Orientador : Prof. Dr. Maurício Felga Gobbi / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa: Curitiba, 13/06/2016 / Inclui referências : f. 108-113 / Resumo: Propõe-se neste trabalho um modelo para estimativa de emissões de gases de efeito estufa (CO2 e CH4) por reservatórios de usinas hidrelétricas. O modelo foi construído baseando-se nas relações do ciclo do carbono na coluna d'água e no sedimento, focando-se nas concentrações de carbono orgânico particulado (lábil e refratário), dissolvido, oxigênio dissolvido, carbono inorgânico e metano. A modelagem foi construída considerando-se as variações verticais de temperatura e concentrações dos compostos deste ciclo na coluna d''agua e de forma média (concentrada) nas duas camadas de sedimento (aeróbia e anaeróbia). Nas simulações realizadas para os reservatórios de Funil (RJ) e do Rio Verde (PR) foi possível se obter bons resultados para os perfis de temperatura e concentração dos compostos na coluna d'água, além de resultados coerentes nas emissões de CO2 e CH4 para a atmosfera, apesar de não terem sido idênticos aos valores medidos em campo. Para o reservatório de Funil, foram obtidos alguns valores de fluxos de CO2 e CH4 muito próximos aos medidos em campo, mas não em todo o período de simulação e eventualmente na mesma ordem de grandeza para emiss˜oes de CH4 no sedimento. Para ambos os reservatórios foram obtidos resultados de fluxos em faixas de valores muito próximas, mesmo possuindo características muito diferentes de vazão e área/volume total, além de resultados de consumo de metano na oxiclina próximos ao comportamento observado em campo em outros lagos. Palavras Chave: Emissão de Gases de Efeito Estufa, Reservatórios, Modelo Unidimensional, Ciclo Biogeoquímico, Modelagem Ambiental / Abstract: In this work we propose a model for greenhose gas emissions from reservoirs. The model is based on equations for carbon balance within the water column and the sediment bed. Specificaly the model considers concentrations of refractory and labile particulate organic carbon, dissolved organic carbon, dissolved axigen, carbon dioxide, and methane. The model considers vertical concentration variation, and vertical temperature variation for stratification and mixing in the water column, and considers two sediment layers for the reservoir bed. The model was applied to two very different reservoirs (Verde and Funil) in Brazil, and was able to reproduce quite well the temperature changes within the water bodies, and predicted emissions of CO2 and CH4 which are at least with what is expected from water quality type models in trems of errors compared to measured data, despite the fact that no calibration was perfermed and literature values were used for coeficients. Methane consumption near the thermocline was also prtedicted by the model which agrees with observed data. Keys: Greenhouse Effect Gases Emission, Reservoirs, Unidimensional Model, Biogeochemistry Cycle, Environmental Modelling

A avaliação global de sistemas pecuários com intuito de definir o manejo que associa produção animal e manutenção ou aumento nos estoques de carbono no solo e baixas emissões de gases de efeito estufa (GEE) é importante para a sustentabilidade dos sistemas. O estudo foi desenvolvido com objetivo de avaliar o potencial de aquecimento global (PAG) das ofertas de forragem de 4, 8, 12 e 16% (kg matéria seca 100 kg peso vivo-1 dia-1) em um campo nativo no bioma Pampa. O campo nativo foi manejado com as ofertas de forragem por 30 anos. O delineamento experimental utilizado foi blocos ao acaso com duas repetições. As emissões de metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) do solo foram avaliadas através do método das câmaras estáticas durante dois anos. As amostras de solo para determinação dos teores e estoques de carbono orgânico foram coletadas em camadas estratificadas até 100 cm de profundidade, em quatro trincheiras por repetição. A contribuição das excretas dos bovinos na emissão de N2O foi estimada com base em um experimento estabelecido no local. Para isso, urina e esterco proporcionais a um evento de dejeção dos bovinos foram aplicados nas ofertas de forragem de 4 e 12% e os fluxos de N2O foram mensurados durante um ano. O fator de emissão (FE) de N2O não diferiu entre as ofertas de forragem, mas diferiu entre as excretas (p≤0,05). O FE de N2O para urina (0,74%) e esterco (0,08%) de bovinos criados no campo nativo foi menor que o valor de 2% definido pelo IPCC. Os resultados reforçam a necessidade de distinção entre os FE de N2O para urina e esterco de bovinos e da definição de FE nacionais. O estoque de carbono do solo na camada de 0-100 cm foi maior na oferta de forragem de 8% (135,7 Mg C ha-1), não diferindo da oferta de 12% (124,2 Mg C ha-1) e 16% (122,2 Mg C ha-1), mas sendo 20 Mg C ha-1 superior a oferta de 4%. As emissões anuais de N2O (0,19 kg N ha-1) e CH4 (1,53 kg C ha-1) foram baixas, não havendo distinção entre as ofertas de forragem na média dos dois anos. A oferta de forragem de 8% apresentou o menor PAG (-442 kg CO2eq ha-1 ano-1) e a menor intensidade de emissão de gases de defeito estufa (-3,5 kg CO2eq kg ganho de peso vivo-1). A emissão de metano entérico dos bovinos e a taxa de sequestro de carbono foram os principais componentes do PAG nos sistemas pecuários avaliados. Os resultados deste estudo demonstraram que a utilização das ofertas de forragem de 8% pode promover aumento no estoque de carbono no solo do