Abstract:

Contar con valores observados de radiación neta, de flujos de calor sensible y latente en el aire, y del flujo de calor en el suelo para diversos usos de suelo permite ajustar y validar modelos atmosféricos. En este trabajo se presentan dichos flujos estimados sobre una cobertura de trigo en el sudeste de la región pampeana argentina. El análisis de la información obtenida muestra que tanto los flujos turbulentos de calor sensible y latente, como el flujo de calor en el suelo presentan una variabilidad asociada tanto a las condiciones atmosféricas como al estado de desarrollo del cultivo. Estos comportamientos están principalmente determinados por la disponibilidad de energía en el sistema modelado a través de la radiación neta, y también por la variabilidad de la estructura de la cobertura causada por variaciones en los estadios fenológicos de la misma. Los resultados mostraron una correlación entre valores máximos del flujo de cantidad de movimiento y calor latente. Durante las fases vegetativas y de oración el flujo de calor latente domina ampliamente la partición de energía, mientras que durante el llenado y maduración de frutos su rol es menor, y cobran mayor importancia los flujos de calor sensible y en el suelo.

Having observational values of net radiation flux, sensible and latent heat flux in the air, and soil heat flux for varied land uses allows us to adjust and validate atmospheric models. This paper presents the estimated results of the aforementioned fluxes for a surface having a wheat crop, based on micrometeorological data observed in the south-east area of the Pampas region in Argentina. The analysis of the obtained information shows that sensible and latent heat turbulent fluxes and soil heat flux have a variability which is associated with both atmospheric conditions and development stage of the crop. These are mainly determined by energy availability in the modelled system through net radiation, and also with the canopy structure variability caused by the various crop phenological stages. Findings show a correlation between the maximum values of momentum flux and latent heat flux. During the vegetative and flowering stages the latent heat flux dominates energy partitioning, while during filling and ripening fruit its role is smaller, and become more important the sensible heat and soil fluxes.

Author affiliation: Righetti, Silvina Andrea. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria; Argentina;

Author affiliation: Gassmann, María Isabel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria; Argentina;

Abstract:

Tesis optar por el grado de Doctor en Ciencias Agrarias, de la Universidad Nacional de Mar del Plata, en 2014

Una manera relevante de describir procesos ecológicos es a través del análisis de los flujos de agua y energía. Estos dos recursos son, probablemente, los insumos de mayor importancia para la agricultura en Argentina. La eficiencia en el uso del agua y la energía, particularmente la energía fósil, en las actividades productivas del país será seguramente uno de los principales aspectos a considerar en el futuro cercano, sobre todo por sus implicancias respectivas en las Huellas de Agua y de Carbono. La finalidad de la presente Tesis fue identificar y evaluar desde una perspectiva sistémica la dinámica de los flujos de agua y energía en la gran región agrícola argentina, durante los últimos 42 años, período para el cual se contó con información adecuada. Se caracterizaron los modelos agrícolas y ganaderos representativos a partir de ambas variables, y se identificaron diferencias entre las distintas eco-regiones y entre períodos de tiempo. Se evaluaron además los impactos del avance de la frontera agrícola y se interpretaron los patrones espaciales y temporales de estos flujos, utilizando un marco de análisis multiescalar. El área cubierta por este estudio fue de alrededor de 1,5 millones de km2, representando el 63% de la superficie continental del país. Los flujos de agua y energía fueron caracterizados a partir de seis indicadores agro-ecológicos: consumo de energía fósil, producción de energía, eficiencia de uso de la energía fósil, consumo de agua, eficiencia en el uso del agua y relación agua consumida-energía producida. Se encontraron patrones espaciales y temporales heterogéneos, pero con una tendencia al aumento en el consumo, en la producción y en la eficiencia del uso de ambos recursos: agua y energía. En general, la región pampeana contribuyó más a estos flujos en términos absolutos, pero en ecoregiones del NOA y NEA se observaron los mayores cambios relativos. Los resultados se utilizaron para construir modelos interpretativos, que explican la incidencia de otras variables sobre los flujos mencionados, y cómo varían estas relaciones a distintas escalas espaciales y temporales. Los flujos de agua y energía se relacionaron de manera heterogénea con el uso de la tierra y los niveles de producción de los principales commodities, tanto en el tiempo como en el espacio. La fortaleza del trabajo radica en que permitió mejorar los conocimientos sobre las implicancias energéticas e hidrológicas de la expansión e intensificación agropecuaria de secanoargentina.

