Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 743390 bytes, checksum: f0cab3db9a39a060263d6a083241ce99 (MD5) Previous issue date: 2008-06-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A high number of agricultural systems depends on nutrients coming from decomposition of organics materials applied into soil. The decomposition rate of these materials is controlled by intrinsic factors as chemical and biochemical composition and extrinsic factors as temperature and moisture. Hence, the decomposition is a complex and dynamic process, which can be represented and examined within a framework, the mathematical models. Thus, the goal of this work was to make the parameterization and validation of Century, APSIM and NDICEA models for tropical conditions, working with different organic materials and to evaluate the capacity of these models to simulate N uptake mineralized from the organic materials. The information for model parameterization and calibration were collected in Matos (2005) and Chacón (2006). From this database it was utilized eight green manure residues evaluated in Araponga for 150 days and four in Pedra Dourada for 360 days, both municipalities situated in the Atlantic Forest of Minas Gerais State. For validation of the models it was utilized data from an experiment carried out in Seropédica (RJ), with four green manure residues, evaluated in the winter and summer seasons. The models were also calibrated to decomposition and N mineralization of four animal manures and four composts. To the N uptake, the calibration of the models was performed in order to assess the growth of Brachiaria plants with application of five organic materials as fertilizers. The calibration using the default of the Century and APSIM models overestimated the decomposition rate and N release of all the vegetable residues and, the NDICEA, underestimated those processes to the more recalcitrant materials. Thus, the calibration was essential to improve the accuracy level of these models. After calibrate the models, the NDICEA presented higher accuracy level than the Century and APSIM, simulating with lower error the decomposition and N release of the green manures in the winter and summer seasons. The calibration of the decomposition and N mineralization of the animal manures and composts was done individually, all models presented high performance in simulating those processes. The models overestimated the N uptake by Brachiaria plants when working with the calibration done to N mineralization of the organic materials. To increase the accuracy of the models in estimating the N uptake it was essential to do a specific calibration. After of this calibration, the NDICEA model presented the highest accuracy in estimating the N uptake by Brachiaria plants. After testing the accuracy of the models, the NDICEA presented the best performance in the environmental conditions of our study, showing potential to be a tool to be used in optimizing the use of organic materials as a source of N in the agroecosytems. However, future works are necessary, incorporating more organic materials and environments to improve the models in estimating the decomposition of organic material and N mineralization and its uptake by plants. / Muitos sistemas de produção contam basicamente com os nutrientes provenientes da decomposição de materiais orgânicos adicionados ao solo. A taxa de decomposição desses materiais é produto da combinação de fatores intrínsecos, sua composição química e bioquímica, e fatores extrínsecos, sendo as condições de temperatura e umidade do local as variáveis mais importantes, constituindo assim em um processo complexo e dinâmico por ser controlado por vários fatores. Contudo, a decomposição pode ser representada e examinada dentro de esquemas e mecanismos que facilitam seu entendimento, os modelos matemáticos. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi calibrar e validar os modelos Century, APSIM e NDICEA para decomposição e liberação de N em condições climáticas tropicais e materiais orgânicos de origens diversas; e testar a capacidade destes modelos em simular a absorção de N em solo adubado com materiais orgânicos utilizados na agricultura. Foram utilizados os resultados dos trabalhos desenvolvidos por Matos (2005) e Chacón (2006) como parâmetro de comparação para avaliação dos modelos. Na parametrização e calibração dos modelos para os materiais orgânicos vegetais, foram utilizados 8 resíduos testados em Araponga por 150 dias e 4 testados em Pedra Dourada por 360 dias, ambos os municípios situados na Zona da Mata mineira. Os modelos foram validados utilizando características edafoclimáticas de Seropédica (RJ), com 4 resíduos de materiais vegetais, avaliados no inverno e verão. Foram calibrados os modelos para a decomposição e mineralização de N de 4 estercos e 4 compostos testados em laboratório. Para a absorção de N, foram calibrados os modelos para a planta de braquiária crescendo em solo adubado com 5 materiais orgânicos. De maneira geral, a calibração padrão (default) do Century e APSIM superestimou a taxa de decomposição e liberação de N de todos os resíduos vegetais e, o NDICEA, superestimou estes processos para materiais mais resistentes a decomposição. Dessa forma, a calibração foi imprescindível para aumentar o grau de acurácia desses modelos. Na validação dos modelos o NDICEA apresentou maior grau de acurácia em relação aos demais, simulando com menor desvio a decomposição e liberação de N dos materiais vegetais na estação seca e chuvosa. A calibração para decomposição e mineralização de N dos estercos e compostos foi pontual, conferindo a todos os modelos elevado grau de acurácia em estimar as transformações destes materiais orgânicos. Os modelos superestimaram a absorção de N pela braquiária com a calibração feita para a liberação/mineralização de N dos materiais orgânicos aplicados no solo. Assim, para diminuir o desvio entre os valores de N absorvido simulado e medido, foi necessária a calibração específica para a absorção de N. Depois dos modelos calibrados, o NDICEA apresentou maior grau de acurácia em estimar a absorção de N pela braquiária com a adição de materiais orgânicos como fonte de nutrientes. Dessa forma, pelos testes realizados o NDICEA foi o modelo mais acurado para as condições estudadas, constituindo-se em uma ferramenta para predição e uso de fontes orgânicas para o manejo do solo de propriedade rurais. Contudo, trabalhos futuros são necessários, de modo que insiram maior número de materiais orgânicos e ambientes, fazendo com que o(s) modelo(s) seja(m) cada vez mais consolidado(s) para predição do comportamento de fontes orgânicas no campo, de modo que o sincronismo do fornecimento e demanda de nutrientes nestes agroecossistemas seja mais eficiente.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A atual preocupaÃÃo com as mudanÃas climÃticas globais, decorrentes do aumento nas concentraÃÃes de gases de efeito estufa na atmosfera, em especial o CO2, tem despertado a atenÃÃo da comunidade cientÃfica para o ciclo biogeoquÃmico do carbono. Assi, objetivou-se com este trabalho realizar um estudo teÃrico e experimental da dinÃmica da matÃria orgÃnica do solo, como forma de compreender se as alteraÃÃes nas caracterÃsticas fÃsicas, quÃmicas e biolÃgicas do solo influenciam no sequestro e/ou emissÃo de CO2 atmosfÃrico. O estudo foi realizado na Floresta Nacional do Araripe (FLONA- Araripe) e na Unidade de Manejo Florestal (UMF) da Fazenda Pau DâÃrco e Bonfim. Foram selecionados na UMF cinco talhÃes e na Reserva Ambiental e FLONA-Araripe uma Ãrea de aproximadamente 200 m2. Em cada Ãrea foram selecionados cinco pontos aleatÃrios. Foram realizadas 6 coletas durante o perÃodo de 2012, 2013 e 2014 sendo 2 em cada ano nas profundidades de 0-10, 10-20 e 0-20 cm para a realizaÃÃo das analises: fÃsicas, quÃmicas, mineralÃgicas e microbiolÃgicas. Utilizou-se anÃlise de variÃncia, com 6 repetiÃÃes e 7 tratamento. As mÃdias das diferentes profundidades do solo foram comparadas pelo teste de Tukey ao nÃvel de significÃncia 5% aplicou-se a tÃcnica da anÃlise fatorial pelo mÃtodo das componentes principais. Para o estudo teÃrico, utilizou-se o submodelo da dinÃmica da matÃria orgÃnica do solo (MOS) disponibilizado no Aplicativo Century (versÃo 4.0). AcurÃcia das simulaÃÃes foi verificado pelo coeficiente de correlaÃÃo entre dados simulados e observados, calculados pela ferramenta de anÃlise de dados do Microsolft Excel. As Ãreas apresentaram predominÃncias do mineral caulinita e Ãxidos de ferro e alumÃnio nas Ãreas de estudo favorecendo a proteÃÃo do material orgÃnico. Na FLONA-Araripe foram encontrados os maiores teores de COT, ClÃbil, estoque de C, CMIC, C-MOL e, os menores valores da RBS e qCO2, o contrÃrio ocorreu da UMF. AnÃlise de componente principal elucidou que dos oito atributos obtidos na anÃlise de comunalidades sÃo necessÃrios apenas cinco para a compreensÃo da dinÃmica