O solo pode atuar como um dreno ou fonte de gases de efeito estufa (GEE) dependendo do sistema de manejo utilizado. A presente pesquisa teve como objetivo identificar sistemas de manejo que apresentem baixo potencial de aquecimento global (PAG). Dois experimentos de longa duração (19 e 22 anos) conduzidos na EEA/UFRGS, em Eldorado do Sul (RS), foram avaliados quanto ao efeito dos sistemas de preparo (convencional e plantio direto), sistemas de cultura (aveia/milho, ervilhaca/milho, aveia+ ervilhaca/milho+caupi, guandu+milho e lablab+milho) e da adubação nitrogenada (0 e 180 kg-1 N ha-1) nas emissões de óxido nitroso (N2O) e metano (CH4) nas safras 2003/2004 e 2004/2005. Calculou-se também o PAG dos diferentes sistemas de manejo baseado nas emissões destes GEE, nos custos energéticos das operações e dos insumos agrícolas, e no balanço de C no solo. Um índice de sustentabilidade dos sistemas de manejo, baseado na razão entre o PAG e o rendimento de grãos de milho, foi proposto. O suprimento parcial de N pela inclusão de leguminosas, em sistemas de rotação de culturas, mostrou-se uma alternativa potencial para mitigar as emissões de N2O em comparação ao suprimento total desse nutriente por fertilizantes nitrogenados (uréia), sendo que ambas práticas tiveram reflexo negativo quanto à absorção de CH4 pelo solo. Embora tenha ocorrido aumento da emissão de N2O nos sistemas com leguminosas, em comparação ao sistema aveia/milho, a emissão de N2O neste mesmo sistema com adubação nitrogenada foi superior à verificada nos sistemas com leguminosas, cujos resultados sugerem uma influência da qualidade do resíduo vegetal nas emissões de N2O. Os preparos de solo tiveram pouco efeito nas emissões de N2O e CH4, enquanto o PD teve um efeito positivo no acúmulo de C no solo, além de apresentar menores custos energéticos em comparação ao preparo convencional. A análise da sustentabilidade dos sistemas de manejo indicou que, mesmo nas condições de ambiente subtropical úmido em que este estudo foi realizado, o uso do plantio direto e de leguminosas torna possível produzir alimentos sem que haja contribuição da atividade agrícola ao aquecimento global. Por outro lado, o PD associado a culturas com baixo aporte de resíduos, e o preparo convencional independente das culturas utilizadas, mostrou-se de baixa sustentabilidade. / Soils can act as a sink or source of greenhouse gases (GHG) depending of the adopted soil management system. This study aimed to identify soil management systems with potential to mitigate the global warming. Two long-term (19 and 22 years) experiments in the South of Brazil were evaluated over the effect of tillage systems (no-tillage and conventional tillage), cover crops based maize cropping systems (oat, vetch, oat+vetch/cowpea, pigeon pea and lablab), and mineral N fertilization (0 and 180 kg N ha-1) on the nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) emissions in the 2003/2004 and 2004/2005. The global warming potential (GWP) of the different soil management systems was calculated based on the fluxes of these GEE, the costs of agricultural practices and on the C balance in the soil. A sustainability index of soil management systems, based on the ratio between GWP and the maize yield, was proposed. The legume cover crops were a good alternative to supply N to maize and to mitigate the N2O emissions in comparison to the application of mineral fertilizer (urea), while these two practices decreased the CH4 absorption by the soil. Despite legume cover crops had increased the N2O emissions in comparison to the oat/maize system, the N2O emission in this cropping system with urea application was several times higher than under legume crops. The results of N2O emissions suggest the nitrification process as an important source of N2O to the atmosphere. Tillage systems had a small effect on the N2O and CH4 emissions, while no-tillage had a positive effect on the C accumulation in soil in comparison to the conventionally tilled soil. The sustainability analysis of the soil management systems indicated that, even under moist tropical climatic conditions of this study, no-tillage and legume cover crops become feasible to produce food and fiber with no negative contribution of the agriculture to the global warming. On the other hand, no-tillage, with low crop residues addition, or conventional tillage, with any cropping systems, showed low sustainability.

Em solos cultivados com arroz irrigado, a adoção de determinadas práticas de manejo pode minimizar as emissões de metano (CH4) e de óxido nitroso (N2O), sem causar a redução da produtividade deste cereal. Três estudos foram conduzidos visando avaliar o efeito de sistemas de cultivo do solo (preparo convencional-PC, cultivo mínimo-CM, e plantio direto-PD; Estudo I), do aporte de resíduos de diferentes plantas de cobertura de inverno (pousio, azevém e azevém+cornichão) e da drenagem do solo (Estudo II), e de sistemas de manejo da água de irrigação (intermitente e contínuo; Estudo III) sobre as emissões de CH4 e de N2O de solos sob sistemas de produção de arroz irrigado no Sul do Brasil. Com base nas emissões de CH4 e de N2O e dos seus respectivos potenciais de aquecimento global (PAG; 25 e 298), foi calculado o PAG parcial (PAGp; CO2 equivalente). Os sistemas em CM e em PD, avaliados em duas safras, promoveram mitigação das emissões de CH4 do solo, sobretudo na safra 2007/2008, quando a redução das emissões de CH4 atingiu 42% no solo sob CM. Em contrapartida, as emissões de N2O foram maiores nos sistemas em CM e em PD, especialmente na safra 2009/2010 (0,22 e 0,49 kg de N-N2O ha-1). A antecipação das operações de preparo de solo (CM), ou a não realização destas (PD), promoveu a mitigação do PAGp sem ocasionar redução na produtividade do arroz. O aporte de resíduos vegetais resultou no aumento das emissões de CH4, cujos valores superaram em aproximadamente 10 vezes às emissões verificadas no solo sob pousio. As emissões de N2O foram potencializadas quando da inserção de resíduos de leguminosa (cornichão) no solo. A realização da drenagem do solo, que no estudo II tinha por finalidade reduzir o efeito da toxidez por ferro sobre as plantas de arroz, reduziu o PAGp praticamente pela metade (~ 3.500 kg CO2 equivalente ha-1) em comparação ao solo não drenado (6.691 kg CO2 equivalente ha-1). A realização da drenagem do solo no Estudo III suprimiu em 41% as emissões de CH4 do solo, enquanto que a emissão de N2O do solo foi quase três vezes superior (2,32 kg N-N2O ha-1) ao sistema de irrigação contínuo (0,85 kg N-N2O ha-1). Mesmo com o incremento das emissões de N2O do solo devido a drenagem, o PAGp foi minimizado em 24% quando da realização desta prática. Variáveis do solo como a temperatura e o teor de Fe2+ tiveram correlação positiva com as emissões de CH4 e negativas com as emissões de N2O, sendo que o teor de Mn2+ também influenciou negativamente emissões de N2O do solo. Por outro