Biosequestration es la captura y almacenamiento de dióxido de carbono de gases de efecto invernadero a través de procesos biológicos.
Esto puede deberse a una mayor fotosíntesis (a través de prácticas como la reforestación / prevención de la deforestación y la ingeniería genética [1] [2] ); por la mejora de la captura de carbono del suelo en la agricultura; o por el uso de algas bio secuestro (ver biorreactor algas ) para absorber las emisiones de dióxido de carbono a partir de carbón, petróleo (aceite) o gas natural -fired la generación de electricidad .
La biosequestration como un proceso natural ha ocurrido en el pasado, y fue responsable de la formación de los extensos depósitos de carbón y petróleo que ahora se están quemando. Es un concepto clave de política en el debate sobre la mitigación del cambio climático . [3] En general, no se refiere al secuestro de dióxido de carbono en los océanos (ver secuestro de carbono y acidificación de los océanos ) o formaciones rocosas, depósitos de petróleo o gas agotados (ver agotamiento de petróleo y pico de petróleo ), acuíferos salinos profundos o vetas de carbón profundas (ver minería de carbón ) (para todos ver geosequestration ) o mediante el uso de químicos industrialesdepuración de dióxido de carbono .
La importancia de las plantas en el almacenamiento de dióxido de carbono atmosférico [ editar ]
Después de que el vapor de agua (concentraciones en las que los humanos tienen una capacidad limitada para influir), el dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más abundante y estable de la atmósfera (el metano reacciona rápidamente para formar vapor de agua y dióxido de carbono). El dióxido de carbono atmosférico ha aumentado de aproximadamente 280 ppm en 1750 a 383 ppm en 2007 y está aumentando a una tasa promedio de 2 ppm por año. [4] Los océanos del mundo han desempeñado previamente un papel importante en el secuestro de dióxido de carbono atmosférico mediante la solubilidad y la acción del fitoplancton . [5] Esto, y las probables consecuencias adversas para los humanos y la biosfera de asociadosel calentamiento global , aumenta la importancia de la investigación de mecanismos de política para fomentar la bioestimación.
Reforestación, deforestación evitada y LULUCF [ editar ]
El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés) estima que la reducción de los bosques está contribuyendo en la actualidad a cerca del 20% de los gases de efecto invernadero que entran a la atmósfera. [6] Candell y Raupach argumentan que hay cuatro formas principales en que la reforestación y la reducción de la deforestación pueden aumentar la biosequestración. Primero, al aumentar el volumen de bosque existente. En segundo lugar, al aumentar la densidad de carbono de los bosques existentes en una escala de rodales y paisajes. Tercero, al expandir el uso de productos forestales que reemplazarán de manera sostenible las emisiones de combustibles fósiles. Cuarto, al reducir las emisiones de carbono causadas por la deforestación y la degradación. [7]Las reducciones en la limpieza de la tierra, la mayoría de las veces, crean beneficios de biodiversidad en una vasta extensión de regiones terrestres. Sin embargo, surgen preocupaciones cuando la densidad y el área de vegetación aumentan, la presión de pastoreo también podría aumentar en otras áreas, causando la degradación de la tierra . [8]
Un informe reciente del CSIRO australiano descubrió que las opciones forestales y relacionadas con los bosques son las más significativas y más fáciles de alcanzar sumidero de carbono que conforman 105 Mt por año CO 2 -e, o aproximadamente el 75 por ciento de la cifra total alcanzable para el estado australiano de Queensland desde 2010-2050. Entre las opciones forestales, según el informe de CSIRO, la silvicultura con el objetivo principal de almacenamiento de carbono (llamada silvicultura de carbono) tiene la capacidad de almacenamiento de carbono más alta posible (77 Mt CO 2- e / año), mientras que la estrategia equilibrada con la biodiversidad puede devolver 7– 12 veces más vegetación nativa para una reducción del 10% al 30% del rendimiento de almacenamiento de carbono. [9]Las estrategias legales para alentar esta forma de bio-solicitud incluyen la protección permanente de los bosques en los Parques Nacionales o en la Lista del Patrimonio Mundial , el manejo y las prohibiciones adecuadamente financiados del uso de las maderas de la selva tropical y los usos ineficientes, como el bosque viejo que se acumula . [10]
