denota un cambio en el estado del clima identificable (por ejemplo, mediante análisis estadísticos)a raíz de un cambio en el valor medio o en la variabilidad de sus propiedades, y que persiste durante un período prolongado, generalmente cifrado en decenios o en períodos más largos. Observando todo cambio del clima a lo largo del tiempo, tanto si es debido a la variabilidad natural como si es consecuencia de la actividad humana. (IPCC,2007)

El efecto invernadero es la absorción de la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre en forma de calor por los gases de efecto invernadero (GEI), quienes impiden que este escape al espacio exterior aumentando así la temperatura media de la tierra (Figura 2), produciendo a escala planetaria un efecto similar al observado en un invernadero (Ferreira, 2008).

Figura 1. Esquema básico sobre el efecto invernadero

El Calentamiento Global es el conjunto de grandes y rápidas perturbaciones climáticas causadas por el incremento de la temperatura promedio de la tierra y es mayormente generado por la sobre acumulación de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera producidos principalmente por la actividad humana, provocando que mas cantidad de la energía solar necesaria que es emitida por la tierra, se vea atrapada dentro de esta capa de gases (Colque y Sánchez, 2007). Este exceso de gases de efecto invernadero hace que se altere el equilibrio energético del sistema climático (IPCC, 2007), causando niveles de incertidumbre que dificultan la rentabilidad de la actividad agropecuaria y por lo tanto su sostenibilidad.

Las concentraciones de CO₂, CH₄ y N₂O en la atmósfera mundial han aumentado considerablemente por efecto de las actividades humanas desde 1750, y en la actualidad exceden mucho de los valores preindustriales determinados mediante el análisis de núcleos de hielo acumulados durante miles de años. En 2005, las concentraciones de CO₂ y CH₄ en la atmósfera excedieron considerablemente del intervalo de valores naturales de los últimos 650.000 años. El aumento mundial de las concentraciones de CO₂ se debe principalmente al uso de combustibles de origen fósil, con una aportación menor, aunque perceptible, de los cambios de uso de la tierra. (IPCC, 2007)

Los GEI implicados en el sistema de producción de arroz son el gas metano (CH₄), el óxido nitroso (N₂O) y el dióxido de carbono (CO₂), cuyas concentraciones en el ámbito nacional tienden a aumentar año a año contribuyendo así a ahondar el problema del calentamiento del sistema climático (Figura 2).

Figura 2.  Participación de los principales GEI en Colombia.

La medida en la que un gas de efecto invernadero determinado contribuye al calentamiento global se define como su Potencial de Calentamiento Global (PCG).Para hacer comparables los efectos de los diferentes gases, el PCG expresa el potencial de calentamiento de un determinado gas en comparación con el que posee el mismo volumen de CO₂ durante el mismo periodo de tiempo, por lo que el PCG del CO₂ es siempre 1 (UNEP, 2009) y se expresa como unidades de  dióxido de carbono equivalente (CO₂ eq)

Tabla 1. Características y potencial de calentamiento global de tres gases de efecto de invernadero.

El Gas Metano (CH₄), es producto de la descomposición de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas (Gonzales y Kanyama, 2007). En el sector agrícola, las mayores emisiones de CH₄ son generadas por los cultivos que requieren el uso de suelos anegados como el arroz, quien representa aproximadamente una quinta parte del total de las emisiones antropogénicas (FAO, 2002). Este gas es generado por un grupo de bacterias anaerobias estrictas pertenecientes al dominio Archea (García, 1990), quienes antes de cumplir su labor deben esperar ciertas etapas intervinientes. Fase de hidrólisis: En este proceso, ciertas bacterias anaerobias facultativas descomponen las largas cadenas carbonatadas (material orgánico virgen) y las van rompiendo en cadenas más simples (ácidos orgánicos) liberando hidrógeno y dióxido de carbono. Fase de acidificación: Los ácidos orgánicos resultantes son degradados por bacterias acetilénicas en un grupo acético CH₃_COOH, liberando como producto final hidrógeno y dióxido de carbono. Esta reacción es posible gracias a la simbiosis con las bacterias metanogénicas, las cuales extraen los productos finales del medio minimizando la concentración de estos en cercanías de las bacterias acetilénicas permitiendo así su labor (Chipayo et. al, 2011). Fase metanogénica: Esta fase es intervenida por archeobacterias, quienes degradan principalmente el acético resultante de la fase anterior y otros ácidos de cadena corta liberando como productos finales el gas metano (CH₄) y el dióxido de carbono (CO₂). 