campo nativo em relação a utilização da oferta de 4%. A oferta de forragem de 4% é prejudicial ao campo nativo e pode promover perdas de carbono no solo. A oferta de forragem de 8% associou produção animal e baixa emissão de GEE, caracterizando que os benefícios ambientais pela produção animal em campo nativo no bioma Pampa são intensificados pela adoção de carga animal adequada. / Overall assessment of livestock systems in order to define the management that combines animal production and maintenance or increase in soil carbon stocks and low greenhouse gases (GHG) emissions is important for systems sustainability. The study was performed to determine the global warming potential (GWP) of forage allowance of 4, 8, 12 and 16% (kg dry matter 100 kg animal live weight-1 day-1) in a native grassland, biome Pampa. Native grassland was managed with forage allowance during 30 years. Experimental design was randomized blocks, with two replicates. Methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions were evaluated by static chamber for two years. Soil samples to evaluate organic carbon concentration and stocks were collected in stratified layers up to 100 cm deep in four trenches by repetition. Cattle excreta contribution on N2O emissions were estimated by an experiment established at the same site. For this, urine and dung, proportional to one cattle event, were applied in 4 and 12% forage allowance and N2O fluxes were measured over a year. Emission factor (EF) of N2O did not differ between forage allowance, but differed between the excreta type (p≤0.05). N2O EF for urine (0.74%) and dung (0.08%) was smaller than 2% preconized by IPCC. The results reinforce that is necessary disaggregate excreta emission factor into urine and dung. Total carbon stock in 0-100 cm was higher in the 8% forage allowance (135.7 Mg C ha-1), not differing from the 12% (124.2 Mg C ha-1) and 16% (122,2 Mg C ha-1), but was 20 Mg C ha-1 higher than the forage allowance of 4%. Cumulative emissions of N2O (0.19 kg N ha-1) and CH4 (1.53 kg C ha-1) were low, with no difference among forage allowance on the average of two years. The 8% forage allowance showed the lowest GWP (-442 kg CO2eq ha-1 yr-1) and the lowest GHG intensity (-3.5 kg CO2eq kg animal live weight-1). CH4 production from enteric fermentation and carbon sequestration rate were the main components of PAG. Result suggests that 8% forage allowance may promote an increase in soil carbon stock in native grassland in relation to use of the forage allowance 4%. Forage allowance of 4% is prejudicial to native grassland and can promote soil carbon losses. Forage allowance of 8% associated animal production and low GHG emissions, featuring environmental benefits for livestock production on native grassland in Pampa biome are enhanced by adoption of appropriate stocking.

O aumento da população mundial e da demanda por recursos naturais têm levado a uma pressão cada vez maior sobre os ecossistemas. A dependência da sociedade pós-industrial de combustíveis fósseis e a intensificação do uso das terras vêm provocando incrementos nas concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera, com impactos aparentes sobre diversos processos naturais. O solo tem um papel fundamental nesse contexto, pois é base para os sistemas produtivos agrícolas, os quais apresentam fluxos de gases de efeito estufa determinados pelo sistema de manejo. Este estudo teve como principal objetivo calibrar e validar o modelo DAYCENT utilizando dados de fluxos de gases de efeito estufa obtidos em experimentos de longo prazo na Depressão Central do Rio Grande do Sul. Os dados de solo, clima e plantas disponíveis foram utilizados para inicializar o modelo. As simulações foram divididas em três fases: equilíbrio inicial para estabilizar as variáveis internas, simulação de pré-experimento para representar o cultivo intensivo inicial que levou à degradação do solo; fase experimental reproduzindo gestão efetiva do estabelecimento dos experimentos até os dias atuais. O desempenho geral do modelo após calibração foi satisfatório para os fluxos de N2O. DAYCENT apresentou tendência de superestimar os fluxos de CH4 e subestimar os fluxos de CO2 em comparação com os valores medidos. No entanto, as tendências gerais destes fluxos foram capturadas pelo modelo. Estas discrepâncias observadas podem ser atribuídas às limitações dos algoritmos utilizados na versão atual do modelo: ausência de representação explícita de influxo de N2O, efluxo de CH4 dos solos (metanogênese) e respiração de raízes das plantas. Revisões do modelo em curso e procedimento de calibração mais refinados, com um conjunto mais amplo de dados, podem melhorar o desempenho do DAYCENT. / Population growth and increasing demand of natural resources have led to mounting pressure on ecosystems throughout the planet. The dependence of the post-industrial society on fossil fuels and land use intensification has been responsible for increased concentration of greenhouse gases with apparent effects on various natural processes. Soils play a key role in this context as they are the foundation of agricultural production systems, in which soil management determines greenhouse gas fluxes. This study aimed to calibrate and validate the DAYCENT model using greenhouse gas flux measurements conducted in a long-term cropping and tillage experiment in Central Rio Grande do Sul. Soil, climate and crop production data were used to initialize