lado, as emissões de N2O tiveram relação positiva com os teores de NO3- e NH4+ da solução do solo. Práticas como drenagem e sistemas de CM e PD tem potencial de reduzir consideravelmente o PAGp em sistemas de produção de arroz irrigado no Sul do Brasil. / The adoption of some agricultural practices may keep high grain production and decrease the global warming potential (GWP) of rice production systems by decreasing soil methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions. Three studies were performed aiming to evaluate the potential of soil management systems (Study I; conventional tillage-CT, minimum tillage-MT, and no till-NT), winter cover crops (fallow, ryegrass, and ryegrass+birdsfoot trefoil) and soil drainage (Study II), and water regimes (Study III; continuous and intermittent) on soil CH4 and N2O emissions, as well as partial GWP [(pGWP = (CH4x25) + (N2Ox298)] and rice grain yield, in subtropical region of South Brazil. In comparison to CT, MT and NT decreased soil CH4 emissions mainly in the first crop season (42% of reduction). On the other hand, these systems showed higher soil N2O emissions (0,22 e 0,49 kg N-N2O ha-1) than CT (0,17 kg N-N2O ha-1). Fall tillage (known as minimum tillage) or no-tillage resulted in a net mitigation of greenhouse gases (<pGWP) than CT system, at same time that kept same rice grain yields. In comparison to fallow system, crop residues input by cover-crops increased CH4 emission by several times, as well soil N2O emissions were increased by leguminous cover-crop. Soil drainage, performed in the Study II aiming to supress iron toxicity to rice plant, decreased strongly CH4 emissions (almost 50%) with contrary effect on soil N2O emissions. Same results were observed in the intermitent water regime in the Study III (decreased 41% of CH4 emission), and in the both cases, the soil drainage determined lowest pGWP values, with no observed effects on rice yields. Air temperature and soil Fe2+ were the mains driven variables controlling soil CH4 emissions, with negative effect on soil N2O emissions. On the other hand, NO3- and NH4+ also drove soil N2O emissions. Agricultural practices as minimum tillage and no till, and soil drainage decrease global warming potential of South Brazilian rice production systems mainly due to its effect decreasing soil methane emissions that surpass their effects increasing soil nitrous oxide fluxes.

Os sistemas de manejo de solo alteram estoques de carbono orgânico do solo (COS) e os fluxos de gases de efeito estufa (GEE) do solo. Modelos biogeoquímicos podem representar estas alterações, e permitem adicionalmente simular o impacto das mudanças climáticas. Os objetivos deste estudo foram calibrar e validar o modelo DayCent, e simular cenários atuais e alternativos de manejo frente as mudanças climáticas previstas para 2100 na região do Planalto do Rio Grande do Sul (RS). O modelo foi calibrado a partir de uma base de dados de um experimento de longa duração, com diferentes sistemas de preparo e de culturas, num Latossolo Vermelho, em área da Embrapa Trigo, em Passo Fundo. A validação do modelo foi realizada por meio da aplicação do modelo em experimento independente também conduzido na mesma região e tipo de solo. A calibração e validação dos dados de GEE foram realizadas com base no monitoramento dos fluxos de GEE durante dois anos no experimento de calibração e 1,5 anos no experimento de validação. Os cenários climáticos futuros B1 e A2 do IPCC foram simulados a partir de dados obtidos do website Climate Wizard. Apesar do DayCent não capturar exatamente toda a variabilidade anual da produção de biomassa observada, a produção média de biomassa e os estoques de COS medidos foram simulados adequadamente. As emissões anuais de óxido nitroso (N2O) foram melhor simulados comparados aos fluxos diários de N2O. Nos cenários climáticos futuros, a produção de biomassa do trigo e da soja foram favorecidos pelas mudanças climáticas, resultando em incremento do COS. Ervilhaca e sorgo não tiveram o crescimento favorecido e o COS foi mantido no patamar atual no sistema de rotação. A modelagem mostrou que sistemas de cultura necessitam aportar mais C nos cenários climáticos futuros para a manutenção do COS. A introdução de pastagem (Cynodon sp.), em rotação com culturas anuais num sistema de integração lavoura-pecuária foi o sistema com maior potencial de sequestrar C no solo, independente do cenário climático. A aplicação do modelo DayCent indicou que as mudanças climáticas devem favorecer as emissões de N2O nos atuais sistemas de manejo utilizados no Sul do Brasil. O refinamento da base de dados de entrada poderia melhorar o desempenho do modelo e reduzir o grau de incerteza das simulações. / Soil management systems affects soil organic carbon (SOC) stocks and greenhouse gas fluxes (GHG) from soil. Biogeochemical models can represent these systems, and allow further simulate the impact of climate change. The objectives of this study were to calibrate and validate the DayCent model, and simulate current and alternative management scenarios facing climate changes predicted for 2100 in Plateau region in the Rio Grande do Sul. The model was calibrated based on a database of an experiment conducted for 28 years, with different tillage systems and cultures in an Oxisol, at Embrapa Wheat Research Center, in Passo Fundo. The model validation was performed by application of an independent experimental model also conducted in the same region and soil. The calibration and validation of GHG data were based on the monitoring of greenhouse gas fluxes for two years in the calibration experiment and 1.5 years in the validation experiment. Future climate scenarios B1 and A2 IPCC were simulated based on data obtained from the website Climate Wizard. Despite DayCent did not accurately capture all annual variability of measured biomass production, the average production of biomass and the measured SOC stocks were simulated properly. Annual nitrous oxide (N2O) emissions were better simulated compared to daily N2O fluxes. In future climate scenarios, wheat biomass production and soybean were favored by climate change, resulting in an increase of SOC. Vetch and sorghum growth were unaffected and SOC was maintained at the current level, even with the inclusion of corn and soybean in rotation. The modeling exercise showed that culture systems need to increase C inputs to the soil to maintain SOC stocks, especially in future scenarios when soil organic matter decomposition should be favored by rising temperatures. Crop pasture (Cynodon sp.) was the system with the greatest potential to soil sequester C, regardless of the climate scenario. In short, this DayCent application model indicated that climate change should favor N2O emissions in current management systems used in southern Brazil. The databased refinement could improve the model performance and reduce the uncertainty of the simulations.