El Oxido Nitroso (N₂O), se produce de forma natural en los suelos mediante los procesos microbianos de nitrificación y desnitrificación. Algunas actividades agrícolas aportan nitrógeno a los suelos, aumentando la cantidad de este elemento disponible para ambos procesos y, en definitiva, la cantidad de N₂O emitido hacia la atmosfera (IPCC, 2009). El 70% del óxido nitroso emitido desde la biosfera deriva del suelo, a través de los procesos de nitrificación y desnitrificación, movilizados por intensas fertilizaciones nitrogenadas en cultivos agrícolas (Rochette, et al., 2004).

La desnitrificación es el proceso de reducción de nitratos a nitrógeno gaseoso y ocurre en etapas sucesivas, catalizadas por sistemas enzimáticos diferentes, apareciendo como productos intermedios nitritos, óxido nítrico hasta el óxido nitroso. Esta reducción biológica es realizada en el suelo por un gran número de microorganismos anaerobios facultativos (Perdomo y Barbazán, 2002) en condiciones de anaerobiosis como las del cultivo del arroz, estos microorganismos utilizan el NO₃ y el NO₂ en lugar de O₂ como aceptores de electrones, produciendo dos formas gaseosas de Nitrógeno: N₂O (óxido nitroso) y N₂ (N molecular).

La importancia de este gas radica en el hecho de que no se pierde en la troposfera, su único mecanismo de eliminación es a través de la estratosfera donde es fotolíticamente oxidado a oxido nítrico, el cual reacciona con el ozono destruyéndolo (Ciampitti et al., 2005), lo que añade otro problema además de su alto potencial de calentamiento. Se ha estimado que alrededor de 1,5 Gt de nitrógeno son inyectados directamente a la atmósfera cada año como óxido nitroso (N₂O), resultado de aplicaciones de fertilizantes a ecosistemas agrícolas, sin tener en cuenta los abonos animales ni la fijación biológica de nitrógeno (Watson, 1992). 

El dióxido de carbono (CO₂) es el GEI antropógeno más importante. Sus emisiones anuales aumentaron en torno a un 80% entre 1970 y 2004. La disminución a largo plazo de las emisiones de CO₂ por unidad de energía suministrada invirtió su tendencia a partir del año 2000. Actualmente es responsable del 60% del calentamiento global (CEDECO, 2005) por cuenta de las quemas de los derivados de petróleo, los incendios forestales, las quemas vegetales, los procesos industriales y por la fermentación, entre otros. En la respiración vegetal, las plantas toman el oxigeno atmosférico y utilizando las reservan de hidratos de carbono expulsan dióxido de carbono y vapor de agua (dos gases de efecto invernadero) mediante los estomas y demás aberturas naturales, contribuyendo de esta forma a las emisiones globales de este gas. 

 

La investigación se realizó en la Estación Experimental El Zulia, ubicada en la vereda Londres, distrito de riego del rio Zulia, latitud 08°11´11,18´´N y longitud  072° 31´27,53´´W, a 60 msnm, temperatura máxima promedio de 31°C, mínima promedio de 24°C  y humedad relativa del 80%, durante dos semestres. Se evaluó las emisiones GEI durante seis etapas de desarrollo de tres variedades de arroz, sembradas en tres contenidos de humedad del suelo. Los tratamientos se organizaron en un diseño experimental en parcelas divididas con tres repeticiones en el espacio; en la parcela principal el contenido de humedad del suelo: capacidad de campo (CC), saturación (Sa) y lámina de agua (L) y, en las sub parcelas las variedades Fedearroz 2000, Fedearroz 733 y Fedearroz Mocarí, se incluyó un testigo de campo sin siembra y  las tres repeticiones las conformaron tres cámaras cerradas (tubos de pvc) dispuestas en cada subparcela.