the model. The simulations were divided into three phases: initial equilibrium to stabilize internal variables, pre-experiment simulation to represent early intensive cultivation that led to soil degradation; experimental phase reproducing actual management from the establishment of the experiments to present day. The overall model performance of the greenhouse gas flux calibration was satisfactory for N2O fluxes. However, DAYCENT showed a tendency to overestimate CH4 fluxes and underestimate CO2 fluxes in comparison with the measured values, but the general trends of these fluxes where captured by the model. These observed discrepancies can be attributed to limitations in the current model algorithms: lack of explicit representation of N2O influx, CH4 efflux (methanogenesis) and autotrophic CO2 emission originating from plant roots. Ongoing model revisions and refined calibration procedure with a comprehensive dataset are expected to improve DAYCENT performance.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2013-12-09T13:52:14Z No. of bitstreams: 1 Tese George Câmara - revisada após a banca.pdf: 6794604 bytes, checksum: 57727d56f37fef4ce9ff7f10e96b38bb (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2013-12-09T13:52:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese George Câmara - revisada após a banca.pdf: 6794604 bytes, checksum: 57727d56f37fef4ce9ff7f10e96b38bb (MD5) / Made available in DSpace on 2013-12-09T13:52:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese George Câmara - revisada após a banca.pdf: 6794604 bytes, checksum: 57727d56f37fef4ce9ff7f10e96b38bb (MD5) / A necessidade de ações mundiais direcionadas ao combate do aquecimento global, decorrente das emissões antrópicas de Gases de Efeito Estufa (GEE), tem movimentado tanto o setor público quanto o setor privado. A falta de iniciativas ou até mesmo a excessiva cautela nestas ações de combate podem ter um preço muito alto para as futuras gerações. A tecnologia de Captura e Armazenamento do Dióxido de Carbono (CCS) em Reservatórios Geológicos é apontada, a curto e médio prazo, como uma das principais ações de mitigação de GEE. Este trabalho tem como objetivo analisar os fatores condicionantes para o uso em larga escala das tecnologias de CCS no Brasil e sua aplicação no Estado da Bahia. Para isso, teve como estratégia metodológica: a pesquisa exploratória e a revisão da literatura relacionada com o tema, a coleta de dados secundários, via análise de documentos dos atores chaves envolvidos, e a coleta de dados primários, via entrevistas com experts, visita a centros de referência das tecnologias de CCS e participação de fóruns voltados para o tema. Em suporte à pesquisa foi realizado um estágio acadêmico de seis (06) meses numa instituição no Japão, para acompanhar os desenvolvimentos das tecnologias de CCS naquele país. Foram analisados os principais fatores condicionantes para o uso em larga escala das tecnologias de CCS no Brasil, em particular no Estado da Bahia, e realizado o estudo de caso para a aplicação das tecnologias de CCS na região do recôncavo baiano, tendo como base os dados oriundos de um estudo realizado pela empresa Petrobras, fornecidos para esta pesquisa. Além disso, são apresentadas propostas para minimizar os riscos de insucesso no uso em larga escala das tecnologias de CCS no Brasil como a realização de projetos pilotos em captura, transporte, injeção e monitoramento do armazenamento geológico do CO2; a definição de uma autoridade competente para conduzir as questões das tecnologias de CCS no Brasil; a elaboração de uma lei específica para as tecnologias de CCS no Brasil; a participação mais ativa do setor público, por meio de políticas claras para o incentivo ao uso em larga escala das tecnologias de CCS; a criação e utilização de instrumentos financeiros como fundos ou o mercado de crédito de carbono voltados para as tecnologias de CCS; o maior domínio das tecnologias de CCS pelo Brasil como questão estratégica para o setor privado e setor público; a definição conceitual das tecnologias de CCS como item crítico para o entendimento dessas tecnologias e por consequência a definição do marco regulatório de tais tecnologias no Brasil, e; a definição e estabelecimento de indicadores voltados para as tecnologias de CCS no Brasil, em particular no Estado da Bahia. Este trabalho tem como principal contribuição para a literatura o estabelecimento de indicadores e a apresentação de propostas para a minimização dos riscos de insucesso de projetos das tecnologias de CCS no Brasil. Esta contribuição se faz importante a partir do momento em que essa discussão é ainda incipiente em países desenvolvidos e inexistente em países em desenvolvimento. Por isso ela coopera para a apresentação dos fatores condicionantes relacionados com o uso em larga escala das tecnologias de CCS no Brasil. Como principais resultados o trabalho destaca que os fatores tecnológicos não são um empecílio para o uso em larga escala das tecnologias de CCS na 1 Bahia, em contrapartida, os fatores políticos, estratégicos e econômicos são os mais críticos, tendo no setor público o principal obstáculo para o uso em larga escala do CCS. Sendo assim, conclui-se que as tecnologias de CCS são possíveis de implantação no Estado da Bahia, entretanto, a falta de interesse, participação e organização do setor público, no seu uso em larga, escala impede o avanço de tais tecnologias no Estado e, por consequência no País.

