Rangeland Ecology & Management · 2010 · 37 citations · 21 references
Rangelands make an important contribution to carbon dynamics of terrestrial ecosystems. We used a readily accessible interface (COMET VR) to a simulation model (CENTURY) to predict changes in soil carbon in response to management changes commonly associated with conservation programs. We also used a subroutine of the model to calculate an estimate of uncertainty of the model output based on the similarity between climate, soil, and management history inputs and those used previously to parameterize the model for common land use (cropland to perennial grassland) and management (stocking rate reductions and legume addition) changes to test the validity of the approach across the southwestern United States. The conversion of small grain cropland to perennial cover was simulated acceptably (<20% uncertainty) by the model for soil, climate, and management history attributes representative of 32% of land area currently in small grain production, while the simulation of small grain cropland to perennial cover + legumes was acceptable on 73% of current small grain production area. The model performed poorly on arid and semiarid rangelands for both management (reduced stocking) and restoration (legume addition) practices. Only 66% of land area currently used as rangeland had climate, soil, and management attributes that resulted in acceptable uncertainty. Based on our results, it will be difficult to credibly predict changes to soil carbon resulting from common land use and management practices, both at fine and coarse scales. To overcome these limitations, we propose an integrated system of spatially explicit direct measurement of soil carbon at locations with well-documented management histories and climatic records to better parameterize the model for rangeland applications. Further, because the drivers of soil carbon fluxes on rangelands are dominated by climate rather than management, the interface should be redesigned to simulate soil carbon changes based on ecological state rather than practice application. Los pastizales naturales contribuyen de modo importante a la dinámica de carbono de los ecosistemas terrestres. Utilizamos una interface fácilmente accesible (COMET VR) de un modelo de simulación (CENTURY) para predecir los cambios de carbono orgánico que ocurren a raíz de cambios en el manejo de pastizales comúnmente asociados con programas de conservación. Asimismo utilizamos una subrutina para estimar el grado de certeza de las salidas del modelo basados en la similitud entre inputs de clima, suelo, e historia de manejo con aquellos utilizados anteriormente en la configuración del modelo para simular cambios comunes en el uso de la tierra (de cultivos a pasturas perennes) y el manejo (reducciones de la carga animal y agregado de leguminosas) a fin de probar la validez de este enfoque para pastizales del sudoeste de Estados Unidos. La simulación de conversión de tierras de cultivo de grano fino a pasturas permanentes fue aceptable (<20% de incertidumbre) para situaciones que representan los atributos del suelo, clima, y manejo del 32% del área actualmente utilizada para granos finos, mientras que la simulación de la conversión de cultivos de grano fino a pasturas permanentes +leguminosas produjo salidas aceptables para el 73% del área actualmente cultivada con cereales de grano fino. El comportamiento del modelo fue pobre en situaciones de pastizales naturales de zonas áridas y semiáridas para prácticas de manejo (reducción de la carga animal) y restauración (incorporación de leguminosas). Sólo un 66% del área de pastizales naturales poseía atributos de clima, suelo, y manejo que resultaron en niveles de incertidumbre aceptables. Sobre la base de estos resultados, creemos que resultará difícil predecir de modo creíble los cambios en el carbono orgánico en el suelo que resulten como consecuencia de prácticas de manejo comunes, tanto a escalas finas como gruesas. Para superar estas limitantes, proponemos un sistema integrado de medición espacialmente explícita de carbono en el suelo en lugares que posean historias de manejo bien documentadas y buenas series de datos climáticos que permitirían mejorar la configuración del modelo a fin de simular pastizales naturales. Más aun, dado que los flujos de carbono del suelo en pastizales naturales están controlados en gran medida por el clima más que por el manejo, la interface utilizada debería ser rediseñada para simular cambios en el carbono del suelo sobre la base del estado ecológico más que por la aplicación de prácticas de manejo.
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