Como resultado del cabildeo realizado por el grupo de países en desarrollo (o el Grupo de los 77 ) en las Naciones Unidas (asociado a la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo(UNCED) en Río de Janeiro , los Principios Forestales no jurídicamente vinculantes se establecieron en 1992 Estos vincularon el problema de la deforestación con la deuda del tercer mundo y la transferencia de tecnologíainadecuada y declararon que el "costo incremental total acordado para lograr los beneficios asociados con la conservación de los bosques ... debe ser compartido equitativamente por la comunidad internacional" (párrafo 1 (b)). [11] Posteriormente, el Grupo de los 77.argumentado en el Panel Intergubernamental sobre Bosques (IPF) de 1995 y luego en el Foro Intergubernamental sobre Bosques (IFF) de 2001 , para un acceso asequible a tecnologías ambientalmente racionales sin el rigor de los derechos de propiedad intelectual ; mientras que los estados desarrollados rechazaron las demandas de un fondo forestal. [12] El grupo de expertos creado en el marco del Foro de las Naciones Unidas sobre los Bosques (FNUB) informó en 2004, pero en 2007 las naciones desarrolladas volvieron a vetar el lenguaje en los principios del texto final que podrían confirmar su responsabilidad legal en virtud del derecho internacional para proporcionar financiamiento y medio ambiente Tecnologías de sonido para el mundo en desarrollo. [13]
En diciembre de 2007, después de un debate de dos años sobre una propuesta de Papua Nueva Guinea y Costa Rica , los estados parte de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático(CMCC) acordaron explorar formas de reducir las emisiones derivadas de la deforestación y mejorar las reservas forestales de carbono. en naciones en vías de desarrollo. [14] La idea subyacente es que las naciones en desarrollo deben ser compensadas financieramente si logran reducir sus niveles de deforestación (a través de la valoración del carbono que se almacena en los bosques ); un concepto denominado 'deforestación evitada (AD) o, REDD si se amplía para incluir la reducción de la degradación de los bosques (verReducción de emisiones por deforestación y degradación forestal . Bajo el modelo de mercado libre defendido por los países que han formado la Coalición de Naciones con Selva Tropical , las naciones en desarrollo con bosques tropicalesvenderían créditos de sumidero de carbono bajo un sistema de libre mercado a los estados del Anexo I del Protocolo de Kyoto que han excedido su asignación de emisiones. [15] Sin embargo, Brasil (el estado con el área más grande de selva tropical) se opone a la deforestación evitada en un mecanismo de comercio de carbono y, en cambio, favorece la creación de un fondo multilateral de asistencia al desarrollo creado a partir de donaciones de los estados desarrollados. [15]Para que REDD tenga éxito, la ciencia y la infraestructura regulatoria relacionada con los bosques deberán aumentar para que las naciones puedan realizar un inventario de todo el carbono forestal, mostrar que pueden controlar el uso de la tierra a nivel local y demostrar que sus emisiones están disminuyendo. [dieciséis]
Posteriormente a la respuesta inicial de la nación donante, la ONU estableció REDD Plus o REDD +, ampliando el alcance del programa original para incluir el aumento de la cobertura forestal mediante la reforestación y la plantación de nueva cubierta forestal, así como la promoción de la gestión sostenible de los recursos forestales. [17]