O aumento das emissões dos gases de efeito estufa (GEE) configura atualmente como um dos principais problemas ambientais, o que pode afetar significativamente as atividades humanas e os ecossistemas terrestres. Um dos principais GEE é o CO₂, o qual tem sido emitido indiscriminadamente em função do estilo de vida atual, contribuído nas mudanças climáticas de origem antropogênicas, associado principalmente ao aumento da poluição, queimadas, desmatamento, ilhas de calor e agricultura. Neste contexto, o objetivo da pesquisa foi estudar a relação entre o comportamento espectral da cultura de soja ao longo de seu ciclo de desenvolvimento, utilizando imagens NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), e os fluxos de CO₂, calculados pelo método de covariância de vórtices (eddy covariance), gerando informações e metodologia para investigar as trocas de carbono em uma área de cultivo de soja no Estado do Rio Grande do Sul. O estudo foi elaborado em experimento situado na fundação privada de pesquisa agropecuária (FUNDACEP), durante a safra de 2008/2009. Para isso, utilizou-se cinco imagens do satélite Landsat 5 (TM), órbita/ponto 223/080, e dados coletados em estação micrometeorológica (técnica de covariância de vórtices turbulentos) ao longo do ciclo de desenvolvimento da soja. Os resultados mostraram que o comportamento do fluxo de CO₂ ao longo do dia é cíclico, onde no período diurno apresenta valores negativos (captura) e no período noturno, positivos (liberação). Considerando todo o ciclo de crescimento da cultura, a lavoura de soja funciona como seqüestradora de CO₂ atmosférico. A radiação fotossinteticamente ativa determina a magnitude do aprisionamento de CO₂ pela cultura da soja, mas o fluxo é modulado pelo estádio fenológico da cultura. A atividade fotossintética das plantas de soja é maior durante o estádio vegetativo, quando coincide a maior incidência de radiação solar e o maior aparato fotossintético. O NDVI, obtido de imagens Landsat, é um indicador da evolução da biomassa da soja ao longo do ciclo; apresenta baixos valores no início do ciclo, cresce gradualmente até um máximo de biomassa e decresce com o término do ciclo da cultura. Existe correlação entre o NDVI e os fluxos negativos de CO₂ (captura), ocorridos no período diurno. Portanto, técnicas de sensoriamento remoto demonstram potencialidade na geração de informações úteis sobre as trocas de CO2 entre a superfície e a atmosfera. Recomenda-se o seguimento das pesquisas nesta área, buscando através do uso de imagens de satélite mapear as trocas de CO2 entre a superfície e o ar. Para tanto, é necessário acumular um banco de dados maior de imagens coincidentes com medições em superfície sobre diferentes tipos de culturas e em diversas épocas do ano. / The increase in emissions of the greenhouse gases (GHG) is today one of the main environmental problems, which can significantly affect human activities and land ecosystems. One of the main GHG is CO₂, which has been emitted indiscriminately due to the current lifestyle. This gas contributes in the climate changes that have anthropogenic origin. They are mainly associated with the increase of pollution, fires, deforestation, agriculture and heat islands. In this context, the object of this investigation was to study the relationship between the spectral reaction of soybean cultivation along its development cycle, using images NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), and the fluxes of CO₂ calculated by the eddy covariance method, generating information and methodology to investigate the carbon exchange in an area of soybean cultivation in the State of Rio Grande do Sul. The study was developed from an experiment located on private agricultural research foundation (FUNDACEP) during the harvest 2008/2009. For this were used five satellite images of Landsat 5 (TM), orbit/point 223/080, and data collected from micrometeorological station (technique of eddy covariance) throughout the development cycle of soybean. The results showed that the flow of response of CO₂ during the day was cyclical, which in the daytime shows negative values (capture) and at the night, positive (liberation). Considering the whole cycle of soybean growth, it works as scavenging of atmospheric CO₂. The photosynthetically active radiation determines the magnitude of the trapping of CO₂ by soybean, but the flow is modulated by the fenológico stage of the culture. The photosynthetic activity of soybean plants is higher during the vegetative stage, when coincide the higher incidence of solar radiation and the greater photosynthetic apparatus. The NDVI, obtained from Landsat images, is an indicator of the evolution of the biomass of soybean during the cycle; shows lower values at the beginning of the cycle, gradually grows to a maximum of biomass and decreases with the end of the soybean cycle. There is a correlation between NDVI and negative flows of CO₂ (capture), which occurred during the day. Therefore, remote sensing techniques show potentiality in the generation of useful information on CO₂ exchange between the surface and atmosphere. It is recommended to fallow up researches in this area, searching through the use of satellite images to map the exchanges of CO₂ between the surface and the air. Thus, it is necessary to accumulate a large database of images coincident with surface measurements on different types of cultures at different time of the year.