A relevant way to describe ecological processes is through the analysis of water and energy fluxes. These two resources are probably the most important for agriculture in Argentina. Water and energy (especially fossil energy) efficiencies will be surely one of the main aspects to consider in the near future in the country’s productive activities, considering their respective influence on Water and Carbon Footprints. This Thesis aimed at identifying and evaluating, from a systemic perspective, the dynamics of water and energy fluxes in main agricultural area of Argentina, during the last 42 years, which was the period with adequate information. Agriculture and cattle productive systems were characterized using water and energy variables, and differences were found among regions, and among periods of time. The environmental impact of the expansion of the agricultural frontier was also evaluated, and the spatial and temporal patterns of these fluxes were analyzed in a multi-scale framework. The study area was of about 1.5 million of square km, representing 63% of the country’s continental area. Water and energy fluxes were characterized by using six agro-ecological indicators: use of fossil energy, energy production, fossil energy use efficiency, water use, wateruse efficiency and water use to energy production ratio. Spatial and temporal patterns were complex and showed a trend to higher energy use, production and efficiency, and higher water use and water-use efficiency. In general, the pampas’ region contributed the most to these fluxes in absolute terms; but north-western and north-eastern regions showed the most evident changes in relative terms. Results were used to construct interpretative models to explain the incidence of other variables on the fluxes mentioned above, and how these relationships vary over time and space. The fluxes were also related in a heterogeneous way to land use and intensification levels of the main commodities, both in time and space. The strength of this study was it improved the knowledge about the hydrological and energetic issues of rain-fed agricultural expansion and intensification in Argentina.

Estación Experimental Agropecuaria Anguil

Author affiliation: Frank, Federico. INTA. Estación Experimental Agropecuaria Anguil; Argentina

Abstract:

La necesidad de mantener las propiedades de los ecosistemas dentro de ciertos rangos de variación antecede largamente al concepto de sustentabilidad. Sin embargo, la actividad agropecuaria argentina ha crecido y se ha transformado notablemente en los últimos 20 años, lo cual aumenta el interés por el impacto que puede tener sobre los ecosistemas. La tecnología de producción de cultivos ha cambiado de manera significativa, y este crecimiento tecnológico fue acompañado por una expansión notable de la frontera agrícola hacia diversas zonas extra-pampeanas y por una agriculturización del sistema de rotación agrícola-ganadera en la región pampeana, con el consiguiente corrimiento e intensificación de la actividad ganadera hacia zonas marginales y hacia ambientes confinados. El objetivo de este artículo es desarrollar algunos elementos básicos de la Ecología que atañen al problema de la sustentabilidad de los ecosistemas agropecuarios y llamar la atención sobre los problemas ambientales más relevantes de Argentina. La estabilidad del funcionamiento de un ecosistema aumenta con su diversidad a diferentes escalas desde el stand hasta el paisaje y la región. A este comportamiento de los ecosistemas se lo conoce como “efecto portfolio” por su similitud con el comportamiento de estrategias de inversión, pero las interacciones entre los componentes de la diversidad pueden modificar la relación entre diversidad y estabilidad. Los ecosistemas se encuentran conectados regionalmente por diversos mecanismos que incluyen el transporte de materiales y energía por largas distancias y el movimiento migratorio y de dispersión de organismos. Como resultado, es frecuente que lo que suceda en un ecosistema repercuta en otro. Muchos efectos ambientales de la actividad agropecuaria son poco significativos a escala de predio, pero, sumados, pueden tener repercusiones en otros ecosistemas como lagunas o estuarios, o en componentes de índole regional o global como el agua subsuperficial o la atmósfera. En un agroecosistema, el manejo procura conducir la energía solar hacia la obtención de ciertos productos vegetales o animales. La energía de subsidio que aportan los agricultores en los sistemas extensivos tecnificados es relativamente pequeña en comparación con los ingresos de energía solar, pero al mismo tiempo es una proporción importante de la energía que se obtiene en el producto. Los agroecosistemas muestran una gran heterogeneidad ambiental y dinámicas estacionales e interanuales muy complejas. Si bien los técnicos y los productores perciben y atienden con mucha atención gran parte de esta variación, su naturaleza compleja frecuentemente resulta en que algunos aspectos clave pasen desapercibidos o no reciban un tratamiento adecuado. Esta complejidad con frecuencia radica en las diferencias de escalas espaciales y temporales con las que suceden fenómenos relevantes. Los problemas ambientales potenciales ligados a la actividad agropecuaria argentina son muy numerosos y de diversa índole. Una consulta informal entre colegas arrojó respuestas bastante coincidentes en destacar a la contaminación por uso de fertilizantes y plaguicidas y por residuos animales (en el caso de producción animal confinada a espacios reducidos) como los principales problemas. También coincidieron en la preocupación por diversas manifestaciones de degradación del suelo, como pérdida de materia orgánica, nutrientes y erosión, y por la pérdida de diversidad.