El Artículo 4 (1) (a) de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) requiere que todas las Partes "desarrollen, actualicen periódicamente, publiquen y pongan a disposición de la Conferencia de las Partes" así como "los inventarios nacionales de emisiones antropogénicas por "" eliminaciones por sumideros de todos los gases de efecto invernadero no controlados por el Protocolo de Montreal. Según las directrices de presentación de informes de la CMNUCC, las emisiones de efecto invernadero inducidas por el hombre deben notificarse en seis sectores: energía (incluida la energía estacionaria y el transporte); procesos industriales; uso de solventes y otros productos; agricultura; residuos; y uso de la tierra, cambio de uso de la tierra y silvicultura ( LULUCF ). [18]Las reglas que rigen la contabilidad y el informe de las emisiones de gases de efecto invernadero de LULUCF en virtud del Protocolo de Kyoto se encuentran en varias decisiones de la Conferencia de las Partes en el marco de la CMNUCC y LULUCF ha sido objeto de dos informes principales del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC). [19] Por lo tanto, el artículo 3.3 del Protocolo de Kyoto exige que LULUCF sea responsable de la forestación (sin bosque durante los últimos 50 años), la reforestación (sin bosque el 31 de diciembre de 1989) y la deforestación, así como (en el primer período de compromiso) en virtud del artículo 3.4 voluntario. teniendo en cuenta la gestión de las tierras de cultivo, la gestión de las tierras de pastoreo, la revegetación y la gestión de los bosques (si no se han incluido en el artículo 3.3). [20]
Como ejemplo, el Inventario Nacional de Gases de Efecto Invernadero (NGGI) de Australia, preparado de conformidad con estos requisitos, indica que el sector energético representa el 69 por ciento de las emisiones de Australia, el 16 por ciento de la agricultura y el LULUCF del 6 por ciento. Sin embargo, desde 1990, las emisiones del sector energético han aumentado un 35% (la energía estacionaria aumenta un 43% y el transporte un 23%). En comparación, las emisiones de LULUCF se han reducido en un 73%. [21] Sin embargo, Andrew Macintosh ha planteado preguntas sobre la veracidad de las estimaciones de emisiones del sector LULUCF debido a las discrepancias entre los gobiernos de Australia y Queensland.'datos de limpieza de la tierra. Los datos publicados por el Estudio Estatal de Cobertura Terrestre y Árboles (SLATS) en Queensland, por ejemplo, muestran que la cantidad total de desmonte en Queensland identificada en SLATS entre 1989/90 y 2000/01 es aproximadamente un 50% más alta que la cantidad estimada por la australiana Gobierno Federal ‘s Sistema Nacional de Contabilidad de carbono (ANC) entre 1990 y 2001. [22]
Las imágenes satelitales se han vuelto cruciales para obtener datos sobre los niveles de deforestación y reforestación . Los datos satelitales de Landsat , por ejemplo, se han utilizado para mapear la deforestación tropical como parte del Proyecto de Deforestación Húmeda Tropical Landsat Pathfinder de la NASA , un esfuerzo de colaboración entre científicos de la Universidad de Maryland , la Universidad de New Hampshire y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. . El proyecto arrojó mapas de deforestación para la cuenca del Amazonas , África Central y el sudeste asiático durante tres períodos en los años 70, 80 y 90.[23]
Fotosíntesis mejorada [ editar ]
El biosequestration se puede mejorar mejorando la eficacia fotosintética modificando los genes de RuBisCO en plantas para aumentar la actividad catalítica y / o de oxigenación de esa enzima. [24]
Una de estas áreas de investigación implica aumentar la proporción de plantas fotosintéticas de fijación de carbono en la Tierra . Las plantas C4 representan aproximadamente el 5% de la biomasa vegetal de la Tierra y el 1% de sus especies de plantas conocidas, [25] pero representan alrededor del 30% de la fijación de carbono terrestre. [26] En las hojas de las plantas C3, los fotones capturados de energía solar se someten a una fotosíntesis que asimila el carbono en carbohidratos (triosfosfatos) en los cloroplastos de las células mesófilas . La etapa de fijación primaria de CO 2 es catalizada por la ribulosa 1,5 bisfosfato carboxilasa / oxigenasa ( Rubisco) que reacciona con O2 conduciendo a la fotorrespiración que protege la fotosíntesis de la fotoinhibición pero desperdicia el 50% de carbono potencialmente fijo. [27] La vía fotosintética C4, sin embargo, concentra el CO 2 en el sitio de la reacción de Rubisco , reduciendo así la fotorrespiración que inhibe el bioestimulación. [28] Una nueva frontera en la ciencia de cultivos consiste en intentos de diseñar genéticamente cultivos de alimentos básicos de C3 (como trigo, cebada, soja, papas y arroz) con el aparato fotosintético "turbo-cargado" de las plantas de C4. [2]
Biochar [ editar ]