Sistemas conservacionistas de manejo do solo podem representar uma importante estratégia mitigadora das emissões de gases de efeito estufa (GEE) do solo. A presente pesquisa foi realizada em experimento de longa duração (24 anos) em Argissolo Vermelho, e teve como objetivo avaliar o potencial de sistemas conservacionistas de manejo de solo em mitigar as emissões de GEE sob as condições de clima subtropical da Depressão Central do Rio Grande do Sul. Emissões de óxido nitroso (N2O) e metano (CH4) foram avaliadas em sistemas de preparo do solo (convencional-PC e plantio direto-PD) e de cultura (aveia/milho e ervilhaca/milho) no período pós-manejo das plantas de cobertura de inverno (2009/10 e 2010/11) e no período de um ano agrícola (2009/10). Amostras de ar foram coletadas utilizando o método da câmara estática, e a concentração dos gases analisada por cromatografia gasosa. Os teores de nitrogênio (N) mineral e carbono orgânico dissolvido (COD), atividade biológica, temperatura e umidade do solo foram monitorados durante o período de avaliação. O potencial de aquecimento global (PAG) dos sistemas de manejo no ano agrícola 2009/10 foi calculado considerando as emissões de N2O e CH4, a taxa de retenção de carbono (C) no solo e os custos em C-CO2 das atividades e insumos agrícolas. As emissões de N2O do solo no período pósmanejo das plantas de cobertura de inverno foram maiores sob PC. No entanto, esse efeito só foi verificado em ano chuvoso quando ocorreu atraso na semeadura do milho em sucessão. As emissões de N2O estiveram relacionadas positivamente com o teor de nitrato (NO3 -), porosidade preenchida por água (PPA), temperatura do solo e com a atividade biológica. No período posterior ao pós-manejo, o efeito dos sistemas de cultura no estoque de N do solo comandou as emissões de N2O. O solo comportou-se como dreno de CH4, sendo essa característica mais evidente sob PD do que sob PC e inversamente relacionada com a precipitação acumulada nos três dias antes da coleta do gás. Os sistemas sob PD apresentaram PAG inferior aos sistemas sob PC. O PD com inclusão de leguminosas como plantas de cobertura é sugerido como um sistema com características de alta produtividade capaz de mitigar as emissões de GEE. / Soil conservation management systems are an important strategy for greenhouse gas mitigation. This research was performed in a long-term experiment (24 years) in an Acrisol, and aimed to evaluate conservation soil management systems' potential to mitigate greenhouse gas (GHG) emissions in Southern Brazil. Soil nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) emissions were evaluated under tillage (conventional-CT and no-tillage-NT) and cropping systems (oat/maize and vetch/maize) in the period after winter cover crop management (post-management) (2009/10 and 2010/11) and on annual basis (2009/10). Air sampling was performed using static closed chambers and gas concentrations were analyzed by gas chromatography. Simultaneously to air sampling, soil was evaluated regarding to mineral N, dissolved organic C contents, biological activity, temperature and moisture. Net global warming potential (GWP) for the management systems was calculated by accounting the annual N2O and CH4 fluxes, annual C retention rates and the C costs of agronomic inputs. Soil N2O emissions in the post-management period were higher under CT. However, this effect was only observed in years when there was rain-delayed corn sowing in succession to winter cover crops. N2O emissions were positively related to nitrate, water-filled pore space, soil temperature and biological activity. The effect of cropping system on total soil N stocks controlled N2O emissions in the period after the post-management. Soil was a small sink for atmospheric CH4. Soil capacity to take up CH4 tended to be higher in NT than CT and was inversely related with rainfall three days prior to air sampling. NT systems decreased GWP relative to CT practices. NT legumebased cropping system was considered the most promising management regime for simultaneously achieving maximal yield and GHG mitigation.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-10-02T21:04:51Z No. of bitstreams: 1 2018_FabianaPiontekowskiRibeiro.pdf: 3919967 bytes, checksum: 59031fd5f3076de6b9f3535a85fc074e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-10-05T19:46:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_FabianaPiontekowskiRibeiro.pdf: 3919967 bytes, checksum: 59031fd5f3076de6b9f3535a85fc074e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T19:46:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_FabianaPiontekowskiRibeiro.pdf: 3919967 bytes, checksum: 59031fd5f3076de6b9f3535a85fc074e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Em ecossistemas florestais a dinâmica da serapilheira e os fluxos de Gases de Efeito Estufa pode variar ao longo do tempo, de acordo com as condições edafoclimáticas de cada região. Solos florestais são importantes fontes de N2O e comumente possuem comportamento de dreno em relação ao CH4. Entretanto, é importante considerar a variabilidade temporal desses fluxos. Este estudo avaliou a dinâmica sazonal, bem como as interações com os condutores ambientais da serapilheira e dos fluxos de CH4 e N2O de solos sob plantios de eucaliptos e vegetação nativa do Cerrado. O estudo foi realizado no Distrito Federal, Brasil em três áreas: plantações de eucaliptos híbridos (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis) implantados em 2011 (E1) e em 2009 (E2) e vegetação nativa do Cerrado (CE). Para isso, procederam as coletas da serapilheira produzida, estocada e sua massa remanescente, ao longo de 720 dias. A avaliação da massa remanescente de serapilheira, em cada área foi realizada a partir da distribuição aleatória de litter bags sobre o solo. Foram realizadas análises químicas e dos componentes estruturais da parede celular da serapilheira remanescente. Também foi determinado o C estocado na serapilheira. Para coleta de gases as amostras de ar foram coletadas usando uma câmara de fechamento manual e a concentração de gás foi determinada por cromatografia gasosa. A temperatura do ar e do solo, o espaço poroso saturado por água (EPSA) e as concentrações de nitrogênio mineral, nitrato (NO3 -) e amônio (NH4 +) também