Este trabalho objetiva realizar um estudo sobre a contribuição antrópica no processo de formação de gases do efeito estufa e seus possíveis reflexos sobre as mudanças climáticas, em curso no planeta Terra. Após uma pesquisa inicial sobre as causas deste fenômeno, são identificadas as iniciativas internacionais em curso para mitigação do processo de aquecimento global, propostas pela Convenção Quadro das Nações Unidas para Mudança do Clima (CQNUMC), particularmente, em relação ao Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) estabelecido pelo Protocolo de Kyoto. Em âmbito mundial, a contribuição de gases formadores do efeito estufa gerados nas atividades de transporte é bastante significativa ocupando o segundo lugar, atrás apenas das emissões provocadas pelas atividades industriais. Esta posição natural, somada às oportunidades existentes no território brasileiro para o uso alternativo de combustíveis oriundos de fontes renováveis e fósseis com menor nível de emissões, impulsionaram este estudo para a pesquisa das condições existentes e análise das alternativas energéticas de menor impacto ambiental Adicionalmente, foi desenvolvida uma análise da contribuição da atividade de transporte rodoviário nas emissões de gases formadores do efeito estufa (GEE), através do exemplo de um caso hipotético. Trata-se da análise comparativa dos inventários de emissões de GEE, antes e depois da conversão de motores ciclo Otto de uma frota de veículos leves, originalmente movidos à gasolina (gasool), para os combustíveis alternativos gases natural e álcool hidratado. Após análise dos resultados obtidos, em cada um dos cenários selecionados, as alternativas propostas são comparadas identificando-se a melhor opção para redução de emissões de GEE.

O aumento na concentração dos gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera está relacionado ao uso agrícola dos solos, o que tem sido responsável, ao menos em parte, pelo aquecimento global. Dois estudos foram conduzidos em experimentos de longa duração (24 e 26 anos) em condições de plantio direto (PD) e sem adição de nitrogênio (N) mineral, em um Argissolo Vermelho com o objetivo de avaliar o efeito do manejo do solo que incluem leguminosas e gramíneas em sucessão com milho [aveia/milho (A/M), ervilhaca/milho (V/M), aveia+ervilhaca/milho (A+V/M), aveia+ervilhaca/ milho+caupi (A+V/M+C) e lablab+milho (LL+M)] nas emissões de GEE no Sul do Brasil. Amostras de ar foram coletadas em câmaras estáticas e a concentração de óxido nitroso (N2O) e de metano (CH4) foi determinada por cromatografia gasosa. Simultaneamente variáveis metereológicas (temperatura do ar e precipitação pluviométrica) e parâmetros de solo (teor de NO3 -, NH4 +, C solúvel e umidade) foram avaliados a 10 cm de profundidade. No Estudo I, avaliou-se o efeito em curto prazo das emissões de GEE no período pósmanejo das plantas de cobertura de inverno (2009/10 e 2010/11). No Estudo II, foi realizada avaliação ao longo do ano das emissões de GEE dos sistemas de manejo e calculado o potencial de aquecimento global (PAG). As emissões acumuladas de N2O no período pós-manejo 2009/10 (2,86±0,43 kg N ha-1) foram aproximadamente nove vezes maiores que as observadas em 2010/11 (0,32±0,08 kg N ha-1). A emissão de N2O do solo nos tratamentos com ervilhaca (V/M, A+V/M e A+V/M+C) foi potencializada pelas freqüentes chuvas após o manejo das plantas de cobertura, as quais atrasaram a semeadura do milho em 81 dias e mantiveram maiores teores de N no solo em comparação ao tratamento com aveia (A/M). As emissões foram controladas principalmente pela porosidade preenchida por água (PPA) e pela atividade microbiana (CO2), o que indica que a desnitrificação foi o principal processo envolvido na produção de N2O no solo. No período pós-manejo 2010/11 as chuvas foram menos freqüentes que em 2009/10; o qual favoreceu a oxidação de CH4, principalmente em sistemas que incluíram leguminosas. As altas emissões de N2O do solo nos sistemas de culturas devido ao excesso de chuva durante o período pós-manejo da safra 2009/10 se refletiu nos maiores valores de PAG (emissão liquida de GEE para atmosfera). / The increase in the concentration of greenhouse gases (GHG) in the atmosphere is related to the agricultural use of soil, which has been responsible, at least in part, for global warming. Two studies were performed in long-term (24 and 26 years) experiments under no-tillage and without addition of mineral N in an Acrisol, and aimed to evaluate the effect of soil management that include legumes and grasses with maize in succession [oat/maize (O/M), vetch/maize (V/M), oat+vetch/maize (O+V/M), oat+vetch/maize+cowpea (O+V/M+C) and lablab+maize (LL+M)], on GHG emissions in Southern Brazil. Air samples were collected in static chambers and nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) concentrations determined by gas chromatography. Meteorological variables (temperature and moisture) and soil parameters (NO3 -, NH4 + and dissolved organic C content) were determined at 10 cm depth. Study I evaluated the effect of cropping systems on short-term GHG emissions in the period after winter cover crop management (post-management) (2009/10 and 2010/11). Study II evaluated GHG emissions from cropping systems on annual basis and calculated the net global warming potential (GWP). Cumulative N2O emissions in the post-management period 2009/10 (2,86±0,43 kg N ha-1) were nine times higher than cumulative emission observed in 2010/11 (0,32±0,08 kg N ha-1). Soil N2O emission in treatments that included vetch (V/M, O+V/M and O+V/M+C) was enhanced by frequent rains after winter cover crop management, which delayed corn sowing in 81 days and maintained higher levels of soil N compared to treatment with oat (O/M). N2O emissions were controlled mainly by water filled pore space (WFPS) and microbial activity (CO2), indicating denitrification as the main process involved in N2O production. In the post-management period 2010/11 rains were less frequent than in 2009/10; which favored CH4 oxidation, especially in systems that include legumes. High N2O emissions in cropping systems due to prevailing weather conditions during the post-management period 2009/10 had a positive reflection in the GWP.

