La habilidad de la Paulownia para secuestrar CO2 del ambiente

Introducción

La concentración de dióxido de carbono (CO2) ha aumentado continuamente en la atmósfera debido a actividades inducidas por el hombre y se ha considerado la causa predominante del cambio climático global. Paulowina tomentosa Steud. (P. tomentosa), un árbol multipropósito es popular en el mercado mundial por su madera y su papel potencial en la captura de CO2. En este estudio, se ha estimado el carbono total de la biomasa de P. tomentosa de cinco años y recién plantada. Los resultados indicaron que el promedio de carbono total de la biomasa de una planta de cinco años fue de 4.52 ± 0.53 kg C año-1 por árbol, es decir, 9.04 ± 1.06 toneladas C ha-1 año-1 (asumiendo 2000 plantas por hectárea).

FOTO: Hojas de Paulownia

Asimismo, se encontró que el promedio de carbono total de la biomasa de P. tomentosa recién plantada en 4 meses fue de 6,07 ± 0,38 kg en el área de aldea remota en Nepal. Se encontró que el carbono de biomasa estimado en un año de plantas recién plantadas fue de 18,21 ± 1,14 kg Año-1, es decir, 0,36 toneladas C ha-1 Año-1. Estos hallazgos revelaron que los árboles de rotación corta como P. tomentosa se pueden implementar en un sistema agroforestal para reducir las emisiones de invernadero en las ciudades y enfatiza el potencial de almacenamiento de carbono de la agroforestería. La técnica de micropropagación in vitro podría implementarse para producir un clon genéticamente uniforme de P. tomentosa y puede aplicarse en sistemas agroforestales para la adaptación y mitigación del cambio climático global.

El gas de efecto invernadero (GEI) más importante, el dióxido de carbono (CO2), es esencial para la fotosíntesis, que sustenta la vida de las plantas (Rogers et al., 1994). Las actividades inducidas por el hombre han aumentado la concentración de CO2 en la atmósfera. Su concentración era de 270 ppm antes de la revolución industrial (Rogers et al., 1994) y según datos registrados por Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) ha aumentado a 412,45 para el 14 de mayo de 2018. Sin un esfuerzo adicional para reducir las emisiones de GEI, se estima que aumentará a más de 1300 ppm para 2100 (Edenhofer et al., 2014).

El carbono atmosférico se está acumulando en la atmósfera terrestre a un ritmo de 3.500 millones de toneladas por año (Paustian et al., 2000), la mayor parte del cual procedente de la combustión de combustibles fósiles es del 34% por sector (Edenhofer et al., 2014). Kumar et al., 2011 han sugerido el efecto positivo del aumento de CO2 atmosférico, como la mejora de las propiedades físicas y químicas del suelo por la acumulación de materia orgánica del suelo y las existencias de nutrientes en el suelo, lo que resulta en la productividad de las plantas. Sin embargo, el aumento de CO2 atmosférico se considera la causa predominante del cambio climático global (José y Bardan, 2012).

Paulownia como recurso agroforestal

La conciencia sobre el potencial de la agroforestería para los sistemas de mitigación y adaptación al cambio climático está creciendo en todo el mundo (Cubbage et al., 2012 Nair et al., 2009; Schoeneberger et al., 2012) ofreciendo el mayor potencial de secuestro de CO2 entre los diferentes sistemas de uso de la tierra para 2040 ( Noble et al., 2000). El sistema agroforestal combina árboles y arbustos (perennes) con cultivos agronómicos (anuales o perennes). Por lo tanto, tienen patrones de almacenamiento y secuestro de bosques y pastizales activos (Schroeder et al., 1993).

El sistema forestal natural está disminuyendo debido a la urbanización, la expansión de las tierras agrícolas y el aumento de la demanda de madera (Chakravarty et al., 2011). La pérdida de estos sistemas provoca graves daños al ecosistema de la región (Pimentel, 2006). Estas alteraciones caen en cascada a través del ecosistema, lo que resulta en un aumento de la temperatura, alteración de los patrones de lluvia y degradación de los perfiles del suelo.

Una de las opciones ideales para abatir el cambio climático global es la implementación de árboles de Paulownia en un sistema agroforestal. Es un árbol de bioenergía multipropósito de rápido crecimiento que es fácilmente sostenible y adecuado para sistemas agroforestales. El género Paulownia perteneciente a la familia Paulowniaceae se divide en diferentes especies según su morfología de flores y frutos.

Poulowina es popular en el mercado mundial por su madera debido a sus características de resistencia a la pudrición, estabilidad dimensional y punto de ignición muy alto. La plantación de Poulowina se puede hacer con unos 2000 árboles por hectárea y se puede cosechar en 15 años por su valiosa madera. En condiciones naturales, un árbol de paulownia de 10 años mide de 0,3 a 0,4 m de diámetro a la altura del pecho y produce un volumen de temporizador de 0,3 a 0,5 m3.