foram monitorados. O comportamento dos fluxos diários de gases foi analisado para cada época (chuvosa e seca) e ano (acumulado anual). Como principais resultados foi verificado efeito da sazonalidade na produção de serapilheira. Para ambos os anos de avaliação foi observada maior biomassa e C na serapilheira no E2. Em contrapartida, a maior taxa de decomposição foi para o CE, especialmente no segundo ano de avaliação (massa remanescente aos 720 dias de 35 %, 37 % e 23 % para E1, E2 e CE, respectivamente), o que foi atribuído a maior liberação aparente de N, umidade do solo e biodiversidade na área nativa. Os teores de lignina aumentaram, os de celulose diminuíram e os de hemicelulose ficaram estáveis ao longo dos 720 dias, sugerindo que a decomposição da celulose é proporcional à perda de serapilheira e que a resistência à decomposição de lignina ocorre pelo menos até dois anos de avaliação. Também foi observado um aumento na concentração dos nutrientes N e P da massa remanescente e correlações positivas entre massa remanescente e as relações C:N e C:P. A relação C:N da serapilheira foi ≥ 76:1 no tempo 0 e ≥ 30:1 aos 720 dias para as três áreas. Os resultados do presente estudo reforçam a importância de pesquisas de longo prazo principalmente para decomposição de serapilheiras em ecossistemas florestais. Quanto aos fluxos de CH4 e N2O não houve um padrão claro em resposta às variações sazonais entre as áreas. Durante o período de estudo os fluxos médios de CH4 foram -22,48 -8,38 e -1,31 μg e os fluxos médios de N2O foram 5,45, 4,85 e 3,85 μg de para as áreas de E1, E2 e CE, respectivamente. Ao longo do período de avaliação, os influxos acumulados de CH4 foram de -1,86 a -0,63 kg ha-1 ano-1 (ano 1) e de -1,85 a -1,34 kg ha-1 ano-1 (ano 2). Os fluxos cumulativos de N2O nas três áreas foram ≤ 0,85 kg ha-1 ano -1 no ano 1 e ≤ 0,44 kg ha-1 ano-1 no ano 2. Esta avaliação também sugeriu que os picos de fluxos de CH4 e N2O ocorrem apenas alguns dias por ano e, portanto, têm pouco impacto nos fluxos anuais totais. A análise de todo o período de estudo indicou a captação de CH4 da atmosfera e a contribuição do CH4 e N2O para o potencial de aquecimento global (PAG) variou de 82 a 228 Kg CO2 eq ha-1 ano-1 para os plantios de eucalipto e de 57 a 82 Kg CO2 eq ha-1 ano-1 e vegetação nativa do Cerrado, e que conversão das áreas de uso para plantios florestais representou uma opção efetiva para a mitigação do potencial de emissão de gases de efeito estufa. / In forest ecosystems the litter dynamics and fluxes of the studied gases effects can vary over time, according to the edaphoclimatic conditions of each region. Forest soils are N2O sources and commonly act as CH4 sinks. However, the temporal variability of these fluxes must be taken into account. This study evaluated the seasonal dynamics as well as the interactions with the environmental drivers of the litter and CH4 and N2O fluxes from soils under eucalyptus plantations and native Cerrado vegetation. The study was carried out in Distrito Federal, Brazil, in three areas: hybrids eucalyptus plantations (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis) planted in 2011 (E1) and in 2009 (E2), and native Cerrado vegetation (CE). For this, the produced litter, stored litter and the remaining mass was collected over 720 days. The evaluation of the remaining litter mass in each area was performed from the random distribution of 648 litter bags on the soil. Chemical analyzes (N, P, C) and the structural components of the cell wall (lignin, cellulose and hemicellulose) of the remaining litter were performed. The C of the litter stock was also determined. For gas sampling the air samples were collected using manual close chamber and gas concentration was determined by gas chromatography. Air and soil temperature, water-filled pore space (WFPS), and concentrations of mineral nitrogen, nitrate (NO3 -), and ammonium (NH4 +) were also monitored. The behavior of the daily gas fluxes was analyzed for each season (rainy and dry) and year (annual cumulative total). The main results showed seasonal effect on litter production. For both years of evaluation were observed higher biomass and C content in litter at E2. In contrast, the highest decomposition rate was for the CE, especially in the second year of evaluation (mass remaining at 720 days of 35 %, 37 % and 23 % for E1, E2 and CE, respectively), attributed to the higher apparent liberation of N, soil moisture and biodiversity in the native area. Lignin contents increased, cellulose decreased, and hemicellulose remained stable throughout the 720 days, suggesting that the cellulose decomposition is proportional to the loss of litter and that resistance to lignin decomposition occurs at least up to two years of evaluation. It was also observed an increase in the N and P nutrients concentration of the remaining mass and positive correlations among the remaining mass and the C:N and C:P ratios. The C:N ratio of litter was ≥ 76:1 at time 0 and ≥ 30:1 at 720 days for the three areas. The results of the present study reinforce the importance of long term research, mainly for the decomposition of litter in forest ecosystems. As for the CH4 and N2O fluxes there was no clear pattern in response to seasonal variations between areas. During the study period, mean CH4 fluxes were -22.48 -8.38 and -1.31 and the mean N2O fluxes were 5.45, 4.85 and 3.85 μg m-2 h-1 for the E1, E2 and CE, respectively. Throughout the evaluation period, cumulative CH4 influxes were -1.86 to -0.63 kg ha-1yr-1 (year-1) and -1.85 to -1.34 kg ha-1yr-1 (year-2). The cumulative N2O fluxes in the three areas were ≤0.85 kg ha-1yr-1 in year 1 and ≤0.44 kg ha-1yr-1 in year 2. This evaluation also suggested that high CH4 and N2O pulses occur on only a few days a year and therefore have little impact on the total annual fluxes. The analysis of the entire study period indicated CH4 uptake from the atmosphere and the contribution of CH4 and N2O to global warming potential (GWP) ranged from 82 to 254 Kg CO2 eq ha-1 yr-1 for eucalyptus plantations and from 83 to 98 Kg CO2 eq ha-1 yr-1 in the native vegetation of Cerrado, and that the conversion of use areas to forest plantations was an effective option for the mitigation of greenhouse gas emission potential.

