Autor: ZEA DÁVILA, Pedro
Título: Caracterización agroecológica y energética de los sistemas productivos Andinos del sur del Ecuador mediante teledetección y análisis de emisiones y sumideros de carbono
Fecha: 2026
Materia: ---
Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS
Departamento: INGENIERIA Y GESTION FORESTAL Y AMBIENTAL
Acceso electrónico: https://oa.upm.es/92951/
Director/a(s):
- Director/a: PASCUAL CASTAÑO, Cristina
- Director/a: GARCÍA MONTERO, Luis Gonzaga
Resumen: The Andean region of southern Ecuador with its climatic and geographical heterogeneity has given rise to different production systems: from intensive agriculture in the lowlands to subsistence and agroforestry systems in the highlands. With a marked structural division between intensive agriculture and biodiverse agriculture. Social dynamics such as migration have an impact, aggravating rural depopulation and food insecurity. In this context, Andean agrobiodiversity represents a key strategy to cope with climate change and promote sustainable agricultural systems. The objectives of this study were: i) To analyse the agro-ecological characteristics (slope, elevation, area, floristic diversity and chlorophyll concentration) of different agricultural production systems in the southern Andes of Ecuador. ii) To evaluate the consumption, efficiency and sustainability of energy use in different Andean agricultural production systems. iii)Analyse the link between agricultural energy inputs and vegetation condition through the NDVI index, using Landsat satellite images in Andean production scenarios in Ecuador between 2012 and 2023. iiii) Develop a theoretical model to estimate the carbon stock in biomass and soil, as well as the CO emissions derived from agricultural practices in different Andean production scenarios. High mountain agroforestry systems (HAFS), short-cycle cropping (SHC) and greenhouse systems (GHSE) were found on sloping land, which makes them vulnerable to erosion and requires the implementation of specialised agricultural practices. The low mountain agroforestry systems (LAFS) are in flat areas, which favours mechanisation and extensive crop management. The values obtained for the Margalef, Simpson and Shannon-Wiener indices confirmed the greater structural and functional heterogeneity of the HAFS. Despite the high species similarity between the systems, abundance was significantly lower in LAFS. Chlorophyll content (Chl), varied significantly between species and systems, with higher values in LAFS, due to both its favourable climate and high fertiliser use. In terms of total energy consumption, the GHSE and SHC systems were the most demanding, with values of 46.38 GJ ha- and 44.40 GJ ha-, respectively. In contrast, HAFS and LAFS reported significantly lower consumptions (11.98 and 10.49 GJ ha-). Fertiliser was the main source of energy consumption (31.8%), followed by labour (30%) and plant management (25.7%). All systems had a high dependence on non-renewable energy (mean 0.62) and low energy autonomy (0.12), with GHSE and SHC being the most dependent and HAFS and LAFS the most sustainable. NDVI analysis using Landsat images (TOA, SR and C) proved to be effective for our scenarios. Landsat-SR images yielded the highest Max_NDVI values: up to 0.92 in LAFS, 0.80 in SHC and lower and non-significant values in HAFS. A moderate positive correlation (r = 0.36) was observed between energy efficiency and NDVI. C stock estimation showed that both HAFS and LAFS accumulate similar amounts of carbon in aboveground and root biomass (20.34 and 17.51 Mg C ha-, respectively), with no significant statistical differences. However, in soil carbon, SHC stood out with the highest values (16.54 Mg ha-), followed by HAFS (15.37 Mg ha-) and LAFS (13.95 Mg ha-). GHSE recorded the lowest value (9.21 Mg ha-). In terms of CO emissions, the GHSE system had the highest total emissions (17.41 Mg CO ha-), followed by SHC (7.63 Mg CO ha-). In contrast, the