da MOS, resultando em 2 atributos: COT, ClÃbil e o IMC e o NT e CMIC. Na calibraÃÃo, o PRDX adequado foi (140 e 11 g C m-2) respectivamente, para as Ãreas da FLONA-Araripe e UMF. Os ajustes realizados nas constantes de decaimento de carbono em ambas as Ãreas (K) FLONA-Araripe DEC4 (0,00402) DEC5 (0,22500) e DEC3.2 (6,5000) geraram os seguintes erros (0,04;3,7; 2,3%) respectivamente. Os fatores de correÃÃo A*, foram (0,89) para carbono ativo (CA) e carbono passivo (CP) e (1,12) para carbono lento (CL). As variÃveis de entrada temperatura mÃxima e mÃnima foram mais sensÃveis. A validaÃÃo das simulaÃÃes no aplicativo na UMF elucidou que o DEC4 nÃo ocorre reduÃÃo de C nos dois primeiros meses e estÃvel aos 4 anos. DEC5 as reduÃÃes de C nos primeiros meses de manejo e recuperaÃÃo aos 7anos e o DEC 3.2 reduÃÃes de C nos primeiros meses de manejo e estÃvel 5 anos. Neste sentido, a utilizaÃÃo do aplicativo com ajustes necessÃrios nas constantes de decaimento (DEC4, DEC5 e DEC3.2) responde satisfatoriamente ao acumulado de carbono no solo em funÃÃo da qualidade e quantidade da MOS elucidando que a dinÃmica da MOS influencia no sequestro de CO2. / The current concern about global climate change resulting from the increase in greenhouse gas concentrations in the atmosphere, especially CO2, has aroused the attention of the scientific community to the biogeochemical cycling of carbon. This study performed a theoretical and experimental analysis of the dynamics of soil organic matter in an area subjected to clear cutting of native vegetation to understand the influence of changes in physical, chemical and biological soil properties on sequestration and/or emission of atmospheric CO2. The study was conducted at the Araripe National Forest and at the Unit of Forest Management of the Farm Pau dâArco and Bonfim. In the area of sustainable management, there were selected 5 out of 22 plots existing and an area of about 200 m2 in the Environmental Reserve and FLONA- Araripe. In each area, we selected five random sites, at the layers 0-10, and 10-20 and 0-20 cm from 2012 2013 and 2014 amounting to 6 collections. The following analyses were performed: physical, chemical, mineralogical and microbiological. Climate data used in the Application Century, referring to the monthly rainfall, were obtained at the weather station of FLONA- Araripe. It was applied analysis of variance, with 6 replications and 7 treatments at the layers: 0-10, 10-20 and 0-20 cm. Mean values of the different layers were compared by Tukeyâs test at 5% probability, in the software Statistical Analysis Systems, using the factorial analysis by the main components method. For the theoretical study, we used the sub-model of the dynamics of soil organic matter available at Century 4.0. The accuracy of the simulations was verified by the correlation coefficient between simulated and observed data, calculated by Microsoft Excel data analysis tool. The areas showed predominance of mineral kaolinite and iron and aluminum oxides, thus favoring the protection of organic material. At FLONA- Araripe, we found the largest contents of TCO, Clabile, C storage, CMIC, C-MOL and lower RBS and qCO2, the opposite occurred for UMF. Principal component analysis evidenced that from 8 attributes obtained from the commonality analysis only 5 are required to understand the dynamics of MOS, resulting in two factors: TCO, Clabile and IMC and the NT and CMIC. In the calibration, the appropriate PRDX was (140 and 11 g C m-2) respectively for FLONA and UMF. The fits of the carbon decay constants in both areas (K) FLONA- Araripe DEC4 (0.00402) DEC5 (0.22500) and DEC3.2 (6.5000) produced the following errors (0.04, 3.7, 2.3%). The correction factors A* were (0.89) for carbon ative (CA) and carbon passive (CP) and (1.12) for carbon leve (CL). The input variables maximum and minimum temperatures were the most sensitive. The validation of the application in UMF elucidated that the DEC4 there was no reduction in C in the first two months, being stable at four years. DEC5 reductions in C in the first months of management and recovery 7 years and the DEC 3.2 reductions C in the first months of management and stable 5 years. In this sense, the use of the application with necessary fits in decay constants (DEC4, DEC5 and DEC3.2) responds satisfactorily to the carbon accumulated in the soil according to the quality and quantity elucidating the dynamics of SOM influences the CO2 sequestration.