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-26T12:27:33Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 17253880 bytes, checksum: 6c352eb522ea979d254658bb68787b3f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-26T12:27:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 17253880 bytes, checksum: 6c352eb522ea979d254658bb68787b3f (MD5) Previous issue date: 1993-10-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Uma das preocupações atuais da comunidade científica diz respeito a intensificação do efeito estufa, associada à alteração na composição quimica da atmosfera. Essa alteração química pode causar variações nas concentrações dos gases de efeito estufa, como CH4, N2O e CO2 que, modificando o balanço de energia do Sistema Terra-Atmosfera, poderão alterar o clima do planeta. A preocupação atual do homem com relação ao equilíbrio térmico do planeta levou à determinação, neste trabalho, do impacto dos aumentos nas concentrações dos gases minoritários CH4, N2O e CO2 sobre a variação da temperatura na superfície terrestre. Com o uso do programa LOWTRAN 6 e da equação de transferência radiativa, calcularam-se as radiâncias no topo da atmosfera, para as bandas de 7,7 pm do CH4, 7,8 pm do N2O e de 15 um do CO2, para as atmosferas-padrão USA e de latitudes médias. Posteriormente, as densidades de fluxo de radiação no topo da atmosfera, correspondentes às bandas do CH4, N2O e CO2 foram determinadas para cada modelo atmosférico, por simples integrações zenital e azimutal. Finalmente, as contribuições das diferentes bandas para a taxa de aquecimento radiativo do planeta, para diferentes concentrações de CH4, N2O e CO2, foram obtidas mediante o uso de um modelo do tipo Zero-Dimensional. Assim, com base nos resultados do presente trabalho, podem se destacar as seguintes conclusões: O programa LOWTRAN 6 não considera isoladamente o CH4 e o N2O não permitindo o estudo do efeito isolado das bandas desses gases para a intensificação do efeito estufa. O CH4 e 0 N2O são gases radiativamente importantes, tal como o CO2, uma vez que estes gases, com as concentrações duplicadas, são capazes de intensificar o aquecimento do planeta numa proporção correspondente a 57x do aquecimento associado a duplicação do CO2. Pelo presente modelo, a duplicação na concentração do CO2 de 320 para 640 ppm implicou a retenção adicional de 5,46 Hun-2 no planeta, valor esse bastante razoável quando comparado com os de outros modelos (Goody, Malkmus, Goody e Belton). A continuarem no ritmo atual os aumentos nas concentrações dos gases de efeito estufa (CH4, N2O e CO2), no ano 2100 o planeta estará aquecido, de acordo com o presente modelo, cerca de 2,1 K, sendo 1,4 K associado ao CO2 0,6 K ao CH4 e 0,1 K ao N2O.

O impacto dos sistemas de manejo no comportamento de solos agrícolas como fonte ou dreno de gases de efeito estufa (GEE) é dependente dos sistemas de cultura adotados. O presente estudo foi conduzido, por dois anos (2010/2011 e 2011/2012), em dois experimentos de longa duração (28 e 30 anos) em Argissolo Vermelho e teve como objetivos: (i) avaliar efeito de plantas de cobertura de solo de inverno e de verão e dos sistemas de preparo convencional (PC) e plantio direto (PD) na emissão de óxido nitroso (N2O) e no balanço das emissões de GEE do solo, e (ii) identificar as variáveis meteorológicas e de solo controladoras dos fluxos de N2O do solo. O solo em PD apresentou as menores emissões de N2O em comparação ao PC nos dois anos agrícolas, enquanto as maiores emissões foram verificadas nos sistemas com presença de leguminosas de cobertura de solo. As emissões de CH4 foram baixas (< 10 Kg C equivalente.ha-1) em todos os sistemas de manejo, sendo sua magnitude praticamente desprezível no balanço de GEE. As emissões de N2O foram completamente contrabalanceadas pelo acúmulo de C no solo nos sistemas com leguminosas de cobertura, tornando o solo inclusive um sumidouro de GEE. O aumento exponencial dos fluxos de N2O do solo em valores de porosidade preenchida por água (PPA) superiores a 60-70% indicam que a desnitrificação é o principal processo responsável pela produção de N2O no solo. Por sua vez, esse comportamento foi mais característico nos sistemas que incluíam leguminosas de cobertura de solo, as quais determinaram um suprimento de N mineral para a desnitrificação através da decomposição da sua fitomassa rica em N. Os resultados obtidos indicam que a inclusão de leguminosas de cobertura de solo determinam um balanço positivo entre as emissões de N2O do solo e as taxas de retenção de C atmosférico no solo, permitindo produzir alimentos com menor impacto ambiental. / The impact of management systems in the behavior of agricultural soils as a source or sink of greenhouse gases (GHG) is dependent on the adopted crop systems. This study was conducted for two years (2010/2011 and 2011/2012), in two long-term experiments (28 and 30 yr) in an Acrisol and aimed to (i) evaluate the effect of winter and summer cover crops on N2O and CH4 emissions and GHG balance in no-till and conventionally-tilled soils, and (ii) to identify meteorological and soil variables controlling soil N2O fluxes. The soil under no-till had the lowest emissions of N2O compared to the conventional tillage, with the largest N2O emissions in cropping systems based on legume cover crops. The soil CH4 emissions were low (<10 kg C equivalent ha-1) in all soil management systems, and its magnitude was negligible for the GHG balance. The N2O emissions were completely counterbalanced by the C accumulation in the soil under the cover crops-based cropping systems, making the soil a GHG sink. The exponential increase of the soil N2O fluxes when water filled porosity space (WFPS) was higher than 60-70%, suggest denitrification as the major process involved in soil N2O production. In turn, this behavior was more characteristic in legume-based cover crops systems, which determined a mineral N supply to the denitrification through the decomposition of its N-rich biomass. The results indicate that the inclusion of legume cover crops determine a positive balance between the emissions of N2O and C atmospheric retention rates in the soil, allowing to produce food with less environmental impact.