HAFS and LAFS systems had the lowest emissions (1.37 and 0.30 Mg CO ha-). RESUMEN La región andina del sur del Ecuador con una heterogeneidad climática y geográfica ha dado lugar a distintos sistemas de producción: desde una agricultura intensiva en las zonas bajas hasta sistemas de subsistencia y agroforestales en las zonas altas. Con una marcada división estructural entre la agricultura intensiva y la agricultura biodiversa. Las dinámicas sociales, como la migración afectan, agravando el despoblamiento rural y la inseguridad alimentaria. En este contexto, la agrobiodiversidad andina representa una estrategia clave para enfrentar el cambio climático y promover sistemas agrícolas sostenibles. Los objetivos de este estudio fueron: i) Analizar las características agroecológicas (pendiente, elevación, área, diversidad florística y concentración de clorofila) de diferentes sistemas de producción agrícola en los Andes del sur de Ecuador. ii)Evaluar el consumo, eficiencia y sostenibilidad del uso de energía en diferentes sistemas de producción agrícola andinos. iii)Analizar el vínculo entre los insumos energéticos agrícolas y el estado de la vegetación a través del índice NDVI, utilizando imágenes satelitales Landsat en escenarios productivos andinos del Ecuador entre 2012 y 2023. iiii) Desarrollar un modelo teórico para estimar el stock de carbono en biomasa y suelo, así como las emisiones de CO derivadas de las prácticas agrícolas en distintos escenarios de producción andina. Los sistemas agroforestales de alta montaña (HAFS), los de cultivos de ciclo corto (SHC) y los sistemas bajo invernadero (GHSE), se encontraron en terrenos con pendiente, lo que los hace vulnerables a la erosión y demandan la implementación de prácticas agrícolas especializadas. Los sistemas agroforestales de baja montaña (LAFS) se ubican en zonas planas, lo que favorece la mecanización y el manejo extensivo de los cultivos. Los valores obtenidos en los índices Margalef, Simpson y Shannon-Wiener, confirmaron la mayor heterogeneidad estructural y funcional de los HAFS. A pesar de la alta similitud de especies entre los sistemas, la abundancia fue significativamente menor en los LAFS. El contenido de clorofila (Chl), varió significativamente entre especies y sistemas, con mayores valores en LAFS, debido tanto a su clima favorable como al alto uso de fertilizantes. En términos de consumo energético total, los sistemas GHSE y SHC fueron los más exigentes, con valores de 46,38 GJ ha y 44,40 GJ ha, respectivamente. En contraste, los HAFS y LAFS reportaron consumos significativamente menores (11,98 y 10,49 GJ ha). Los fertilizantes constituyeron la principal fuente de consumo energético (31,8 %), seguidos por la mano de obra (30 %) y el manejo vegetal (25,7 %). Todos los sistemas presentaron una alta dependencia de energía no renovable (media de 0,62) y baja autonomía energética (0,12), siendo GHSE y SHC los más dependientes y HAFS y LAFS los más sostenibles. El análisis de NDVI mediante imágenes Landsat (TOA, SR y C) demostró ser efectivo para nuestros escenarios. Las imágenes Landsat-SR arrojaron los valores más altos de Max_NDVI: hasta 0,92 en LAFS, 0,80 en SHC y valores más bajos y no significativos en HAFS. Se observó una correlación positiva moderada (r = 0,36) entre eficiencia energética y NDVI. La estimación del stock de C mostró que tanto HAFS como LAFS acumulan cantidades similares de carbono en biomasa aérea y radicular (20,34 y 17,51 Mg C ha, respectivamente), sin diferencias estadísticas significativas. No obstante, en el carbono del suelo, los SHC destacaron con los valores más altos (16,54 Mg ha), seguidos por HAFS (15,37 Mg ha) y LAFS (13,95 Mg ha). Los GHSE registraron el valor más bajo (9,21 Mg ha. En cuanto a las emisiones de CO, el sistema GHSE presentó las mayores emisiones totales (17,41 Mg CO ha), seguido por SHC (7,63 Mg CO ha). Por el contrario, los sistemas HAFS y LAFS registraron las emisiones más bajas (1,37 y 0,30 Mg CO ha.