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-04-06T16:47:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Carolina Rodrigues Gonzalez.pdf: 1642358 bytes, checksum: 3c6e27247b71fe24781e9ffe5a5add91 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-06T16:47:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Carolina Rodrigues Gonzalez.pdf: 1642358 bytes, checksum: 3c6e27247b71fe24781e9ffe5a5add91 (MD5) Previous issue date: 2015-07-30 / CAPES / A matéria orgânica do solo (MOS) é uma componente importante na sustentabilidade dos sistemas nativos e antropizados. A manutenção da MOS é necessária para estabelecer práticas de manejo sustentáveis e que otimizem a produção agropecuária. No semiárido brasileiro, a maior dificuldade para estabelecer práticas de manejo adequado está na lacuna de conhecimento em relação à dinâmica da MOS sob as variadas condições edafoclimáticas, características da região. A modelagem dos processos biogeoquímicos é uma importante ferramenta que permite a compreensão da dinâmica da MOS no sistema solo-planta de forma prática, além de permitir projetar cenários futuros e, assim, embasar tomadas de decisões. O modelo CENTURY tem sido utilizado em vários ecossistemas e em diversos tipos de uso da terra para simular a ciclagem biogeoquímica de carbono, nutrientes e água. O presente estudo teve como objetivo avaliar o desempenho do modelo previamente calibrado para uma área de catinga no município de Santa Teresinha, PB, para simular os estoques de C e N em áreas de caatinga densa na região semiárida de Pernambuco. Para isso, foram utilizadas as informações dos estoques de C e N no solo e na vegetação coletados em áreas de caatinga sob seis classes de solo (Planossolo, Argissolo, Neossolo Litólico, Neossolo Regolítico, Luvissolo e Latossolo), em 25 pontos distribuídos pelo Agreste e Sertão de Pernambuco. O modelo previamente calibrado por Althoff (2015), foi rodado para as áreas de caatinga densa selecionadas, com alterações apenas nos valores característicos de cada local como dados históricos de temperatura e precipitação mensais médias, coordenadas geográficas, textura, densidade, profundidade e o conteúdo de rochas do solo. Os principais dados de saída avaliados foram os estoques de C e N no solo e o carbono na biomassa aérea e subterrânea. O modelo demonstrou melhor desempenho para simular o estoque de C no solo (0-20 cm) em áreas de caatinga densa no sertão oeste de Pernambuco. Ajustes no modelo resultaram em melhorias na simulação do estoque no solo no agreste. Os resultados mostram que o modelo calibrado para uma região específica da caatinga possui abrangência limitada. Portanto, há a necessidade de mais esforços para calibração do modelo com capacidade de simulação mais ampla dos estoques em outras áreas da caatinga. / Soil organic matter (SOM) is an important component to ensure the sustainability of native and anthropogenic systems. Maintaining of the SOM levels is important to establish sustainable management practices and to improve agricultural production. In the Brazilian semiarid region, the greatest difficulty to establish proper management practices is the lack of knowledge about the dynamics of SOM under different soil and climatic conditions that are characteristics of the region. The modeling of biogeochemical processes is an important tool for the SOM dynamics understanding in the soil-plant system in a practical way, and allows project future scenarios and thus to base public decisions. The CENTURY model demonstrated efficiency in simulate conditions in various ecosystems and different types of land use to simulate the carbon biogeochemical cycling, nutrients and water. The present study aimed to evaluate the performance of the model that were calibrated for a “caatinga” site in Santa Teresinha, PB, in simulate the stocks of C and N in areas of dense scrub in the semiarid region of the Pernambuco state. For this study, we used the information of C and N stocks in soil and vegetation collected in areas of “caatinga” under six soil classes (Planosol, Argisol Udorthent, Entisol, Luvisol and Latosol), 25 points distributed by Wasteland and Hinterland of Pernambuco. We used the model previously calibrated by Althoff (2015), and we run it in the areas of dense scrub selected. We changes only the specific characteristics values of each site, like historical temperature and average monthly rainfall, geographic coordinates, texture, density, depth and content soil rocks. The main data of this output were the stocks of C and N in the soil and the carbon in the shoot and root biomass. The model showed better performance to simulate the stock of C in the soil (0-20 cm) in areas of dense scrub in western hinterlands of Pernambuco. Adjustments in the model results in improvements in the simulation of the stock on the ground in the wild. Century model calibrated for a specific region of the savanna has limited scope. So is needed more efforts to model calibration with larger capacity of simulate stocks in other areas of the savanna.

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-05-25T13:23:47Z No. of bitstreams: 1 Antonio Samuel Alves da Silva.pdf: 1122053 bytes, checksum: 6e7c9e58f8539f92485e0e0c700705bf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-25T13:23:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Antonio Samuel Alves da Silva.pdf: 1122053 bytes, checksum: 6e7c9e58f8539f92485e0e0c700705bf (MD5) Previous issue date: 2012-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The soil organic matter (SOM) consists of plant and animal residues that are partially decomposed and in continuous decomposition. The SOM has a direct effect on physical, chemical and biological characteristics in any terrestrial ecosystem and it has significant importance in nutrient availability, soil aggregation, water retention and exchanges fluxes of greenhouse gases between the land surface and atmosphere. Several models to simulate the dynamics of SOM in soil have been developed in recent years. A model that has great importance due to their ability to simulate the carbon (C), nitrogen (N), phosphorus (P) and sulfur (S) dynamics in soil-plant system for several agroecosystems, is the Century 4.0 model of MOS dynamic simulation. The model was developed by Great Plains System Research Unit-USDA (GPSR) and it works as an application on Windows platform for MSDOS environment (MicroSoft Disk Operating System). It´s exceeded architecture, in some computational aspects, prevent the execution of multiple simulations, as well as the spatially continuous dynamics of these. To remedy these deficiencies in the present work was coupled to the model the NURBS (Non Uniform Rational B-spline) non-linear interpolation method, as well as the development of an interface (Windows Century Manager –WinCent) to assist in the execution of multiple simulations and a window for graphic display in real time without the aid of any alternative software. / A matéria orgânica do solo (MOS) é formada por resíduos vegetais e animais que se encontram parcialmente decompostos e em contínua decomposição. A MOS tem efeito direto sobre as características físicas, químicas e biológicas em qualquer ecossistema terrestre e possui importância significativa na disponibilidade de nutrientes, agregação do solo, retenção de água e troca de fluxos de gases de efeito estufa entre a superfície terrestre e a atmosfera. Diversos modelos para simular a dinâmica da MOS do solo tem sido desenvolvido nos últimos anos. Um modelo que tem ganhado destaque, devida sua capacidade de simular a dinâmica do carbono (C), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre no sistema solo planta para diversos agroecossistemas, é o modelo Century 4.0 de simulação de dinâmica da MOS. O modelo foi desenvolvido pela Great Plains System Research Unit-USDA (GPSR) e funciona como aplicativo em plataformaWindows para ambiente MS-DOS (MicroSoft Disk Operating System). Sua arquitetura ultrapassada, em aspectos computacionais, impede a realização de múltiplas simulações bem como a dinâmica espacialmente continua destas. Para suprir estas deficiências, no presente trabalho, foi acoplado ao modelo o método de interpolação não-linear NURBS (B-spline Racional Não Uniforme) bem como o desenvolvimento de uma interface (Windows Century Manager – WinCent) para auxiliar na execução de múltiplas simulações e uma janela para visualização gráfica em tempo real sem auxílio de qualquer software alternativo.

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No Brasil, apesar do desenvolvimento mais acentuado na suinocultura, é na bovinocultura que se encontra o maior potencial para a digestão anaeróbia no tratamento de dejetos animais. O último Censo Agropecuário revelou uma tendência de concentração da criação de bovinos de leite e corte, além da migração para a região amazônica, resultando em maior pressão sobre a floresta nativa. Também evidenciou que a maior parte dos dejetos ainda é utilizada in natura. O aproveitamento em biodigestores dos dejetos coletáveis de um rebanho com aproximadamente 200 milhões de bovinos poderia resultar na auto-suficiência energética do setor agropecuário brasileiro. Os principais desafios encontram-se na dispersão destes resíduos e num entendimento limitado dos benefícios dos subprodutos da biodigestão, em especial o valor econômico e ambiental do biofertilizante. As ferramentas disponíveis costumam tratar separadamente as duas vertentes, uma energética associada ao biogás e a outra agronômica associada ao biofertilizante. Este trabalho apresenta uma abordagem original deste problema através do desenvolvimento de uma ferramenta que trata estas vertentes simultaneamente, através da simulação da dinâmica dos nutrientes no sistema solo-planta-animal. Partiu-se do modelo Century, tornando dinâmicos os parâmetros dos seus módulos GRAZING e OMAD (pastejo e adição de matéria orgânica, respectivamente). Para isso foram incorporadas rotinas que simulam o manejo dos animais, nutrição animal, manejo dos dejetos e digestão anaeróbia. O Modelo Century Modificado (MCM) foi capaz de simular a composição dos dejetos (carbono, nitrogênio e lignina), perda de nitrogênio no solo em função de diversas taxas de ocupação, o consumo dos animais em função da qualidade da espécie forrageira, entre muitos outros parâmetros. O MCM foi aplicado ao pastejo de braquiária por bovinos na zona da mata mineira (Coronel Pacheco), no período após a remoção da mata atlântica e conversão em pastagem e revelou que a biodigestão dos dejetos pode contribuir para a sustentabilidade econômica e ambiental dos bovinocultores de diversas formas. A redução das perdas de nitrogênio resulta em menor demanda de adubos nitrogenados e aumenta os benefícios e competitividade dos biodigestores. Na comparação com o manejo tradicional, verifica-se que os compartimentos ativos de C e N são fortemente impactados pela estratégia de manejo dos dejetos. O uso do MCM revela também que a digestão anaeróbia pode viabilizar maiores taxas de ocupação e a suplementação alimentar pode interferir com a estratégia de manejo dos dejetos. O modelo pode auxiliar em análises de emissões de gases de efeito-estufa, inclusive emissões entéricas, por incorporar a dinâmica de carbono em todos os componentes do sistema: solo, plantas e animais. Com parâmetros adequadamente escolhidos pode-se conduzir análises para qualquer região, não se limitando à região alvo do trabalho. / In Brazil, despite greater development with swine manure, anaerobic digestion finds its greatest potential in cattle sector when manure treatment is concerned. The last Livestock and Agriculture Census revealed a clear trend towards more concentrated milk and beef cattle breeding, besides migration to the Amazon Region, leading to higher pressure over the native forest. Also showed that manure is mainly used in natura. Collectable manure treatment with biodigesters considering a herd of approximately 200 million cattle heads would allow Brazilian livestock and agriculture sectors to be energetically self-sustainable. Main challenges are dispersion of manure availability and limited understanding of benefits associated with anaerobic digestion byproducts, especially digestate economic and environmental valuation. Available tools normally focus on two branches separately, one directed to energy associated to biogas and the other, agronomic, linked to the digestate. This thesis presents an original approach to this problem through the development of a tool that addresses these two branches simultaneously through the simulation of nutrients dynamics in soil-plant-animal system. Starting point was the Century Model, turning GRAZING and OMAD modules parameters into dynamic variables. New routines were developed and incorporated aimed at simulating herd evolution, animal nutrition, manure management and anaerobic digestion. The Modified Century Model (MCM) successfully simulated manure composition (carbon, nitrogen and lignin), soil nitrogen losses for different animal occupation rates and intake versus feed characteristics, among many other parameters. MCM was applied to brachiaria grazing by cattle at the zona da mata mineira (Coronel Pacheco) after Atlantic forest removal and revealed that anaerobic digestion can contribute to economic, energetic and environmental sustainability of cattle operations in many ways. Reduction of nitrogen losses leads to lower demand of nitrogenated fertilizers and increases the benefits and competitiveness of biodigestors. In comparison to traditional management, C and N active pools are strongly impacted by manure treatment strategies. MCM also shows that anaerobic digestion can lead to denser animal occupation rates and that supplements can impact manure management strategy. MCM can support greenhouse gases emission analysis, including enteric emissions, considering carbon dynamics in all related elements: soil, plants and animals. With parameters adequately chosen analysis can be developed for any region, not limited to the targeted region of this thesis.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Understanding the dynamics of carbon and nitrogen associated with the physical and chemical properties of the soil are important for conscious planning the use and management of land under cultivation of eucalyptus in order to act positively on the quality of the environment. The aim of this study was to evaluate the dynamics of carbon and nitrogen in surface and depth in soils cultivated with Eucalyptus sp., of different ages, in Central Depression and Southeast, Rio Grande do Sul. For this, was evaluated: a) a) through nonparametric and multivariate analyzes, the ratio of total organic carbon and total nitrogen with the physical and chemical properties at the surface and at depth in soils cultivated with Eucalyptus sp., replacing the native grassland; b) the accuracy of the employment Century 4.5 model in simulating the content of total organic carbon and total nitrogen in the 0.0-0.2 m layer of soils cultivated with Eucalyptus sp.; c) the distribution of total organic carbon and of total nitrogen in depth through the negative exponential mathematical model in soils cultivated with Eucalyptus sp. The dynamics of total organic carbon and total nitrogen in Eucalyptus plantations, replacing native grass, is related to the physical and chemical properties, and the use and soil management, recognized by the test nonparametric univariate and multivariate analysis. In surface soil that relationship is expressed by the variables already required at start of the simulation model of the dynamics of soil organic matter (Century Model 4.5). Depth in the profile, this association is more expressive with other properties, such as phosphorus, potassium, pHwater, calcium, magnesium, as well as fine sand, the SMP index and macroporosity. One can also consider, in the background, the coarse sand and clay. In a way this is important in the qualitative assessment of soil, since it makes inferences about the degradation process and the productivity of these soils. The native grassland had the highest similarities in the variations of soil properties in the surface layers, unlike Eucalyptus plantations in that homogeneity is more pronounced in the deeper layers of the profile. The Century Model 4.5 showed a good fit in the simulation of the stock of total organic carbon in the soil and can be used in the simulation of organic matter dynamics in native grassland and Eucalyptus plantations in the different districts. For the stocks of soil total nitrogen, even with the changes of parameters, the Century Model 4.5 could not simulate with acceptable statistical accuracy when compared to the observed data. The content of total organic carbon and total nitrogen in the soil depth of native grassland and Eucalyptus plantations has negative exponential distribution, indicating that the model was able to represent rated this dynamic. However, it should evaluate the quality of the method employed in estimating the rate of decay of these contents, since differences were estimated in the content of total organic carbon and nitrogen along the entire soil profile. Therefore, we suggest the development of new long-term experiments in Eucalyptus plantations of different ages in different soil depths in order to infer the temporal behavior of carbon and nitrogen in soil, based on the processes of migration, degradation, stability and fractions of these elements. / A compreensão da dinâmica do carbono e do nitrogênio, associada às propriedades físicas e químicas do solo são importantes para o planejamento consciente do uso e manejo do solo cultivado com plantações de eucalipto, atuando positivamente na qualidade do ambiente. O objetivo deste estudo foi avaliar a dinâmica de carbono e de nitrogênio em superfície e em profundidade nos solos cultivados com plantações de Eucalyptus sp., de diferentes idades, na Depressão Central e na Serra do Sudeste, do Rio Grande do Sul. Para isso, foi avaliado: a) por meio do teste não paramétrico e das análises multivariadas, a relação do carbono orgânico total e do nitrogênio total com as propriedades físicas e químicas em superfície e em profundidade nos solos cultivados com plantações de Eucalyptus sp., em substituição ao campo nativo; b) a acurácia do emprego do modelo Century 4.5 em simular o conteúdo de carbono orgânico total e nitrogênio total na camada 0,0-0,2 m dos solos cultivados com plantações de Eucalyptus sp.; c) a distribuição do carbono orgânico total e do nitrogênio total em profundidade por meio do modelo matemático exponencial negativo nos solos cultivados com plantações de Eucalyptus sp. A dinâmica do carbono orgânico total e do nitrogênio total nas plantações de eucalipto, em substituição ao campo nativo, está relacionada às propriedades físicas e químicas, e ao uso e manejo do solo, reconhecidos pelo teste univariado não paramétrico e pela análise multivariada. Em superfície no solo essa relação é expressa pelas variáveis já exigidas na inicialização do modelo de simulação da dinâmica da matéria orgânica no solo (Century 4.5). Em profundidade no perfil, essa associação é mais expressiva com outras propriedades, como o fósforo, o potássio, o pHágua, o cálcio, o magnésio, bem como a areia fina, o índice SMP e a macroporosidade. Pode-se ainda considerar, em segundo plano, a areia grossa e a argila. De certo modo isso é importante na avaliação qualitativa do solo, uma vez que se fazem inferências sobre o processo de degradação e da produtividade desses solos. O campo nativo apresentou as maiores semelhanças nas variações das propriedades do solo nas camadas superficiais, ao contrário das plantações de eucalipto, em que essa homogeneidade é mais pronunciada nas camadas mais profundas do perfil. O modelo Century 4.5 apresentou um bom ajustamento na simulação do estoque de carbono orgânico total no solo, podendo ser empregado na simulação da dinâmica da matéria orgânica do campo nativo e das plantações de eucalipto, nos locais estudados. Para os estoques de nitrogênio total do solo, mesmo com as alterações de parâmetros, o modelo Century 4.5 não conseguiu simular com uma acurácia estatística aceitável, quando comparado aos valores observados. Já em profundidade, o conteúdo de carbono orgânico total e do nitrogênio total no solo do campo nativo e das plantações de eucalipto apresenta distribuição exponencial negativa, indicando que o modelo avaliado foi capaz de representar essa dinâmica. No entanto, deve-se avaliar a qualidade do método empregado na estimativa da taxa de decaimento desses conteúdos, uma vez que se evidenciaram diferenças no conteúdo estimado de carbono orgânico total e do nitrogênio total ao longo do perfil do solo. Portanto, sugere-se o desenvolvimento de novos experimentos em longo prazo em plantações de eucalipto de diferentes idades em diferentes profundidades do solo, a fim de inferir sobre o comportamento temporal do carbono e nitrogênio no solo, com base nos processos de migração, degradação, estabilidade e frações desses elementos.

No Brasil, apesar do desenvolvimento mais acentuado na suinocultura, é na bovinocultura que se encontra o maior potencial para a digestão anaeróbia no tratamento de dejetos animais. O último Censo Agropecuário revelou uma tendência de concentração da criação de bovinos de leite e corte, além da migração para a região amazônica, resultando em maior pressão sobre a floresta nativa. Também evidenciou que a maior parte dos dejetos ainda é utilizada in natura. O aproveitamento em biodigestores dos dejetos coletáveis de um rebanho com aproximadamente 200 milhões de bovinos poderia resultar na auto-suficiência energética do setor agropecuário brasileiro. Os principais desafios encontram-se na dispersão destes resíduos e num entendimento limitado dos benefícios dos subprodutos da biodigestão, em especial o valor econômico e ambiental do biofertilizante. As ferramentas disponíveis costumam tratar separadamente as duas vertentes, uma energética associada ao biogás e a outra agronômica associada ao biofertilizante. Este trabalho apresenta uma abordagem original deste problema através do desenvolvimento de uma ferramenta que trata estas vertentes simultaneamente, através da simulação da dinâmica dos nutrientes no sistema solo-planta-animal. Partiu-se do modelo Century, tornando dinâmicos os parâmetros dos seus módulos GRAZING e OMAD (pastejo e adição de matéria orgânica, respectivamente). Para isso foram incorporadas rotinas que simulam o manejo dos animais, nutrição animal, manejo dos dejetos e digestão anaeróbia. O Modelo Century Modificado (MCM) foi capaz de simular a composição dos dejetos (carbono, nitrogênio e lignina), perda de nitrogênio no solo em função de diversas taxas de ocupação, o consumo dos animais em função da qualidade da espécie forrageira, entre muitos outros parâmetros. O MCM foi aplicado ao pastejo de braquiária por bovinos na zona da mata mineira (Coronel Pacheco), no período após a remoção da mata atlântica e conversão em pastagem e revelou que a biodigestão dos dejetos pode contribuir para a sustentabilidade econômica e ambiental dos bovinocultores de diversas formas. A redução das perdas de nitrogênio resulta em menor demanda de adubos nitrogenados e aumenta os benefícios e competitividade dos biodigestores. Na comparação com o manejo tradicional, verifica-se que os compartimentos ativos de C e N são fortemente impactados pela estratégia de manejo dos dejetos. O uso do MCM revela também que a digestão anaeróbia pode viabilizar maiores taxas de ocupação e a suplementação alimentar pode interferir com a estratégia de manejo dos dejetos. O modelo pode auxiliar em análises de emissões de gases de efeito-estufa, inclusive emissões entéricas, por incorporar a dinâmica de carbono em todos os componentes do sistema: solo, plantas e animais. Com parâmetros adequadamente escolhidos pode-se conduzir análises para qualquer região, não se limitando à região alvo do trabalho. / In Brazil, despite greater development with swine manure, anaerobic digestion finds its greatest potential in cattle sector when manure treatment is concerned. The last Livestock and Agriculture Census revealed a clear trend towards more concentrated milk and beef cattle breeding, besides migration to the Amazon Region, leading to higher pressure over the native forest. Also showed that manure is mainly used in natura. Collectable manure treatment with biodigesters considering a herd of approximately 200 million cattle heads would allow Brazilian livestock and agriculture sectors to be energetically self-sustainable. Main challenges are dispersion of manure availability and limited understanding of benefits associated with anaerobic digestion byproducts, especially digestate economic and environmental valuation. Available tools normally focus on two branches separately, one directed to energy associated to biogas and the other, agronomic, linked to the digestate. This thesis presents an original approach to this problem through the development of a tool that addresses these two branches simultaneously through the simulation of nutrients dynamics in soil-plant-animal system. Starting point was the Century Model, turning GRAZING and OMAD modules parameters into dynamic variables. New routines were developed and incorporated aimed at simulating herd evolution, animal nutrition, manure management and anaerobic digestion. The Modified Century Model (MCM) successfully simulated manure composition (carbon, nitrogen and lignin), soil nitrogen losses for different animal occupation rates and intake versus feed characteristics, among many other parameters. MCM was applied to brachiaria grazing by cattle at the zona da mata mineira (Coronel Pacheco) after Atlantic forest removal and revealed that anaerobic digestion can contribute to economic, energetic and environmental sustainability of cattle operations in many ways. Reduction of nitrogen losses leads to lower demand of nitrogenated fertilizers and increases the benefits and competitiveness of biodigestors. In comparison to traditional management, C and N active pools are strongly impacted by manure treatment strategies. MCM also shows that anaerobic digestion can lead to denser animal occupation rates and that supplements can impact manure management strategy. MCM can support greenhouse gases emission analysis, including enteric emissions, considering carbon dynamics in all related elements: soil, plants and animals. With parameters adequately chosen analysis can be developed for any region, not limited to the targeted region of this thesis.