Para la captura de los flujos de GEI en el experimento, se utilizó la Técnica de la Cámara Cerrada (Closed-Chamber Technique o CCT) (Rondón,2000; Montenegro y Abarca, 2002). La CCT es muy utilizada en el muestreo de gases de efecto invernadero por ser simple de operar, rápida y con costos relativamente más bajos si se compara con otras técnicas, como las técnicas micro meteorológicas (Holland et al., 1999). Las cámaras se construyeron con espacio para incluir la planta de arroz durante sus etapas de desarrollo sus medidas: 1,2m de longitud y 0,21m de diámetro. En total se utilizaron 36 cámaras cerradas compuestas por un cilindro de material PVC unido herméticamente mediante una banda de caucho a una tapa que en su parte superior tiene dos tapones de caucho o septum: uno para extraer los gases y, el otro para introducir el termómetro y medir la temperatura. Para la extracción de los gases (GEI) se utilizó jeringas con válvula de paso y aguja hipodérmica, y para el almacenamiento y envío de las muestras frascos liofilizados al vacío y rotulados.

Figura 3. Esquema de cámaras cerradas y elementos de captura de GEI

Las variedades se sembraron a densidad de 170 Kg.ha^-1 en suelo preparado y nivelado en seco, la siembra se realizó al voleo con semilla certificada pregerminada y las labores agronómicas fueron similares excepto la cantidad y fraccionamiento de la fertilización que se realizó de acuerdo a los requerimientos de cada variedad. La cantidad de agua se aforo en piscinas y el suministro se realizó de acuerdo al contenido de humedad del suelo. La extracción de los gases GEI se realizó en seis (6) momentos o etapas de desarrollo del cultivo: de siembra a emergencia 4días después de emergencia (dde), en estado de plántula a 13 dde, en primordio floral a 42 dde, en la floración a 80 dde, en la maduración a 105 dde y cinco días después de la cosecha sobre los residuos de cosecha tamo o rastrojo.

 Para cada cámara se utilizaron cuatro tiempos de extracción T0 con cámaras abiertas, T1 con cámara cerrada hermética y diez minutos después de terminar el tiempo cero, T2 con cámara cerrada y diez minutos después de terminar el tiempo uno, T3 con cámara cerrada y diez minutos después de terminar el tiempo dos. 

Figura 4. Extracción de muestras de la cámara y almacenamiento en frascos rotulados

El TIEMPO CERO (T0) es el momento inicial del proceso, la muestra  se toma con las cámaras abiertas, este tiempo sirve como testigo de comparación o referencia, se midió la temperatura dentro de la cámara, la temperatura del suelo y del agua; para la toma de la muestra se procedió con los pasos siguientes: Cerrar la válvula de paso de la jeringa; Introducir la aguja por el tapón a la cámara: abrir la válvula de paso de la jeringa; absorber 15 ml de aire con el embolo; cerrar la válvula de paso de la jeringa; introducir la aguja de la jeringa en el frasco rotulado; abrir la válvula de paso de la jeringa; accionar el embolo para expulsar de la jeringa el gas; cerrar la válvula y extraer la aguja del frasco y así de igual manera para todas las cámaras . Después de cada colecta de la muestra en el frasco, se limpio la jeringa cargando y descargando con el embolo al aire y, se procedió a tapar herméticamente las cámaras. 

El TIEMPO UNO (T1) Al marcar el cronometro diez minutos, se tomó la temperatura al interior de la cámara introduciendo el termómetro por uno de los tapones de la tapa y por el otro se introdujo la aguja para extraer 15ml de gas o muestra. Los datos de temperatura por tratamiento se consignaron en su respectivo registro. De esta forma se procedió en las cámaras restantes antes de completar los veinte minutos.