El sistema de raíces profundas del árbol en el sistema agroforestal ha recibido una mayor atención para la adaptación y mitigación del cambio climático. La paulownia es un árbol de raíces profundas con un sistema de raíces bien desarrollado. A diferencia de muchas otras raíces grandes, ramificadas dicotómicamente que crecen hacia abajo hasta una longitud de 8 metros, el extenso sistema de raíces de Paulownia crece profundamente en la tierra y su corona desarrolla una estructura sueltaque mejoran significativamente la microclima para el cultivo de cultivos. Por lo tanto, Paulownia se puede intercalar en campos de cultivo en sistemas agroforestales.

La paulownia intercalada con trigo mejoró la tasa de producción. De manera similar, la tasa de producción de maíz y frijoles disminuyó, mientras que la producción de jengibre cuando se cultivó conjuntamente con Paulownia aumentó considerablemente. Sin embargo, la paulownia se intercala principalmente con cultivos de invierno y hortalizas, ya que los árboles tienen un período de descanso durante el invierno, lo que significa que no hay una competencia importante por el agua y otros nutrientes en el período de descanso. 

Las hojas estándar en forma de corazón de Paulowina son grandes dispuestas en pares alternos en vapor que varían de 20,8 a 30,6 cm de diámetro longitudinal y pueden soportar el secuestro de CO2 en gran parte mediante una actividad fotosintética efectiva. Las hojas de Paulownia son una buena fuente de grasas, azúcares y proteínas y se utilizan como forraje para cerdos, ovejas y conejos.

Además, la concentración de nitrógeno en la vegetación está relacionada linealmente con la fotosíntesis. El contenido de nitrógeno en las hojas de P. tomentosa se puede comparar con el de algunas leguminosas. La tasa de fotosíntesis aumenta sustancialmente con el aumento de la entrada de CO2. Aparte de estos, los compuestos polifenólicos producidos por Paulownia muestran una alta propiedad antioxidante, por lo que la investigación sobre las propiedades antioxidantes y el valor medicinal de los metabolitos secundarios de Paulownia está ganando importancia.

Resultados de la investigación

La observación de la plantación dentro del Jardín Botánico de Godavari reveló que hay varias otras especies de plantas leñosas, como P. tomentosa, arbustos, pastos y malezas. Algunas de las plantas incluyen Cinnamomum camphora, Taxus mairei, Magnolia grandiflora, Cycas revoluta, Prunus cerasioiles, Rhododendron arboreum, Thuja orientalis, etc.

En este estudio se estimó el carbono total de la biomasa de P. tomentosa plantada previamente durante un año (agosto de 2015 a julio de 2016). Se encontró que el carbono de la biomasa promedio en 12 meses fue de 135,68 ± 16,1 kg. El carbono total de la biomasa para un solo árbol por año se estimó en 4,52 ± 0,53 kg.

Los detalles de la biomasa de carbono para cada mes se mencionan en la Tabla 1.

De manera similar, se plantaron 100 plantas en un campo de cultivo de un solo agricultor, pero no se intercalaron con ningún cultivo. Se encontró que el carbono total de la biomasa promedio en 4 meses fue de 6,07 ± 0,38 kg. El carbono total de la biomasa promedio estimado en un año se calculó como 18,21 ± 1,14 kg, es decir, 0,36 toneladas de C ha-1.

Año 1. El detalle de la biomasa de carbono para diferentes meses se indica en la Tabla 2.

Nuestro estudio de campo en cuatro distritos encontró que la plantación de P. tomentosa se realizó en una región montañosa de Nepal que se extendía entre 700 y 2500 m. Nuestros hallazgos sobre el carbono total de la biomasa indicaron que P. tomentosa de 5 años en Godavari secuestró 4,52 ± 0,53 kg C año-1 por árbol, es decir, 9,04 toneladas C ha-1. En contraste, las plantas recién plantadas en Sindhuli produjeron menos biomasa en carbono, que mostraron 6,07 ± 0,38 kg de carbono total de la biomasa en 4 meses. Se encontró que el carbono de biomasa estimado en un año de plantas recién plantadas fue de 18,21 ± 1,14 kg Año-1, es decir, 0,36 toneladas C ha-1 Año -1.

La razón de esto es que las plantas plantadas en Sindhuli se obtuvieron mediante cultivo de semillas y el crecimiento temprano de las plántulas mediante cultivo de semillas es más lento que las plantas de propagación vegetativa a partir de cultivos in vitro. El análisis del sitio en Sindhuli también indica que se descuidó el cuidado temprano de la plantación. Sin embargo, el crecimiento eficiente, el sistema de raíces profundas y las hojas grandes de P. tomentosa contribuyen a generar una gran cantidad de biomasa rica en C en la superficie y debajo del suelo, lo que lo convierte en un árbol ideal en sistemas agroforestales.

El cultivo intercalado de P. tomentosa, una planta leñosa comercial de rápido crecimiento en un sistema agroforestal, podría ser útil en el contexto de la estrategia de mitigación de gases invernadero. La P. tomentosa plantada tiene mayor biomasa total que podría ser un elemento de gran apoyo en la fijación de carbono y la producción de biomasa. De hecho, es importante considerar todos los comportamientos del árbol al determinar con precisión la reserva total de carbono del árbol. Se necesitan más investigaciones sobre ensayos forestales para estimar el valor realista de la biomasa de carbono total de P. tomentosa.