The need for maintaining the properties of the ecosystems within certain ranks of variation precedes the concept of sustainability. Argentine farming activity has remarkably grown and transformed in the last 20 years. The technology of production has significantly changed and this technological growth was accompanied by a remarkable expansion of the agricultural border towards diverse extrapampean zones and by an increase of the agricultural component of the agricultural-cattle rotation in the Pampean region, with the consequent movement and intensification of the cattle activity towards marginal zones and confined systems. The objective of this article is to develop some basic elements of Ecology that concern to the problem of the sustainability of farming ecosystems and to call the attention on the most relevant environmental problems of agriculture in Argentina. The stability of the operation of an ecosystem increases with its diversity. This behavior of the ecosystems is known as “portfolio effect” for its similarity with the behavior of investment strategies. The ecosystems are regionally connected by diverse mechanisms that include the transport of materials and energy through long distances and the migratory movement and dispersion of organisms. As a frequent result, what happens in an ecosystem bears consequences on another one. Many environmental effects of the farming activity are little significant at the farm scale, but, when added, they can have repercussions in other ecosystems, like lagoons or estuaries, or in components of regional or global nature like underground water or the atmosphere. In agroecosystems, management attempts to lead solar energy towards certain plant or animal products. The energy of subsidy contributed by the farmers in extensive systems is relatively small in comparison to the income of solar energy, but at the same time it is an important proportion of the energy obtained in the product. Agroecosystems show large environmental heterogeneity and complex seasonal and interannual dynamics. Although part of this variation is perceived and taken care of with much attention by technicians and farmers, its complex nature frequently results in some aspects being unnoticed or not receiving suitable treatment. The potential environmental problems related to the Argentine farming activity are very numerous and of diverse nature. An informal consultation among colleagues threw quite coincident answers emphasizing the contamination by fertilizers, pesticides, and waste material from confined animal production systems as the main problems. Also they were worried by diverse manifestations of soil degradation, such as loss of organic matter and nutrients, soil erosion, and the loss of diversity at different scales.