TIEMPO DOS (T2)   Al marcar el cronometro los veinte minutos, se toma la lectura de la temperatura al interior de la cámara, se procede a extraer la muestra con la jeringa, se almacena en un frasco al vacío debidamente rotulado y se continuo la extracción de las muestras en las cámaras restantes antes de completar los treinta minutos.

TIEMPO TRES (T3) Al marcar el cronometro los treinta minutos, se tomó la lectura de la temperatura al interior de la cámara, se extrajo la muestra de forma similar a las anteriores y a almacenarlas en frasco y en las cámaras restantes antes de finalizar el tiempo.

Para identificar las muestras, los frascos se rotularon con códigos así. (CV1R1T1Si):

Para el análisis de las muestras estas fueron enviadas al laboratorio del CIAT para determinar las concentraciones de CO₂,  N₂O y CH₄ mediante un cromatógrafo de gases Shimadzu® GC-14A con detectores FID y ECD. Se utilizó una válvula de 14 puertos y 2 posiciones para inyectar las muestras vía flujo de gas de 3 ml y para redirigir la corriente de gas hacia el detector ECD justo después de que se ha alcanzado el pico de metano con el detector FID. Se utilizó un mecanismo neumático operado eléctricamente para precisar el tiempo de cambio en la válvula (Rondón, 2000).

Las condiciones del cromatógrafo de gases Shimadzu GC-14A son: Precolumna Porapak Q (80-100 mesh) con 1 m de longitud y 2 mm de diámetro interno, Columna Porapak Q (80-100 mesh) con 2 m de longitud y 2 mm de diámetro interno, Fase Móvil Nitrógeno de alta pureza, Flujo de 22 ml/min, temperatura del horno de 70 ºC, Temperatura del inyector de 80 ºC, temperatura del detector de 320 ºC y Estándar Scotty balanceado en N. El programa Class VP de Shimadzu® se utilizó para operar el cromatógrafo de gases, controlar el mecanismo de cambio en la válvula, para reprocesar las señales generadas por los detectores y calcular las concentraciones (en ppm) de los gases en relación a los estándares.

Para determinar dióxido de carbono se utilizó el analizador de CO2 Modelo S151 con tecnología infrarroja y el cuál se calibro previamente con estándares Scotty balanceados en nitrógeno. Se utilizó silica gel para retener humedad y trampa de NaOH, y asegurar que el CO₂ proveniente del aire quede atrapado y solo ingrese el de la muestra al equipo y evitar sobreestimar la cuantificación.

Figura 5. Analizador de CO2 Modelo S151 con tecnología infrarroja

Para determinación los flujos de GEI se utilizó la diferencia en concentración entre el minuto 30 (final) y el minuto 0 (inicio) para calcular la tasa de flujo de cada cámara. Para tal fin, se revisó la relación de linealidad en las concentraciones de N2O y CH4 de las 4 muestras de cada cámara, requiriéndose al menos tres puntos en línea para validar el flujo. Los valores negativos representan flujos netos desde la atmósfera al suelo y valores positivos indican una emisión neta del suelo hacia la atmósfera. Con las concentraciones de N₂O y CH₄ registradas en el cromatógrafo, las temperaturas en las cámaras, las dimensiones de la cámara y la ecuación de los gases, se procesaron en una hoja electrónica para obtener los flujos netos de metano y el óxido nitroso (Rondón, 2000).

 

Los GEI analizados e implicados en el sistema de producción de arroz para el ensayo en Norte de Santander fueron el dióxido de carbono (CO₂), el gas metano (CH₄) y el óxido nitroso (N₂O).

Las emisiones de CO₂ mostraron variaciones en el tiempo respecto a los contenidos de humedad del suelo, Los flujos con valores negativos corresponden a sumideros y los flujos con valores positivos a fuentes de emisión.

En capacidad de campo para las etapas siembra-emergencia y plántula el CO₂ es aprovechado como sumidero, la temperatura del suelo aumenta, el proceso de descomposición de residuos orgánicos apenas comienza y parte del gas es consumido por los microorganismos para estos procesos; la población de arroz está en establecimiento y las plántulas aún dependen de la semilla en la emergencia (figura 6). En primordio floral las variedades y el testigo presentaron emisiones entre 1000 y 4300 mgCO₂ m²dia siendo la etapa de alta producción de biomasa del cultivo, inicio de la etapa reproductiva y mayor actividad microbiana en el suelo, responsables de estas emisiones. Los valores presentados por F2000 no son significativamente diferentes a los otros tratamientos.

Las emisiones en suelo saturado Figura 7 los flujos cambian ya que el CO₂ es de condición aérobica y se denota la influencia del contenido de agua en el suelo. El testigo que corresponde a un área no sembrada, pero sobre el cual se realizaron todas las labores como cultivo presenta en saturación emisiones mayores hacia la floración de las variedades, producto de la intensificación de la actividad microbiana y mayor exposición del suelo descubierto a la temperatura. En lámina de agua (L) figura 8 los valores emitidos fueron menores, algunos se comportaron como sumideros sin observarse una tendencia marcada entre variedades y el testigo

El rastrojo (los residuos de cosecha), no mostraron altas emisiones debido a la lenta descomposición del tamo y las muestras fueron tomadas tan solo cinco días después de la cosecha. Estadísticamente se observa diferencias significativas entre las emisiones de CO² entrelas etapas desde siembra a maduración y no significancia entre maduración y rastrojo.

Analizando los flujos acumulados en un periodo de 112 días (tabla 2) que incluye los ciclos de cada variedad y el rastrojo, representados en unidades Kg CO₂ m^-2 112 días^-1,se encontró en capacidad de campo mayor emisión por F2000 con 0,22 ; en saturación  mayor  fue el testigo con 0,28 relacionado con la ausencia del cultivo y la falta de mitigación por captación fotosintética de CO₂ y cuando se mantuvo el cultivo inundado con una lámina de 10 cm de altura la variedad F2000 emitió 0,036 Kg CO₂ m^-2 112 días^-1

Utilizando SAS para el análisis univariado de emisiones de CO₂ entre variedades y el testigo mediante prueba de Tukey, mostro que no existen diferencias estadísticamente significativas; no es exactamente la variedad como tal la responsable de las emisiones sino los procesos microbianos que se realizan en su entorno y su manejo, no obstante, en compensaciones de emisión la variedad es muy importante, figura 9

Con relación al contenido de humedad del suelo hay diferencias significativas entre ellos respecto a emisiones de CO₂ en el cultivo del arroz; mediante análisis de componentes principales (ACP) la humedad explica el 83,58% de la variabilidad de los datos con nivel de significancia de 0,05%, demostrando que las emisiones de CO₂ son inversamente proporcionales al contenido de humedad del suelo figura 10.

El análisis por componentes principales (librería ADE4 1.4.5, análisis de datos ecológicos y ambientales con procedimientos exploratorios euclidianos, R versión 2.6.2 (2008)) entre las variables físico- químicas el suelo, determina que a mayor densidad aparente menor es la emisión de CO₂ debido a la reducción del espacio poroso, mayor compactación y reducción de la actividad microbiana. El contenido de carbono orgánico en el suelo y el nitrógeno total son muy relevantes (57,47%) respecto a las emisiones de CO_2. Figura 11

Figura 11. Análisis de componentes principales entre variables del suelo y emisiones de CO₂

 

Las mayores emisiones de gas metano en el sector agrícola se les atribuye a los cultivos de arroz irrigado producto de la descomposición de la materia orgánica en el suelo. En la investigación analizamos de igual manera las emisiones por variedades y etapas de desarrollo del cultivo de acuerdo a la humedad. Recordemos que el poder de calentamiento global del metano es 21 veces mayor que el CO₂

A capacidad de campo F2000 y F733 con mayores emisiones 238,77 y 485,23 mg CH₄ m^-2 día^-1 en la etapa de emergencia, favorecido por la descomposición de la materia orgánica tamo y raíces de la cosecha anterior; flujos menores se observan en, F. Mocarí y el Testigo probablemente por diferencia en la cantidad de material orgánico a descomponer en los sitios de muestreo. En plántula F733 se comporta como sumidero de metano con valores negativos con -5,33 mg CH₄ m^-2 día^-1, para las demás etapas de desarrollo y rastrojo las emisiones fueron mínimas Figura 12

En suelo saturado de agua F. Mocarí en siembra-emergencia presento alta emisión de metano contrario a F2000, F733 y Testigo por descomposición mayor de materia orgánica in situ, pero en plántula se convierte en sumidero contrario al comportamiento F2000, F733; en la etapa de primordio floral las variedades y el Testigo emiten baja cantidad de gas metano.

La variedad F733 presentó niveles altos de emisión de metano en la etapa de siembra-emergencia mientras que F2000 se comportó como sumidero de metano. En plántula, F733 cambia el comportamiento pasando de emisor a sumidero de metano y para FMocari y F2000 como emisores. En maduración las variedades y el testigo se comportaron como sumideros de metano. Figura 14.

Los flujos acumulados de gas metano en un periodo de 112 días en mg CH₄ m^-2 112 días^-1 a capacidad de campo fueron mayores en F2000 con 2440mg CO₂ m^-2 112 días^-1 y F733 con 2300mg CO₂ m^-2 112 días^-1, en saturación y lámina de agua fue mayor en F733 con 4600 mg CO₂ m^-2 112 días^-1y 3200 mg CO₂ m^-2 112 días^-1;el testigo presento menores emisiones acumuladas Tabla 3.

El óxido nitroso es el cuarto gas de efecto de invernadero GEI con poder de calentamiento global de 200 a 300; en el cultivo del arroz este gas proviene de áreas fertilizadas con urea; varios estudios revelan que la fertilización con nitrato de amonio son dos veces mayores emisores de N₂O que la urea, debidas probablemente al proceso de conversión del amoniaco a nitrato. En el presente estudio se realizaron cuatro fraccionamientos de la fertilización incluyendo la urea en las etapas de inicio de macollamiento (12 y 18 dde), macollamiento activo (27 y 35 dde), inicio de primordio floral (38 y 48 dde) e inicio de embuchamiento (55 y 65 dde); las aplicaciones se realizaron al voleo y en los contenidos de humedad del suelo analizados. Figura 15 (las flechas indican los tiempos del fraccionamiento de la fertilización).

El testigo quien fue fertilizado de igual manera, corresponde a un área sin siembra que a capacidad de campo presenta menores emisiones de este gas. F Mocarí, emitió mayor cantidad en la etapa de siembra-emergencia, reduciéndose en estado de plántula. En los tiempos correspondientes a la aplicación del fertilizante se observan incrementos de emisiones de N₂O; en la maduración las emisiones fueron mínimas y en el rastrojo los valores se incrementaron.

Con el aumento en el contenido de humedad del suelo (figura 16) aumentan las emisiones de óxido nitroso después de cada fertilización incluso, en el testigo fertilizado, siendo mayores en floración y similar comportamiento al encontrado en las emisiones de dióxido de carbono; esto supone que mantener terrenos expuestos y sin cobertura se constituyen en fuentes de emisión de CO₂ y N₂O. Los valores de emisión de N₂O por etapas de desarrollo son mayores en saturación del suelo, que a capacidad de campo. Las flechas indican las épocas de fraccionamiento de la fertilización.