O solo pode atuar como um dreno ou fonte de gases de efeito estufa (GEE) dependendo do sistema de manejo utilizado. A presente pesquisa teve como objetivo identificar sistemas de manejo que apresentem baixo potencial de aquecimento global (PAG). Dois experimentos de longa duração (19 e 22 anos) conduzidos na EEA/UFRGS, em Eldorado do Sul (RS), foram avaliados quanto ao efeito dos sistemas de preparo (convencional e plantio direto), sistemas de cultura (aveia/milho, ervilhaca/milho, aveia+ ervilhaca/milho+caupi, guandu+milho e lablab+milho) e da adubação nitrogenada (0 e 180 kg-1 N ha-1) nas emissões de óxido nitroso (N2O) e metano (CH4) nas safras 2003/2004 e 2004/2005. Calculou-se também o PAG dos diferentes sistemas de manejo baseado nas emissões destes GEE, nos custos energéticos das operações e dos insumos agrícolas, e no balanço de C no solo. Um índice de sustentabilidade dos sistemas de manejo, baseado na razão entre o PAG e o rendimento de grãos de milho, foi proposto. O suprimento parcial de N pela inclusão de leguminosas, em sistemas de rotação de culturas, mostrou-se uma alternativa potencial para mitigar as emissões de N2O em comparação ao suprimento total desse nutriente por fertilizantes nitrogenados (uréia), sendo que ambas práticas tiveram reflexo negativo quanto à absorção de CH4 pelo solo. Embora tenha ocorrido aumento da emissão de N2O nos sistemas com leguminosas, em comparação ao sistema aveia/milho, a emissão de N2O neste mesmo sistema com adubação nitrogenada foi superior à verificada nos sistemas com leguminosas, cujos resultados sugerem uma influência da qualidade do resíduo vegetal nas emissões de N2O. Os preparos de solo tiveram pouco efeito nas emissões de N2O e CH4, enquanto o PD teve um efeito positivo no acúmulo de C no solo, além de apresentar menores custos energéticos em comparação ao preparo convencional. A análise da sustentabilidade dos sistemas de manejo indicou que, mesmo nas condições de ambiente subtropical úmido em que este estudo foi realizado, o uso do plantio direto e de leguminosas torna possível produzir alimentos sem que haja contribuição da atividade agrícola ao aquecimento global. Por outro lado, o PD associado a culturas com baixo aporte de resíduos, e o preparo convencional independente das culturas utilizadas, mostrou-se de baixa sustentabilidade. / Soils can act as a sink or source of greenhouse gases (GHG) depending of the adopted soil management system. This study aimed to identify soil management systems with potential to mitigate the global warming. Two long-term (19 and 22 years) experiments in the South of Brazil were evaluated over the effect of tillage systems (no-tillage and conventional tillage), cover crops based maize cropping systems (oat, vetch, oat+vetch/cowpea, pigeon pea and lablab), and mineral N fertilization (0 and 180 kg N ha-1) on the nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) emissions in the 2003/2004 and 2004/2005. The global warming potential (GWP) of the different soil management systems was calculated based on the fluxes of these GEE, the costs of agricultural practices and on the C balance in the soil. A sustainability index of soil management systems, based on the ratio between GWP and the maize yield, was proposed. The legume cover crops were a good alternative to supply N to maize and to mitigate the N2O emissions in comparison to the application of mineral fertilizer (urea), while these two practices decreased the CH4 absorption by the soil. Despite legume cover crops had increased the N2O emissions in comparison to the oat/maize system, the N2O emission in this cropping system with urea application was several times higher than under legume crops. The results of N2O emissions suggest the nitrification process as an important source of N2O to the atmosphere. Tillage systems had a small effect on the N2O and CH4 emissions, while no-tillage had a positive effect on the C accumulation in soil in comparison to the conventionally tilled soil. The sustainability analysis of the soil management systems indicated that, even under moist tropical climatic conditions of this study, no-tillage and legume cover crops become feasible to produce food and fiber with no negative contribution of the agriculture to the global warming. On the other hand, no-tillage, with low crop residues addition, or conventional tillage, with any cropping systems, showed low sustainability.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-08-24T13:59:27Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3166266 bytes, checksum: 204ca5ff74b0dc51070dadfd7275ddb5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-24T13:59:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3166266 bytes, checksum: 204ca5ff74b0dc51070dadfd7275ddb5 (MD5) Previous issue date: 2017-06-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Dada a grande extensão do Brasil, sua enorme diversidade de vegetação e heterogeneidade agrícola, o desenvolvimento de políticas agrícolas e de conservação requer uma compreensão dos padrões históricos de uso da terra para todo o país. Somente através da lente da história que as atuais tendências geográficas no uso da terra podem ser totalmente compreendidas e projeções futuras mais precisas podem ser feitas. Este estudo analisa os padrões espaciais da agricultura brasileira entre 1940 e 2014, com ênfase no uso da terra e nas emissões de gases de efeito estufa. Os padrões históricos de uso das terras pela agricultura e emissões de gases de efeito estufa foram investigados usando uma nova base de dados histórico-espacial com resolução espacial de 30” (aproximadamente 1 km x 1 km). Embora a fronteira agrícola ainda esteja expandindo na Amazônia e Cerrado, as taxas são muito menores do que antes, e em toda a parte oriental e sul do país, a área agrícola está diminuindo. A produção de soja e milho aumentou devido ao aumento da área e da produtividade, mas a produção de cana-de-açúcar aumentou principalmente devido à extensificação. As pastagens diminuíram em todas as regiões analisadas, exceto na Amazônia, mas o lento processo de transferência de tecnologia