Abstract:

Esta ayuda didáctica pretende ilustrar acerca del concepto de receptividad ganadera y las dificultades que presenta su cálculo. En el marco del modelo logístico de crecimiento poblacional, la receptividad es la densidad máxima de individuos de una población que puede vivir en un hábitat determinado. Sin embargo, ese modelo supone que (1) el ambiente es invariable en el tiempo y en el espacio, (2) todos los individuos de la población usan los recursos con la misma eficiencia, y (3) la población no tiene competidores, parásitos o depredadores. Dado que esos supuestos no se cumplen en los sistemas ganaderos, y que la intervención del hombre en los ecosistemas modifica su receptividad, el concepto de receptividad ganadera difiere del concepto original de receptividad. Así, en términos agronómicos, la receptividad ganadera ha sido definida como "la densidad máxima de animales que puede mantenerse en un área determinada, en un cierto nivel de producción, sin deteriorar el recurso." El marco conceptual más adecuado para entender los determinantes de la receptividad ganadera es el modelo del flujo de energía. De él se desprende que, para lograr un uso sustentable de los ecosistemas pastoriles, los herbívoros deberían consumir sólo una proporción de la Productividad Primaria Neta Aérea (PPNA), conocida como Índice de Cosecha. Hasta el momento no se ha acuñado una metodología de cálculo de aceptación universal para estimar la receptividad debido a: (1) la ausencia de modelos confiables que permitan predecir el Índice de Cosecha en sitios con distintas condiciones ambientales y tipos de vegetación, en distintos años y en distintos momentos del año, (2) la multiplicidad de factores que determinan la receptividad, incluyendo tanto los factores ambientales vinculados a la disponibilidad de forraje como los factores ambientales extraforrajeros (e.g., depredadores) y los factores de manejo (e.g, método de pastoreo) y (3) las interacciones entre esos factores y las decisiones del productor, que reflejan sus objetivos empresariales y los niveles de riesgo que asume. En consecuencia, al definir la receptividad ganadera de un ecosistema dado se deben observar varias precauciones: una selección cuidadosa de los mejores métodos para cada objetivo particular y región, una actitud conservadora, un monitoreo continuo del estado de la vegetación y de la producción individual de los animales en relación a los objetivos productivos (ningún cálculo que afecte negativamente alguna de esas variables puede considerarse sustentable), y una actitud flexible para modificar la densidad ganadera bajo condiciones climáticas particulares, de manera de promover los procesos regenerativos o prevenir transiciones a estados más degradados.

This article is conceived as a didactic aid to use in graduate and post-graduate courses of Ecology and Grassland Science. It aims to illustrate the concept of carrying capacity when applied to animal production systems, and also the difficulties involved in its calculus. The concept of carrying capacity derives from the classical logistic model of population growth, and is defined as the maximum density a population can attain in one habitat. However, that model assumes that (1) the environment is invariable in time and space, (2) all the individuals of the population use the resources with the same efficiency, and (3) the population has not competitors, depredators or parasites. Taking into account that these three assumptions are not fulfilled in animal production systems, and that human intervention alters ecosystem carrying capacity, the concept of carrying capacity of animal production systems differs from that of the logistic model. The carrying capacity of animal production systems has been defined as "the maximum animal density that can be maintained in one area under a certain production level without deteriorate the resource". The most adequate conceptual framework to understand the factors determining the carrying capacity of animal production systems is the model of energy flux. It suggests that domestic herbivores may consume only a proportion of Aboveground Net Primary Production, known as Harvest Index, to make a sustainable use of rangeland ecosystems. There not exist, until now, an universally accepted methodology to estimate the carrying capacity of animal production systems because of: (1) the lack of reliable models to predict Harvest Index in sites differing in environmental conditions or vegetation structure, or in different years or seasons, (2) the vast array of factors determining carrying capacity, including those directly linked to forage availability (as precipitation, fertility, soil texture, etc.) as good as those environmental factors unlinked to forage availability (as water availability, climatic risks, predators, etc.) and those factors linked to range management (as grazing system), and (3) the interactions among these factors and the producer decisions, which reflect the objectives the producer fix to its business and the levels of economic risk he assumes. As a consequence, when defining the carrying capacity of an animal production system, several precautions must be taken: a careful selection of the best method for each objective and region, a conservative attitude, a continuous monitoring of the status of vegetation and individual animal production parameters (no calculus negatively affecting any of those parameters can be considered as sustainable), and a flexible attitude allowing to modify the stocking density in order to promote regenerative processes or prevent transitions to more degraded states.