En lámina de agua las emisiones son mayores al compararla con saturación y capacidad de campo, estos valores se incrementan con el desarrollo del cultivo hasta la maduración y se reducen en rastrojo. La variedad F733 y F Mocarí presentaron mayores emisiones en al etapa de floración; el flujo de N₂O aumenta a medida que también lo hace el nivel de humedad en el suelo debido a que eldéficit en la aireación del suelo y el alto nivel de humedad acelera los procesos de desnitrificación, originando emisiones de óxido nitroso cuya fuente principal es el amonio procedente de las fertilizaciones realizadas .Figura 17

Los flujos acumulados en un periodo de 112 días mg CO₂ m^-2 112 días^-1, en capacidad de campo fue mayor en F2000 con 1400 mg CO₂ m^-2 112 días^-1; en saturación  no hubo diferencias entre las emisiones y en lámina de agua F2000 y F Mocarí con 3700 y 3650 mg CO₂ m^-2 112 días^-1 respectivamente, y menor en el testigo. Tabla 4.

El Potencial de Calentamiento Global (PCG) es utilizado para medir la capacidad que tienen diferentes gases de efecto invernadero en la retención del calor en la atmósfera. El dióxido de carbono (CO₂) es la base para todos los cálculos y su potencial de calentamiento global es medido en 1. Cuanto más alto sea el PCG que produce un gas, mayor será su capacidad de retención del calor en la atmósfera y más rápido se producirá el cambio climático. Para nuestro efecto el PCG expresado en kg de equivalentes de CO₂ provenientes de los flujos de CO₂, CH₄ y N₂O ya sea sumidero o fuente, en los diferentes contenidos de humedad del suelo donde se sembraron las variedades de arroz multiplicados por el valor de Potencial de Calentamiento Global correspondiente al gas y a su horizonte de tiempo utilizado. (IPCC, 2007)

 Entre las variedades de arroz y el testigo sin siembra, no se encontró diferencias estadísticas en el PCG; a pesar de esto, las áreas sembradas son menos amigables con el medio ambiente al comparar con la no sembrada. Las emisiones de estos tratamientos pueden ser similares a las emitida por un sistema agroforestal Figura 18.

Figura 18. Potencial de calentamiento global calculado para variedades de arroz y testigo

Pero el análisis de calentamiento global no puede darse por separado analizando la variedad de arroz sembrada sin tener en cuenta el medio hídrico donde se desarrolla; como hemos vistos en las emisiones GEI anteriores, la influencia del contenido de humedad del suelo es significativa y las etapas de desarrollo de las variedades son componentes del resultado. Mantener los cultivos o terrenos inundados contribuye con el calentamiento global y es una forma de manejo poco amigable con el medio ambiente; observemos que si mantenemos el cultivo a capacidad de campo con tendencia a la saturación reducimos las emisiones de GEI, figura 19.

Un aspecto importante en el programa AMTEC es utilizar los resultados de la investigación en materia de genética y del manejo agronómico, para obtener variedades productivas, de calidad, de bajo consumo de agua con buen desarrollo radical, resistentes al vuelco y alto potencial de macollamiento para las condiciones de riego y secano. El uso racional de los recursos finitos como suelo y agua se hacen necesarios encaminarlos en la responsabilidad social arrocera que propenda por usar solo lo necesario en un ambiente sostenible.

Figura 19. Potencial de calentamiento global calculado para los contenidos de humedad del suelo

Los inventarios de emisiones de gases GEI en la producción arrocera conforman La huella de carbono. En el año 2017 se sembró en Colombia 595.375 hectáreas  de las cuales 277414 se sembraron bajo riego y 317.961 en secano (DANE-FEDEARROZ, 2017) un estimativo ligero de emisiones para riego asumiendo inundación permanente y con promedio de emisiones de 25.000 Kg CO₂eqha^-1año^-1estas, emitirían en total 0.00693535 giga toneladas de dióxido de carbono equivalente (GtonCO2eq) y, para las áreas de secano con cultivos a capacidad de campo y emisiones promedias por hectárea de  5500 Kg CO₂eqha^-1año^-1 su aporte sería menor con 0.0017487855 GtonCO2eq.

4.3.1. Compensaciones. En los resultados, las variedades de arroz no son directamente responsables de las emisiones en cambio, actúan como sumideros de CO₂eq compensando las emisiones dadas por el contenido de humedad del suelo utilizándolo en el proceso de fotosíntesis. Se ha calculado que la tasa fotosintética promedia durante el ciclo para tres variedades de arroz es de 20,5 micromoles de CO₂m-²sg^-1 consumido por hoja, en promedio una planta de arroz conserva de forma permanente entre 4 y 5 hojas funcionales equivaliendo a 92,25micromolesde CO₂m-²sg^-1 por planta por segundo; para una población de cinco millones de plantas y transformando los valores a kilogramos equivaldría a 20,295KgCO₂eqha^-1sg^-1.

Otras formas de compensación en el sector arrocero son la protección de las fuentes hídricas con siembras de especies nativas arbóreas, la conformación de corredores biológicos con especies que favorezcan el equilibrio, siembra de coberturas como abonos verdes y el uso del tamo del arroz tratado con solubilizadores amilolíticos y proteolíticos que actúan junto con una fuente  energética para transformarlos en humus.

Junto al arroz se pueden realizar en muchas fincas proyectos de frutales o especies forestales maderables o para la producción de papel.

La huella de carbono es un proyecto a futuro de la Federación Nacional de Arroceros como entidad socialmente responsable, busca que todos los productores es bajo el proyecto AMTEC ejecuten prácticas más sostenibles y generar beneficios para el sector. Con la  cuantificación de las emisiones de CO2 equivalente  expuestas  en este y otros  trabajos que identifiquen fuentes de emisiones, se construirá un protocolo para el análisis de todas las actividades del ciclo del cultivo desde la planificación hasta la incorporación de los residuos de cosecha cuantificando el costo ambiental por cada kilogramo producido, para obtener un alimento bueno  para nuestros consumidores, limpio con el agroecosistema en donde se produce y justo con el productor y su familia quien depende de esta labor.

Los gases de efecto invernadero que están más relacionados con el sistema productivo del arroz en Colombia son el dióxido de carbono (CO₂), el gas metano (CH₄) y el óxido nitroso N₂O. La humedad del suelo es uno de los factores más importantes en los procesos de emisión de gases GEI.

A capacidad de campo se observó menores flujos de emisiones de CH4 y N2O sumado a que las variedades modernas no requieren de inundación; se evidencio aumentos en la emisión de CH4 y N2O luego de presentarse lluvias que superaron los 20 mm. La condición de humedad saturación y lámina permanente de agua generan ambientes anaeróbicos y altamente reducidos en el suelo que son propicios para el desarrollo de procesos de emisión de GEI.

Fedearroz 733 presentó tendencias no significativas a mayores emisiones de gas metano bajo ambientes reducidos de lo cual es importante estar atentos. Componentes físico químicos del suelo como el carbono orgánico, el contenido de nitrógeno, el contenido de materia orgánica y la densidad aparente estuvieron directamente relacionados con los flujos de emisión de gases GEI. 

El manejo de los fertilizantes nitrogenados es importante en campos arroceros Para evitar que los altos contenidos de humedad provoquen altas emisiones de gases de alto poder de calentamiento global como el óxido nitroso N2O. La temperatura del suelo mostro relación con el aumento de las emisiones de GEI al estimular la actividad de los microorganismos encargados de los procesos. Entre las emisiones  de CO2 equivalente  en  los campos  arroceros y el uso de este gas en los procesos de fotosíntesis se genera una compensación importante como sumidero que reduce el calentamiento global.

Otras formas de compensación en el sector arrocero son la protección de las fuentes hídricas con especies nativas arbóreas, los corredores, siembra de coberturas como abonos verdes y el tratamiento y uso del tamo del arroz, los proyectos forestales y el uso de buenas prácticas e manejo del cultivo.