tem mantido a taxa de lotação de bovinos perto de 1 cabeça/ha, indicando um sistema de pecuária ineficiente. O Brasil está se movendo lentamente para uma agricultura mais intensiva e sustentável. Até 1975, o desmatamento da Mata Atlântica e do Cerrado foram as principais fontes de emissões de CO 2 pela mudança de uso da terra. Depois disso, a Amazônia tomou a primeira posição como fonte de emissões de CO 2 . As emissões decorrentes da mudança do uso da terra na Mata Atlântica e nos Pampas diminuíram gradualmente após 1975 e esses biomas tornaram-se sumidouros de CO 2 desde 1990. As emissões agrícolas totais estão diminuindo porque as emissões de CO 2 estão diminuindo e elas são várias vezes maiores (em termos de CO 2eq ) que as emissões de CH 4 e N 2 O. Por outro lado, o aumento da produtividade resulta em aumento das emissões pela agricultura. Brasil está a caminho da redução das emissões por uso do solo propostas na Política Nacional sobre Mudanças no Clima. Sobre as Contribuições Nacionalmente Determinadas no acordo de Paris, em 2015, as taxas passadas de restauração florestal são mais do que suficiente para atingir a medida sugerida no acordo. A conclusão é que o Brasil deveria ser mais audacioso em suas metas. Esses resultados fornecem uma das primeiras visões históricas abrangente e espacialmente explicita do uso da terra pela agricultura e pecuária das emissões de gases de efeito estufa no Brasil, fornecendo ideias claras para orientar futuros planejamentos territoriais, a agricultura sustentável, a formulação de políticas públicas e a tomada de decisões. / Given the large size of Brazil, its enormous vegetation diversity and agriculture heterogeneity, the development of national agricultural and conservation policies requires an understanding of historical patterns of land use for the entire country. It is only through the lens of history that the current geographic trends in land use can be fully understood and accurate future projections made. This study analyzes the spatial patterns of the Brazilian agriculture between 1940 and 2014, with emphasis on land use and greenhouse gas emissions. I investigate the historical patterns of agricultural land use and greenhouse gases emissions in Brazil using a new historical-spatial database at spatial resolution of 30” (approximately 1 km x 1 km). Although the agriculture frontier is still expanding in the Amazon and Cerrado, rates are much lower than before, and throughout the eastern and southern part of the country, agricultural land use is actually decreasing. The production of soybean and maize increased due to increase in area and yields, but the production of sugarcane increased predominantly due to extensification. Pasturelands decreased in all regions analyzed, except in Amazonia, but the slow process of technology transference appears to be keeping the Brazilian stocking rate of cattle close to 1.0 head/ha, indicating an inefficient livestock system. Brazil is moving slowly towards a more intensive and sustainable agriculture. Until 1975, deforestation of the Atlantic Forest and Cerrado were the main sources of CO 2 emissions. After that, Amazonia took the first position as source of CO 2 emissions. Emissions from land use change in Atlantic Forest and Pampas decreased gradually after 1975 and these biomes become a sink of CO 2 since 1990. The total agricultural emissions are decreasing because the CO 2 emissions are decreasing and they are several times larger (in CO 2eq terms) than the CH 4 and N 2 O emissions. Brazil is heading towards the reduction of land use change emissions as proposed in the National Policy on Climate Change. About the Nationally Determined Contributions proposed in the 2015 Paris agreement, the past rates in forest restoration are more than sufficient to achieve the suggested measure proposed. The conclusion is that Brazil should be more audacious in its goals. My results provide one of the first comprehensive historical and geographically explicit overview of agricultural land use and greenhouse gases emissions in Brazil, providing clear insights to guide future territorial planning, sustainable agriculture, policy and decision-making.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2015-12-01T14:07:35Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 894096 bytes, checksum: 09de5409389a61fc990cfd05365583c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-01T14:07:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 894096 bytes, checksum: 09de5409389a61fc990cfd05365583c1 (MD5) Previous issue date: 2015-01-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Brasil tem adotado diversas medidas de mitigação das emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE), principalmente na área agropecuária, que é uma importante fonte emissora destes gases. Uma destas medidas é o programa Agricultura de Baixo Carbono (ABC), em que são incentivadas tecnologias que contribuam para minimização das emissões de GEE pelo país. Entre as tecnologias previstas no ABC tem-se os sistemas agroflorestais (SAF’s), que integram culturas agrícolas, animais e árvores. Como este tipo de atividade é recente no país e foram estabelecidas estimativas prévias sobre a contribuição destes sistemas na diminuição das emissões e aumento da remoção dos GEE, é necessário realizar estudos de monitoramento, de forma a aprimorar os valores utilizados. Desta maneira, objetivou-se quantificar a estocagem de carbono e realizar o inventário dos gases de efeito estufa em sistemas agroflorestais. O trabalho foi dividido em quatro artigos. No primeiro artigo, objetivou-se sistematizar os dados disponíveis no acervo bibliográfico que demonstrem a estocagem de carbono de diferentes arranjos agroflorestais. As pesquisas indicaram que há uma grande variação no incremento médio em carbono nos sistemas, variando de 1,26 a 11,19 t C ha-1 ano-1, dependendo do modelo implantado. Assim, entende-se que a identificação do potencial de estocagem de carbono dos vários modelos deve ser um dos fatores a serem considerados nos incentivos à implantação dos sistemas agroflorestais. No segundo artigo, objetivou-se determinar a densidade básica, poder calorífico, teor de carbono e, também, estimar a biomassa seca de madeira, carbono e energia disponível na madeira de eucalipto proveniente de três diferentes sistemas agroflorestais. Foram avaliados SAF’s com espaçamentos para o eucalipto de 9 x1 m (Sistema 1), de 8 x 3 m (Sistema 2) e de 12 x 3 m (Sistema 3). Em cada sistema, utilizou-se três árvores-amostra por classe de DAP para a determinação do volume individual, densidade básica e teor de carbono e Poder Calorífico Superior (PCS) da madeira. Não houve diferença significativa no teor de carbono entre os sistemas estudados. O sistema 1 obteve menor densidade da madeira, se comparado com outros sistemas. Entretanto, esse sistema obteve maiores estimativas de PCS (4.631,25 kcal kg-1), de Incremento médio Anual (43,01 m3 ha-1ano-1), biomassa seca da madeira (17,53 t ha- ano-1), de carbono (9,16 t ha-1ano-1) e energia disponível (69,82 GWh ha-1ano-1). Isso ocorreu devido ao seu espaçamento ser mais adensado (9x1m), tendo assim um maior número de árvores por hectare se comparado com o sistema 2 (8x3m) e o sistema 3 (12x3m). Assim, conclui-se que todos os sistemas apresentaram potencial de produção de biomassa seca da madeira e de carbono e energia disponível, com um destaque para o sistema 1. No terceiro artigo, objetivou-se estimar as emissões de GEEs e carbono acima do solo de sistemas silvipastoris e agrissivilpastoris, além de estimar o número de árvores necessárias para neutralizar essas emissões. Foram calculadas as emissões da produção, estoque e transporte de agroquímicos (pre-fram) e das atividades atividades dentro da fazenda, como adubação, fermentação entérica, manejo de dejetos e maquinário. Para todos os sistemas foram quantificados o carbono acima do solo para o plantio florestal e para as gramíneas. Além disso, estimou-se o volume, a biomassa e o carbono acima do solo, por meio de equações alométricas. As emissões de GEE para os diferentes sistemas variou entre 2,81 t CO2e ha-1 e 7,98 t CO2e ha-1. O número de árvores requeridas para neutralizar as emissões variou entre 17 e 44 árvores.ha-1. Assim, conclui-se que é possível neutralizar as emissões das atividades agropecuárias adotando-se o plantio de árvores nos sistemas No quarto artigo, o objetivo foi avaliar a contribuição de dois SAFs para a redução da concentração de GEEs na atmosfera. O estudo foi conduzido em uma propriedade no município de Viçosa, MG. Foram avaliados dois sistemas agroflorestais implantados em dezembro de 2008. Um sistema agrissilvipastoril é composto por Eucalipto + Feijão + Braquiária. O outro, um sistema silvipastoril é composto por Eucalipto + Braquiária. O componente florestal foi plantado no espaçamento de 8 m entre linhas e 3 m entre plantas. Nas unidades, empregou-se o método indireto para quantificação da biomassa do componente florestal. Para a pastagem, a biomassa foi estimada pelo método direto. As emissões de GEE foram oriundas das atividades agrícolas (adubação nitrogenada) e pecuária (fermentação entérica e manejo de dejetos). As emissões de GEE foram estimadas com base nas Diretrizes do IPCC para Inventários Nacionais de Gases de Efeito Estufa. O sistema agrissilvipastoril apresentou maior remoção (49,99 tCO2e) em relação ao sistema silvipastoril (42,00 tCO2e ha-1). O componente bovino foi o que apresentou maior emissão de GEE (3,49 tCO2e ha-1), quando comparado ao eucalipto, ao feijão e à braquiária. Os sistemas apresentaram um excedente de árvores quando se pensa em neutralização, pois, seriam necessárias, em média, 50 árvores.ha-1 e haviam em torno de 351 árvores.ha-1. Desta forma, conclui-se que os sistemas agroflorestais contribuem para mitigação dos gases de efeito estufa na atmosfera, desempenhando um importante papel para o alcance das metas de redução de emissões de GEE estabelecidas pelo governo brasileiro, além de permitir o desenvolvimento da agropecuária mais sustentável no país. / Brazil has adopted several greenhouse gases (GHG) mitigation measures, mainly in the agricultural area, which is an important emission source of these gases. One such measure is the Low Carbon Agriculture (LCA) program, in which technologies that contribute to minimizing GHG emissions in the country are encouraged. Among the technologies predicted by the LCA is the adoption of agroforestry systems (AFS), which integrate crops, animals and trees. Since this type of practice is relatively new in the country and estimates of the contribution of these systems in reducing emissions and increase the GHG removal were estimated, it is necessary to conduct monitoring studies in order to improve the values used. Thus, this study aimed to quantify the carbon storage and to produce an inventory of greenhouse gases in agroforestry systems. The work was divided into four papers. The first paper aimed to systematize the available data in the bibliography, exploring carbon storage of different agroforestry arrangements. The data indicated large variation in the average increment of carbon in agroforestry systems, which ranged from 1.26 to 11.19 t C ha-1 yr-1 depending on its structure and age. Thus, it is understood that the identification of the carbon storage potential of various models should be one of the factors to be considered in incentives to the implementation of agroforestry systems. In the second paper, the aim was to determine the basic density, calorific value, and carbon content, as well as estimate the dry wood biomass, carbon, and energy available in eucalyptus wood from three AFS. AFS were evaluated with spacing for eucalyptus of 9 x 1 m (System 1), of 8 x 3 m (System 2), and of 12 x 3 m (System 3). In each system, we used three trees per DBH sample element to determine the individual volume, basic density, carbon content, and higher heating value (HHV) of wood. There was no significant difference in carbon content between the systems studied. The first system had higher HHV and lower density compared to other systems. Furthermore, this system had the highest estimates of Mean Annual Increment (43.01 m 3 ha-1 yr-1), dry wood biomass (17.53 t ha-1 yr-1), carbon (9.16 t ha-1 yr-1), and available energy (69.82 GWh ha-1 yr-1) due to the spacing of planting trees (9x1m), which provides greater number of trees per hectare compared to Systems 2 (8 x 3 m) and 3 (12 x 3 m). Thus, we conclude that all systems had production potential of dry woody biomass and carbon and energy available, with a highlight for System 1. The third article aimed to estimate GHG emissions and aboveground carbon storage in silvopastoral and agrosilvopastoral systems in Southeastern Brazil and to estimate the number of trees necessary to offset these emissions. GHG emissions were calculated regarding production, storage and transportation of agrochemicals (pre-farm) and farm activities such as fertilization and machinery operation (on farm). For all systems, we quantified aboveground tree biomass, aboveground grass biomass, and carbon stock. We also fitted allometric equations to estimate individual tree volume, aboveground biomass, and carbon. GHG emissions for the different agroforestry systems ranged from 2.81 t CO2e ha-1 to 7.98 t CO2e ha-1. The number of trees required to neutralize these emissions ranged from 17 to 44 trees ha-1. Thus, it is concluded that it is possible to offset emissions from agricultural activities adopting the planting of trees in the systems. In the fourth article, the objective was to evaluate the contribution of two AFS for the reduction of GHG concentration in the atmosphere. The study was conducted in a small farm in Viçosa, MG. Two agroforestry systems were planted in December 2008. The agrosilvopastoral system was composed of Eucalyptus + Beans + Brachiaria. The silvopastoral system was composed of Eucalyptus + Brachiaria. The forestry component was planted with 8 m between rows and 3 m between plants. In both systems the indirect method was used for the quantification of forest biomass. For brachiaria, biomass was estimated by the direct method. GHG emissions were derived from agricultural activities (nitrogen fertilization) and livestock (enteric fermentation and manure management). Planting and crop harvest were performed manually, so that GHG emissions from burning fossil fuels in these activities were disregarded. Emissions were estimated based on the IPCC Guidelines for National Inventories of Greenhouse Gases. The agrosilvopastoral showed higher stock (49.99 tCO2e ha-1) relative to the silvopastoral system (42.00 tCO2e ha-1). The cattle showed higher GHG emissions (3.49 tCO2e ha-1) compared to the cultures of eucalyptus, beans and brachiaria. The systems had a surplus of trees, on average, would be needed 50 trees and there were about 351 trees ha -1. Thus, it is concluded that agroforestry systems contribute to decrease the concentration of greenhouse gases in the atmosphere. Therefore, it is concluded that agroforestry systems contribute to the mitigation of greenhouse gases in the atmosphere, playing an important role in achieving GHG emission reduction targets set by the Brazilian government, and allows the development of more sustainable farming in the country. / Não foi encontrado o cpf do autor e nem o termo de autorização.

Os sistemas de manejo de solo alteram estoques de carbono orgânico do solo (COS) e os fluxos de gases de efeito estufa (GEE) do solo. Modelos biogeoquímicos podem representar estas alterações, e permitem adicionalmente simular o impacto das mudanças climáticas. Os objetivos deste estudo foram calibrar e validar o modelo DayCent, e simular cenários atuais e alternativos de manejo frente as mudanças climáticas previstas para 2100 na região do Planalto do Rio Grande do Sul (RS). O modelo foi calibrado a partir de uma base de dados de um experimento de longa duração, com diferentes sistemas de preparo e de culturas, num Latossolo Vermelho, em área da Embrapa Trigo, em Passo Fundo. A validação do modelo foi realizada por meio da aplicação do modelo em experimento independente também conduzido na mesma região e tipo de solo. A calibração e validação dos dados de GEE foram realizadas com base no monitoramento dos fluxos de GEE durante dois anos no experimento de calibração e 1,5 anos no experimento de validação. Os cenários climáticos futuros B1 e A2 do IPCC foram simulados a partir de dados obtidos do website Climate Wizard. Apesar do DayCent não capturar exatamente toda a variabilidade anual da produção de biomassa observada, a produção média de biomassa e os estoques de COS medidos foram simulados adequadamente. As emissões anuais de óxido nitroso (N2O) foram melhor simulados comparados aos fluxos diários de N2O. Nos cenários climáticos futuros, a produção de biomassa do trigo e da soja foram favorecidos pelas mudanças climáticas, resultando em incremento do COS. Ervilhaca e sorgo não tiveram o crescimento favorecido e o COS foi mantido no patamar atual no sistema de rotação. A modelagem mostrou que sistemas de cultura necessitam aportar mais C nos cenários climáticos futuros para a manutenção do COS. A introdução de pastagem (Cynodon sp.), em rotação com culturas anuais num sistema de integração lavoura-pecuária foi o sistema com maior potencial de sequestrar C no solo, independente do cenário climático. A aplicação do modelo DayCent indicou que as mudanças climáticas devem favorecer as emissões de N2O nos atuais sistemas de manejo utilizados no Sul do Brasil. O refinamento da base de dados de entrada poderia melhorar o desempenho do modelo e reduzir o grau de incerteza das simulações. / Soil management systems affects soil organic carbon (SOC) stocks and greenhouse gas fluxes (GHG) from soil. Biogeochemical models can represent these systems, and allow further simulate the impact of climate change. The objectives of this study were to calibrate and validate the DayCent model, and simulate current and alternative management scenarios facing climate changes predicted for 2100 in Plateau region in the Rio Grande do Sul. The model was calibrated based on a database of an experiment conducted for 28 years, with different tillage systems and cultures in an Oxisol, at Embrapa Wheat Research Center, in Passo Fundo. The model validation was performed by application of an independent experimental model also conducted in the same region and soil. The calibration and validation of GHG data were based on the monitoring of greenhouse gas fluxes for two years in the calibration experiment and 1.5 years in the validation experiment. Future climate scenarios B1 and A2 IPCC were simulated based on data obtained from the website Climate Wizard. Despite DayCent did not accurately capture all annual variability of measured biomass production, the average production of biomass and the measured SOC stocks were simulated properly. Annual nitrous oxide (N2O) emissions were better simulated compared to daily N2O fluxes. In future climate scenarios, wheat biomass production and soybean were favored by climate change, resulting in an increase of SOC. Vetch and sorghum growth were unaffected and SOC was maintained at the current level, even with the inclusion of corn and soybean in rotation. The modeling exercise showed that culture systems need to increase C inputs to the soil to maintain SOC stocks, especially in future scenarios when soil organic matter decomposition should be favored by rising temperatures. Crop pasture (Cynodon sp.) was the system with the greatest potential to soil sequester C, regardless of the climate scenario. In short, this DayCent application model indicated that climate change should favor N2O emissions in current management systems used in southern Brazil. The databased refinement could improve the model performance and reduce the uncertainty of the simulations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:12:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329731.pdf: 2706464 bytes, checksum: 4e1fa76a216a2dba37d9ebf66315c5cf (MD5) Previous issue date: 2014 / A fim de mitigar o problema da poluição das águas, as lagoas de lemnas têm sido consideradas como uma tecnologia eficiente e de baixo custo, sendo então aplicadas para o tratamento de esgoto sanitário e agroindustrial. A elevada eficiência na remoção de nutrientes (N e P) é uma das principais vantagens dessa tecnologia. Além disso, a biomassa produzida durante o tratamento pode apresentar um alto valor nutricional, agregando valor ao processo. Desse modo, o presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial de um sistema de lagoas de lemnas (Landoltia punctata) no tratamento de esgoto doméstico e fixação de gás carbônico. Com esse intuito, foi realizado um experimento, em escala piloto, constituído por uma lagoa anaeróbia seguida por duas lagoas de lemnas, operando em fluxo contínuo. O sistema recebeu cargas de esgoto doméstico condominial a uma vazão de 200L/d. A avaliação da eficiência do sistema se deu através de análises de amostras do efluente, coletadas em cada etapa do tratamento. Também foram realizadas avaliações qualitativas (teores de proteína e amido) e quantitativas (cargas de crescimento) sobre a biomassa produzida. A fixação de gás carbônico foi avaliada através da medição da concentração, por meio de uma câmara de fluxo, para avaliar o potencial do sistema como redutor de gases do efeito estufa (GEE). No período experimental, o sistema apresentou excelentes resultados na remoção dos parâmetros avaliados, alcançando as seguintes eficiências: DQO= 92%, DBO= 97%, PT= 80%, PO43-= 70%, NTK=85,4%, N-NH3= 87%, Turbidez= 97%, E. coli= 3 log10. Quanto à biomassa de lemnas, foi constatada uma produtividade de até 7,48 g/m²/d, ou 27,3 t/ha/ano, com um teor de proteína médio de 35% e de amido de 4,7%. Foram removidos 9,29kg de CO2, ou 17,4 t CO2/ha/ano, sendo encontrada uma carga de fixação de CO2 de 10,95 g/m²/d. Desse modo, conclui-se que o sistema de tratamento por lagoas de lemnas apresentado no presente estudo possui grande potencial no polimento do esgoto doméstico, além de produzir uma biomassa com valor agregado, passível de valorização. Devido ao seu potencial de fixação de gás carbônico, as lemnas podem neutralizar as emissões de GEE na ETE, enquadrando-se como um mecanismo de desenvolvimento limpo.<br> / Abstract : In order to mitigate the problem of water pollution, the duckweed ponds have been considered as an efficient and low cost technology being applied to the treatment of domestic sewage and agricultural waste. The high removal efficiency of nutrients (N and P) is one of the main advantages of this technology. Also, the biomass produced during treatment can have a high nutritional value by adding value to the process. Thus, the present study aimed to evaluate the potential of duckweed ponds system (Landoltia punctata) in wastewater treatment and carbon dioxide fixation. With this aim, an experiment was conducted on a pilot scale, consisting of an anaerobic pond followed by two duckweed ponds, operating in continuous flow. The system received loads of condominium domestic sewage at a rate of 200 L/d. The evaluation of the efficiency of the system was made through analyzes of effluent samples collected at each stage of treatment. Qualitative assessments (protein and starch content) and quantitative (growth rates) on biomass production were also performed. The fixation of carbon dioxide was evaluated by measuring the concentration, through a flow chamber, to assess the potential of the system as a reduction of Greenhouse Gases. In the trial period, the system showed excellent results in the removal of the evaluated parameters, achieving the following efficiencies: COD = 92%, BOD = 97%, TP = 80%, PO43-= 70%, TKN = 85,4%, NH3-N = 87%, Turbidity = 97%, E. coli = 3 log10. As for the duckweed biomass, we observed a productivity of up to 7.48 g/m²/d, or 27.3 ton/ha/year, with a medium protein content of 35% and 4.7% of starch. Were removed 9.29kg of CO2, or 17.4 tonCO2/ha/year, the rate of CO2 fixation of 10.95 g/m²/day was found. Thus, it is concluded that this treatment systems consisting of duckweed ponds have great potential in polishing of wastewater, and produce a biomass value, subject to valuation. Due to its potential for fixation of carbon dioxide, the duckweed can neutralize greenhouse gas emissions on ETE positioning themselves as a clean development mechanism.