Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:08:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watanabe_MarcosDjunBarbosa_M.pdf: 7737230 bytes, checksum: f01dbe599c58c1a51c2b09436ebd3b26 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A produção de etanol a partir da cana-de-açúcar tem sido considerada uma alternativa ecológica ao petróleo e também como uma solução para amenizar o fenômeno do aquecimento global. Neste contexto, o Brasil detém o status de um país-chave devido à sua capacidade de produzir o etanol necessário para demandas externas e internas. No entanto, o conseqüente aumento das áreas de cultivo pode estar estabelecendo uma alta pressão sobre os recursos naturais, principalmente no Estado de São Paulo, o maior produtor de cana-de-açúcar do país. A conversão de um ecossistema natural em uma área agrícola maximiza a produção de alimentos e matérias-primas em detrimento de outros bens e serviços prestados pela floresta, denominados serviços ecossistêmicos. Utilizando a metodologia emergética, foram estimadas as diferenças de valores (em termos de emergia e dinheiro) existentes entre sistemas de mata nativa e plantações de cana-de-açúcar no Estado em relação aos principais processos terrestres derivados do ciclo hidrológico, do carbono e do nitrogênio. Em relação ao ciclo hidrológico, uma bacia hidrográfica coberta por floresta nativa apresentou um serviço de percolação de água estimado em 3929 Em$.ha-1.ano-1, enquanto a substituição da cobertura vegetal por cana-de-açúcar provocaria uma redução deste serviço para 1479 Em$.ha-1.ano-1. A análise do ciclo do carbono mostra que florestas nativas situada na bacia do rio Piracicaba foram capazes de gerar um serviço de fixação de carbono na produção primária líquida (PPL) estimado em 113 Em$.ha-1.ano-1, enquanto as áreas com cana-de-açúcar em Serrana-SP e Pradópolis-SP mostraram uma fixação de carbono (PPL) estimada em 589 Em$.ha-1.ano-1; no entanto, este valor não considera que existe a perda parcial deste serviço após à colheita. A queima da palha da cana para a colheita manual emite gás carbônico (CO2) e metano (CH4), cujos valores correspondem ao fluxo de 172 e 56 Em ha- 1.ano-1, respectivamente. Em relação ao ciclo de nitrogênio, a fixação biológica de nitrogênio (FBN) em floresta tropical corresponde varia entre 23 a 7126 Em$.ha-1.ano-1; para a cana-de-açúcar, este valor pode variar entre Em$ 0 a 1126 ha-1.ano-1 para cana sem capacidade de nodulação e para o genótipo RB 72 454, respectivamente. Parte do fertilizante nitrogenado utilizado para a cana-de-açúcar é perdido pela volatilização na forma de amônia e, principalmente, por lixiviação de nitrato, esta última estimada em até Em$ 4082 ha-1.ano-1. A comparação entre os valores de serviços ecossistêmicos baseados pela contabilidade emergética com aqueles estimados por abordagens econômicas neoclássicas revela que os processos envolvendo a água e o nitrogênio apresentam valores divergentes, enquanto que aqueles relacionados ao carbono proporcionam magnitudes similares. A avaliação emergética aplicada à valoração de serviços ecossistêmicos na escala local e global é uma abordagem válida para guiar os valores a serem implementados em políticas públicas de pagamento/recompensa por alterações nos fluxos de serviços ambientais causados por projetos agrícolas / Abstract: The production of ethanol from sugarcane is being noticed as an ecological alternative for petroleum and also as solution for global warming. Brazil attains the status of a key country because it can supply the ethanol needed for external and internal demands. Nevertheless the increasing land demand establishes a high pressure on natural resources mainly in Sao Paulo State, the brazilian leading producer. The conversion of a natural ecosystem into agriculture land maximizes food and raw materials production but depletes a range of environmental goods and services, called ecosystem services. Using the emergetic methodology, it was estimated the difference (given in terms of money and emergy) between native forest and sugarcane plantation in Sao Paulo State of values concerning on the main land processes of water, carbon and nitrogen cycles. For hydrologic cycle, a watershed covered by native forest has a water percolation service estimated as 3929 Em$.ha-1.yr-1 while a sugar-cane cropland in the same region showed 1479 Em$.ha-1.yr-1. For carbon cycle, native forests in Piracicaba river basin showed a carbon fixation service valued as 113 Em$.ha-1.yr-1 while sugar-cane areas in Serrana and Pradopolis show a carbon fixation value of 589 Em$.ha-1.yr-1 without considering the partial loss of this service after harvesting; moreover, with the adoption of cane-burning for cropping, the CO2 and CH4 emissions correspond to 172 and 56 Em$.ha-1.yr-1, respectively. For nitrogen cycle, the nitrogen fixed biologically in forest shows values ranging from 23 to 7126 Em$.ha-1.yr-1; in sugar-cane systems the value can vary from 0 to 1226 Em$.ha-1.yr-1 for cane without nitrogen fixation and for RB72 454 cane genotype, respectively. The nitrogen fertilizer used for sugar-cane produces