A lavoura arrozeira é uma importante fonte de metano (CH4) no Rio Grande do Sul (RS), estado no qual a área cultivada desse cereal supera um milhão de hectares, com predomínio do sistema irrigado por inundação contínua. Diversos fatores controlam as emissões de CH4 e óxido nitroso (N2O) neste sistema de produção, dentre os quais se destacam as características de solo e de clima bem como, práticas de manejo adotadas na lavoura. Neste estudo, teve-se por objetivo: (a) determinar fatores de emissão de CH4 para diferentes regiões produtoras de arroz irrigado no Rio Grande do Sul e sua relação com características de solo e de clima; (b) avaliar o potencial de mitigação das emissões de CH4 e N2O do solo pela adoção de sistemas intermitentes de irrigação; e (c) avaliar o impacto da introdução de soja e milho nas emissões de CH4 e N2O em solos de terras baixas. Condições edafoclimáticas distintas provocaram diferenças nas emissões de CH4 nas lavouras de arroz irrigado avaliadas; observou-se que o fator de emissão de CH4 preconizado pelo IPCC (Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas) é um pouco inferior (18%) do que o valor médio determinado para cinco localidades no Rio Grande do Sul. Por outro lado, a adoção de sistemas intermitentes de irrigação mostrou-se uma estratégia eficiente para redução do potencial de aquecimento global parcial (PAGp) e da emissão de gases de efeito estufa por unidade de grão produzido. O impacto da intermitência da irrigação bem como do cultivo de culturas de sequeiro (soja e milho) na redução das emissões de CH4 sobrepuseram o aumento das emissões de N2O do solo, ambos com impacto favorável nas emissões por unidade de grão ou energia bruta produzida. Estudo conduzido no Japão demonstrou que o sistema de irrigação intermitente tem potencial similar em reduzir as emissões em condições distintas de solo e de clima, da mesma natureza ao que se verificou nas cinco localidades no Brasil. Parâmetros eletroquímicos da solução do solo, avaliados no Brasil e no Japão, apresentaram dinâmica similar de acordo com os sistemas de irrigação adotados. Porém, os efeitos nas alterações dessas variáveis foram mais facilmente observados no Japão. Tendo em vista os resultados obtidos, é importante considerar estas questões em regiões com grandes áreas destinadas à produção de grãos desta cultura, como é o caso do Sul do Brasil e de países asiáticos, pois pode viabilizar a mitigação das emissões de GEE nestes agroecossistemas. / The rice paddy fields is an important methane (CH4) source in Rio Grande do Sul (RS), state that rice area cultivated exceeds one million hectare, with a predominance of continuous flooding irrigation system. Several factors control CH4 and nitrous oxide (N2O) emissions in this production system, among which stand out soil and climate characteristics as well, management practices in the field. In this study objectives were: (a) determine CH4 emission factors from rice paddy fields in the different sites of Rio Grande do Sul state, and its relationship with soil and climate characteristics; (b) evaluate potential of irrigation management in rice paddy fields on mitigate CH4 and N2O emissions; (c) evaluate the introduction of soybean and maize crops in CH4 and N2O emissions in lowland soils. Different soil and climatic conditions resulted differences in CH4 emission factor; was observed that factor emission recommended by IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) is lower (18%) than the average value determined in five sites and two seasons in RS. On the other hand, the adoption of intermittent irrigation systems to show be an effective strategy for reducing the partial global warming potential (pGWP) and the greenhouse gas emissions (GHG) emission per grain unit produced. The impact of intermittent irrigation and the rainfed crop cultivation (soybean and corn) in reducing CH4 emissions was higher than increase on N2O emissions of soil, both with favorable impact on emissions by grain unit or gross energy produced. Study conducted in Japan showed that intermittent irrigation system has similar potential to reduce GHG emissions under different soil and climate conditions, the same way that was found in five sites in Brazil. Electrochemical parameters of soil solution, evaluated in Brazil and Japan, had similar dynamic in accordance with the irrigation systems adopted. However, effects on changes in these variables were more easily observed in Japan. Considering results obtained, it is important to consider these issues in sites with large rice areas production, such as the South of Brazil and Asian countries because it may enable the mitigation of GHG emissions in these agroecosystems.