El biochar (carbón vegetal creado por la pirólisis de la biomasa ) es una forma potente de biosequestration de largo plazo (miles de años) del CO 2 atmosférico derivado de la investigación de los suelos extremadamente fértiles Terra preta de la cuenca del Amazonas . [29] [30] La colocación de biochar en los suelos también mejora la calidad del agua, aumenta la fertilidad del suelo, aumenta la productividad agrícola y reduce la presión sobre los bosques viejos . [31] Como método de generación de bioenergía con almacenamiento de carbono.Rob Flanagan y la compañía de biochar EPRIDA han desarrollado estufas de cocina de baja tecnología para países en desarrollo que pueden quemar desechos agrícolas como las cáscaras de arroz y producir un 15% en peso de biochar; mientras BEST Energies en NSW Australia ha pasado una década desarrollando una tecnología Agrichar que puede quemar 96 toneladas de biomasa seca cada día, generando entre 30 y 40 toneladas de biochar. [32] Un estudio paramétrico de la bio-solicitud de Malcolm Fowles en la Open University , indicó que para mitigar el calentamiento global, las políticas deberían alentar el desplazamiento del carbón por la biomasa como fuente de energía para la generación de electricidad con carga de carga si la eficiencia de conversión de este último supera el 30%. biosecuenciaciónEl carbono de la biomasa es una opción de mitigación más barata que la geosequestration por captura y almacenamiento de CO 2 . [33]
Prácticas agrícolas y agrícolas mejoradas [ editar ]
Las prácticas agrícolas de cero labranza ocurren donde hay mucho mulching pero no se utiliza el arado , por lo que la materia orgánica rica en carbono en el suelo no está expuesta al oxígeno atmosférico, ni a los efectos de lixiviación y erosión de la lluvia. Se ha alegado que el cese del arado alienta a más hormigas a convertirse en depredadores de las termitas que comen madera (y generan CO 2 ) , permite que las malezas regeneren los suelos y ayuda a frenar los flujos de agua sobre la tierra. [34]
El suelo contiene más carbono que la vegetación y la atmósfera combinadas, y en los EE. UU. La mayor parte del suelo se encuentra en tierras de pastoreo. [35] [36] El pastoreo holístico planificado tiene un enorme potencial para mitigar el calentamiento global, al tiempo que construye suelo, aumenta la biodiversidad y revierte la desertificación. [37] [38] Desarrollado por Allan Savory , [39] utiliza cercas y / o pastorespara restaurar las praderas [40] [41] [42] al planear cuidadosamente los movimientos de grandes manadas de ganado para imitar a las grandes manadas encontradas en Naturaleza donde los animales de pastoreo se mantienen concentrados porEmpaque a los depredadores y los obligue a seguir adelante después de comer, pisotear y curar un área, regresando solo después de que se haya recuperado completamente. Este método de pastoreo busca emular lo que ocurrió durante los últimos 40 millones de años a medida que la expansión de los ecosistemas herbívoros construyó suelos de pastizales profundos y ricos , secuestrando carbono y enfriando el planeta. [43]
También se están desarrollando cultivos específicos para biocombustibles y biocombustibles, como switchgrass ( panicum virgatum ). [44] Requiere de 0.97 a 1.34 GJ de energía fósil para producir 1 tonelada de hierba de pasto, en comparación con 1.99 a 2.66 GJ para producir 1 tonelada de maíz. [45] Dado que Switchgrass contiene aproximadamente 18.8 GJ / ODT de biomasa, la relación de salida de energía a entrada para el cultivo puede ser de hasta 20: 1. [46]
La investigación biológica también puede mejorarse si los agricultores eligen especies de cultivos que producen grandes cantidades de fitolitos. Los fitolitos son conchas microscópicas esféricas de silicio que pueden almacenar carbono durante miles de años. [47]
Política de biosequestration y cambio climático [ editar ]
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Las industrias con grandes cantidades de emisiones de CO 2 (como la industria del carbón ) están interesadas en la bio-solicitud como medio para compensar su producción de gases de efecto invernadero . [48]En Australia, los investigadores universitarios están diseñando algas para producir biocombustibles (aceites de hidrógeno y biodiesel) y están investigando si este proceso se puede usar para biosecularcarbono. Las algas capturan naturalmente la luz solar y utilizan su energía para dividir el agua en hidrógeno, oxígeno y aceite que se pueden extraer. Tal producción de energía limpia también puede ser acoplada con desalinización.Usando algas marinas tolerantes a la sal para generar agua dulce y electricidad. [49]
Se están promoviendo muchas nuevas tecnologías de bioenergía ( biocombustible ), incluidas las biorrefinerías de etanol celulósico (que utilizan los tallos y las ramas de la mayoría de las plantas, incluidos los residuos de cultivos como los tallos de maíz, la paja de trigo y la paja de arroz) porque tienen la ventaja añadida de la biosequestration de CO 2 . [50] La Revisión de Cambio Climático de Garnaut recomienda que un precio de carbono en un esquema de comercio de emisiones de carbono podría incluir un incentivo financiero para los procesos de biosequestration. [51] Garnaut recomienda el uso de biosequestration de algas (ver biorreactor de algas ) para absorber la corriente constante de emisiones de dióxido de carbono de carbónLa generación de electricidad y la fundición de metales hasta formas de energía renovables, como la energía solar y eólica, se convierten en contribuyentes más establecidos a la red. [52] Garnaut, por ejemplo, afirma: "Algunos procesos de biosequestración de algas podrían absorber las emisiones de la generación de electricidad a base de carbón y la fundición de metales". [53] El Programa de Colaboración de las Naciones Unidas para la Reducción de Emisiones por Deforestación y Degradación Forestal en Países en Desarrollo ( Programa ONU-REDD ) es una colaboración entre la FAO , el PNUD y el PNUMA.en virtud del cual un fondo fiduciario establecido en julio de 2008 permite a los donantes aunar recursos para generar el flujo de transferencia de recursos requerido para reducir significativamente las emisiones globales de la deforestación y la degradación de los bosques. [54] El Informe Stern del gobierno del Reino Unido sobre los aspectos económicos del cambio climático argumentó que la reducción de la deforestación era una "manera muy rentable de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero". [55]
James E. Hansen sostiene que "una forma efectiva de lograr una reducción [del dióxido de carbono] sería quemar biocombustibles en centrales eléctricas y capturar el CO 2 , con los biocombustibles derivados de desechos agrícolas o urbanos o cultivados en tierras degradadas utilizando poco o nada". No hay entradas de combustibles fósiles ". [56] Dichos sistemas de reducción de CO 2 se denominan bioenergía con captura y almacenamiento de carbono , o BECCS. Según un estudio realizado por Biorecro y el Global CCS Institute, actualmente (a enero de 2012) hay 550 000 toneladas de CO
2 / año en la capacidad total de BECCS en funcionamiento, divididas entre tres instalaciones diferentes. [57]
2 / año en la capacidad total de BECCS en funcionamiento, divididas entre tres instalaciones diferentes. [57]
En virtud de un acuerdo de 2009, Loy Yang Power y MBD Energy Ltd construirán una planta piloto de combustibles fósiles en la central eléctrica de Latrobe Valley en Australia utilizando tecnología de biosequestration en forma de un sistema de sintetizador de algas. El CO 2 capturado de los gases de combustión de los desechos de desecho se inyectará en las aguas residuales en circulación para cultivar algas ricas en petróleo donde la luz solar y los nutrientes producirán una lechada pesada cargada de petróleo que puede producir petróleo de alta calidad para obtener energía, o alimento de reserva. [58] En Australia se han iniciado otros proyectos comerciales de demostración relacionados con la bio-solicitud de CO 2 en el punto de emisión. [59]
Bases filosóficas de la biosequestration [ editar ]
Los argumentos a favor del biocuestreo a menudo se configuran en términos de la teoría económica, pero hay una dimensión de calidad de vida bien reconocida en este debate. [60] Biosequestration ayuda a los seres humanos a aumentar sus contribuciones colectivas e individuales a los recursos esenciales de la biosfera . [61] El caso de políticas para el secuestro biológico se solapa con los principios de la ecología , la sostenibilidad y el desarrollo sostenible , así como la biosfera , la biodiversidad y el ecosistema de protección, la ética ambiental , ética climática y conservación de la naturaleza.
Barreras al aumento de la bioestabilización mundial [ editar ]
La Revisión de Cambio Climático de Garnaut señala muchas barreras para el aumento de la bioestimulación mundial. "Deben existir cambios en los regímenes contables para los gases de efecto invernadero . Se requieren inversiones en investigación, desarrollo y comercialización de enfoques superiores para la bio-solicitud. Se requieren ajustes en la regulación del uso de la tierra. Será necesario desarrollar nuevas instituciones para coordinar los intereses en "Aprovechamiento de oportunidades de bioseguridad en pequeñas empresas en comunidades rurales. Se requerirán esfuerzos especiales para desbloquear el potencial en comunidades rurales en países en desarrollo". [62] Saddler y King han argumentado que la bio-solicitud y las emisiones de gases de efecto invernadero agrícolas no deben manejarse dentro de un globalesquema de comercio de emisiones debido a las dificultades con la medición de dichas emisiones, los problemas para controlarlas y la carga que supondría una gran cantidad de operaciones agrícolas en pequeña escala. [63] Collett también sostiene que los créditos REDD (pagos post-facto a países en desarrollo por reducir sus tasas de deforestación por debajo de una tasa de referencia histórica o proyectada), simplemente crean un enfoque de mercado complejo para este problema de salud pública mundial que reduce la transparencia y la rendición de cuentas cuando los objetivos no se cumplen y no serán tan efectivos como las naciones desarrolladas que financian a los países para mantener sus bosques tropicales. [64]
El Movimiento Mundial por los Bosques ha argumentado que los países pobres en desarrollo podrían ser presionados para aceptar reforestación proyectos bajo el Protocolo de Kyoto 's Mecanismo de Desarrollo Limpiocon el fin de ganar divisas simplemente para pagar los intereses de la deuda con el Banco Mundial . [65] También existen tensiones sobre el manejo forestal entre los reclamos de soberanía de los estados de las naciones, los argumentos sobre el patrimonio común de la humanidad y los derechos de los pueblos indígenas y las comunidades locales; Programa de los Pueblos del Bosque(FPP) argumentando que los programas de lucha contra la deforestación podrían simplemente permitir que los beneficios financieros fluyan a los tesoros nacionales, privilegiando a posibles degradadores forestales corporativos que manipulan el sistema mediante la amenaza periódica de los bosques, en lugar de a las comunidades locales que los conservan. [66] El éxito de tales proyectos también dependerá de la precisión de los datos de referencia y del número de países involucrados. Además, se ha argumentado que si la investigación biológica debe desempeñar un papel importante en la mitigación del cambio climático antropogénico, entonces las políticas coordinadas deberían establecer un objetivo para lograr la cobertura forestal mundial en su extensión antes de la revolución industrial en el siglo XIX. [67]
También se ha argumentado que el mecanismo de las Naciones Unidas para reducir las emisiones debidas a la deforestación y la degradación de los bosques ( REDD, por sus siglas en inglés) puede aumentar la presión para convertir o modificar otros ecosistemas, especialmente las sabanas y los humedales, para alimentos o biocombustibles, aunque esos ecosistemas también tienen un alto secuestro de carbono. potencial. A nivel mundial, por ejemplo, las turberas cubren solo el 3% de la superficie terrestre, pero almacenan el doble de carbono que los bosques del mundo, mientras que los bosques de manglares y las marismas son ejemplos de ecosistemas de biomasa relativamente baja con altos niveles de productividad y secuestro de carbono. [68] Otros investigadores han argumentado que REDDes un componente crítico de una estrategia de biosequestration global efectiva que podría proporcionar beneficios significativos, como la conservación de la biodiversidad , especialmente si deja de centrarse en proteger los bosques que son más rentables para reducir las emisiones de carbono (como los de Brasil, donde los costos de oportunidad agrícola son relativamente bajos, a diferencia de Asia, que tiene ingresos considerables de palma aceitera, caucho, arroz y maíz). Argumentan que REDD podría ser variado para permitir que la financiación de programas disminuya la degradación de la turba en Indonesiay protección de la biodiversidad en "puntos calientes": áreas con gran riqueza de especies y relativamente poco bosque restante. Algunos compradores, sostienen, de los créditos de carbono de REDD, como corporaciones multinacionales o naciones, pueden pagar una prima para salvar ecosistemas en peligro o áreas con especies de alto perfil.
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