ammonia volatilization and nitrate leaching in which the last value is estimated as 4082 Em$.ha-1.year-1. The comparison between emergy-based and neoclassical economy-based values reveals that processes involving water and nitrogen have divergent prices although for carbon they have similar magnitudes. Emergy assessment applied to the valuation of ecosystem services for global and local scales is a valid approach to guide public policies of payment/rewards for changes in environmental services caused by agricultural production systems / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T20:19:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watanabe_MarcosDjunBarbosa_D.pdf: 12354355 bytes, checksum: 2217565ceb1d984dcb8ad72e314a9171 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Os sistemas de produção agrícola ocupam extensas áreas inseridas em bacias hidrográficas as quais, por sua vez, têm sua sustentabilidade afetada pela interferência de tais sistemas em seus ciclos biogeoquímicos. Apesar da importância do suprimento de energia e alimentos para a sociedade, outros bens e serviços são também fundamentais para o seu bem-estar. É o caso da água, que é um fator de produção para a indústria e agricultura, e também essencial para a manutenção dos domicílios e do comércio em áreas urbanas. Neste contexto, o presente trabalho pretende estudar de que maneira sistemas produtores de energia e alimentos afetam aqueles produtores de água na bacia do Taquarizinho. Este estudo construiu um modelo determinístico para simular e realizar a valoração dos fluxos hidrológicos em áreas ocupadas por agricultura, pastagens e mata nativa. O foco da pesquisa foi a comparação, ao longo do tempo, do valor monetário dos fluxos gerados por diferentes tipos de uso da terra (USD ha-1ano-1) para diferentes cenários de ocupação da bacia: Cerrado, sistema agroflorestal (SAF), agricultura convencional, agricultura de plantio direto, pastagem com manejo e pastagem sem manejo. A metodologia empregada utiliza o conceito de emergia para a valoração de serviços ambientais (e de áreas agrícolas), a qual atribui valor aos mesmos em equivalentes de dólar baseando-se na relação entre a energia dos inputs e o fluxo de massa de água para cada uma das entradas geradas pelo mesmo sistema. Além disto, vinculou-se o modelo hidrológico aos principais processos de sequestro e emissão de carbono na bacia, a fim de entender como o ciclo do carbono é afetado pelo ciclo hidrológico e quais os valores monetários relacionados a tais fluxos biogeoquímicos vinculados à captura de carbono na biomassa, na liteira e no solo. Os resultados do modelo denominado hidro-carbono revelam que há uma hierarquia em relação à prestação de serviços hidrológicos e do carbono, a qual é relacionada aos seguintes cenários, de maneira decrescente: Cerrado, sistema agroflorestal, pastagem com manejo, agricultura de plantio direto, pastagem sem manejo e agricultura convencional. Entende-se que os resultados monetários obtidos podem ser úteis para dar suporte aos mecanismos de compensação à proteção de sistemas produtores de água e carbono em bacias hidrográficas / Abstract: Agricultural production systems occupy large areas in river basins whose sustainability is affected by human interference on its biogeochemical cycles. Although food and energy production are important to human well-being, other goods and services are also fundamental to society. Water, for instance, is a production factor for industrial and agricultural sectors, and is also essential to household consumption placed in rural and urban areas. Thus, this research project studied how food and energy production systems affect the ecosystem services of water production and net carbon sequestration in Taquarizinho watershed. In order to do so, a deterministic model was used to simulate hydrological and carbon flows in areas occupied by agricultural activities, pastures and native vegetation. The model compares values of water and carbon-related ecosystem services (USD ha-1yr-1) over time under different land-use scenarios in Taquarizinho watershed: native savanna, agroforestry, conventional cropping system, no-tillage cropping system, degraded pastures and improved pasture management. The methodology used is in accordance to the emergy concept which makes possible ecosystem services valuation based on the ratio of energy inputs and mass outputs leaving the river basin. In the model, we coupled hydrological and carbon processes in order to understand how carbon cycle is affected by changes in land-use and hydrological processes. Results shown that there is an hierarchy related to water and carbon services provision, which is related to the following scenarios, in descending order: native savanna, agroforestry, improved pasture management, no-tillage cropping system, degraded pasture, and conventional cropping system. The results in this thesis may be useful to support public policy oriented to compensation mechanisms aimed at enhancing water and carbon-related ecosystem services at river basin level / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos