O cultivo de pinhão manso é indicado como uma opção multi-propósito já que além de ser utilizado como matéria-prima para produção de biodiesel, reduzindo as emissões de gases do efeito estufa (GEE) quando este biocombustível é utilizado em substituição aos combustíveis fósseis, também pode estocar C no solo. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o potencial de sequestro de C no solo em cultivos de pinhão manso, bem como as alterações na qualidade da matéria orgânica do solo (MOS). Para tanto, foram quantificados os estoques de C e N do solo e os fluxos de GEE em cultivos de pinhão manso. O cálculo das taxas de sequestro de C no solo foi efetuado pela diferença entre o acúmulo de C no solo e as emissões de GEE, expressos em C equivalente (C-eq). A qualidade da MOS foi avaliada por meio da análise isotópica, fracionamento físico, índice de manejo do C (IMC), grau de humificação (HFIL) e teores de C e N na biomassa microbiana. A conversão da vegetação nativa em agroecossistemas alterou a quantidade e composição da MOS nos biomas Cerrado, Mata Atlântica e Caatinga, especialmente nas camadas superficiais. O cultivo de pinhão manso manteve os teores e estoques de C e N do solo, independentemente do uso da terra anterior (pastagem, milho ou vegetação nativa), com tendência de aumento em função do tempo de cultivo da cultura. Adicionalmente, a análise isotópica do C e N demostrou que a partir de dois anos de cultivo do pinhão manso há mudanças na composição da MOS. As contribuições do C derivado dos resíduos vegetais do pinhão manso para o C total do solo atingiram 11,5% após 7 anos de cultivo, na camada 0-30 cm. O cultivo de pinhão manso aumentou os teores de C nas frações da MOS, o IMC e os teores de C e N da biomassa microbiana em função do tempo de implantação da cultura, o que evidencia o potencial de melhoria da qualidade da MOS desse sistema a longo prazo. O HFIL foi menor nas áreas de pinhão manso em relação à vegetação nativa, indicando que os incrementos nos teores de C nessas áreas estão associados ao aumento da matéria orgânica menos estável e que a preservação seletiva não é o principal mecanismo de acumulação de C em solos sob pinhão manso. Os fatores de emissão de N2O variaram de 0,21 a 0,46% para doses inferiores à 150 kg ha-1, sendo emitidos 0,0362 Mg ha-1 ano-1 de C-eq quando aplicada a dose média usual no cultivo de pinhão manso (75 kg ha-1 ano-1). O balanço anual entre o acúmulo de C no solo e a emissão dos GEE mostrou que o cultivo de pinhão manso por 7 anos produz saldo positivo, que significou um sequestro de 0,6 Mg ha-1 ano-1 em C-eq. O presente estudo é pioneiro no Brasil e os resultados gerados nesta pesquisa são base para a análise de ciclo de vida do pinhão manso como matéria prima para a produção de biodiesel. / Jatropha cultivation is pointed as a multipurpose option whether is used for biodiesel production reducing greenhouse gases (GHG) emissions when replaces the need for fossil fuels, and also for storing C in the soil. The overall objective of this work was to evaluate the C sequestration potential of soil cultivated with Jatropha, as well as the variations in soil organic matter (SOM) quality. Therefore, C and N stocks were determined and GHG fluxes were measured in Jatropha cultivation. The difference between results from soil C storage and GHG emissions were used to calculate the C sequestration rates, defined as the C-equivalent (C-eq). SOM quality was assessed by isotopic analysis, physical fractioning, C management index (CMI), humufication degree (HFIL) and microbial C and N content. Land use change from native vegetation to agroecosystems altered the amount and composition of soil organic matter located in biomes of Cerrado, Atlantic Forest and Caatinga, especially within the surface layers. Jatropha cultivation preserved soil N and C stocks and contents, regardless of previous land use management (pasture, maize or native vegetation), proning to increase with cultivation time. Additionally, the isotopic analysis of C and N showed changes in SOM after two years with Jatropha cultivation. After 7 years of cultivation, the contribution of carbon derived from Jatropha residues to the total amount of the element stored within the 0-30 cm layer of soil reached 11.5%. The Jatropha cultivation increased the C contents in SOM, the CMI and microbial C and N contents along with cultivation time, which highlights the potential of Jatropha cultivation to improve SOM quality in the long term. HFIL of the areas with Jatropha cultivation showed lower values compared to the native vegetation. This indicates the increments of C contents for the areas planted with Jatropha are associated to the increase of the less stable portion of SOM and that the selective preservation is not the main mechanism responsible for C accumulation in soils under Jatropha cultivation. The N2O emission factors ranged from 0.21 to 0.46% for the doses up to 150 kg ha-1. Considering the average N fertilization rates applied annually in comercial Jatropha cultivation (75 kg ha-1 yr-1), the crop is responsible for the emission of 0.0362 Mg ha-1 yr-1 of C-eq. Moreover, the annual balance between soil C storage and GHG emission indicated that Jatropha cultivation for 7 years is able to contribute to the carbon sequestration accounting for 0.6 Mg ha- 1 yr-1 of C-eq stored in the soil. This study is pioneer in Brazil and the results generated in this research are basis for life cycle analysis of the Jatropha as a feedstock for biodiesel production in Brazil.

O cultivo de pinhão manso é indicado como uma opção multi-propósito já que além de ser utilizado como matéria-prima para produção de biodiesel, reduzindo as emissões de gases do efeito estufa (GEE) quando este biocombustível é utilizado em substituição aos combustíveis fósseis, também pode estocar C no solo. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o potencial de sequestro de C no solo em cultivos de pinhão manso, bem como as alterações na qualidade da matéria orgânica do solo (MOS). Para tanto, foram quantificados os estoques de C e N do solo e os fluxos de GEE em cultivos de pinhão manso. O cálculo das taxas de sequestro de C no solo foi efetuado pela diferença entre o acúmulo de C no solo e as emissões de GEE, expressos em C equivalente (C-eq). A qualidade da MOS foi avaliada por meio da análise isotópica, fracionamento físico, índice de manejo do C (IMC), grau de humificação (HFIL) e teores de C e N na biomassa microbiana. A conversão da vegetação nativa em agroecossistemas alterou a quantidade e composição da MOS nos biomas Cerrado, Mata Atlântica e Caatinga, especialmente nas camadas superficiais. O cultivo de pinhão manso manteve os teores e estoques de C e N do solo, independentemente do uso da terra anterior (pastagem, milho ou vegetação nativa), com tendência de aumento em função do tempo de cultivo da cultura. Adicionalmente, a análise isotópica do C e N demostrou que a partir de dois anos de cultivo do pinhão manso há mudanças na composição da MOS. As contribuições do C derivado dos resíduos vegetais do pinhão manso para o C total do solo atingiram 11,5% após 7 anos de cultivo, na camada 0-30 cm. O cultivo de pinhão manso aumentou os teores de C nas frações da MOS, o IMC e os teores de C e N da biomassa microbiana em função do tempo de implantação da cultura, o que evidencia o potencial de melhoria da qualidade da MOS desse sistema a longo prazo. O HFIL foi menor nas áreas de pinhão manso em relação à vegetação nativa, indicando que os incrementos nos teores de C nessas áreas estão associados ao aumento da matéria orgânica menos estável e que a preservação seletiva não é o principal mecanismo de acumulação de C em solos sob pinhão manso. Os fatores de emissão de N2O variaram de 0,21 a 0,46% para doses inferiores à 150 kg ha-1, sendo emitidos 0,0362 Mg ha-1 ano-1 de C-eq quando aplicada a dose média usual no cultivo de pinhão manso (75 kg ha-1 ano-1). O balanço anual entre o acúmulo de C no solo e a emissão dos GEE mostrou que o cultivo de pinhão manso por 7 anos produz saldo positivo, que significou um sequestro de 0,6 Mg ha-1 ano-1 em C-eq. O presente estudo é pioneiro no Brasil e os resultados gerados nesta pesquisa são base para a análise de ciclo de vida do pinhão manso como matéria prima para a produção de biodiesel. / Jatropha cultivation is pointed as a multipurpose option whether is used for biodiesel production reducing greenhouse gases (GHG) emissions when replaces the need for fossil fuels, and also for storing C in the soil. The overall objective of this work was to evaluate the C sequestration potential of soil cultivated with Jatropha, as well as the variations in soil organic matter (SOM) quality. Therefore, C and N stocks were determined and GHG fluxes were measured in Jatropha cultivation. The difference between results from soil C storage and GHG emissions were used to calculate the C sequestration rates, defined as the C-equivalent (C-eq). SOM quality was assessed by isotopic analysis, physical fractioning, C management index (CMI), humufication degree (HFIL) and microbial C and N content. Land use change from native vegetation to agroecosystems altered the amount and composition of soil organic matter located in biomes of Cerrado, Atlantic Forest and Caatinga, especially within the surface layers. Jatropha cultivation preserved soil N and C stocks and contents, regardless of previous land use management (pasture, maize or native vegetation), proning to increase with cultivation time. Additionally, the isotopic analysis of C and N showed changes in SOM after two years with Jatropha cultivation. After 7 years of cultivation, the contribution of carbon derived from Jatropha residues to the total amount of the element stored within the 0-30 cm layer of soil reached 11.5%. The Jatropha cultivation increased the C contents in SOM, the CMI and microbial C and N contents along with cultivation time, which highlights the potential of Jatropha cultivation to improve SOM quality in the long term. HFIL of the areas with Jatropha cultivation showed lower values compared to the native vegetation. This indicates the increments of C contents for the areas planted with Jatropha are associated to the increase of the less stable portion of SOM and that the selective preservation is not the main mechanism responsible for C accumulation in soils under Jatropha cultivation. The N2O emission factors ranged from 0.21 to 0.46% for the doses up to 150 kg ha-1. Considering the average N fertilization rates applied annually in comercial Jatropha cultivation (75 kg ha-1 yr-1), the crop is responsible for the emission of 0.0362 Mg ha-1 yr-1 of C-eq. Moreover, the annual balance between soil C storage and GHG emission indicated that Jatropha cultivation for 7 years is able to contribute to the carbon sequestration accounting for 0.6 Mg ha- 1 yr-1 of C-eq stored in the soil. This study is pioneer in Brazil and the results generated in this research are basis for life cycle analysis of the Jatropha as a feedstock for biodiesel production in Brazil.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:24:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Adriana R da Costa.pdf: 1069791 bytes, checksum: 743805ac385dad30c9c493e611823930 (MD5) Previous issue date: 2011-02-24 / The loss of nitrogen from the soil-plant system has economic and environmental repercussions, especially when nitrous oxide is emitted to the atmosphere. The aim of this study was to evaluate the emission of nitrous oxide (N2O) in the production system of irrigated commom beans under no-tillage, with brachiaria grass as cover plant (green manure), as affected by the application of different N sources. The experiment was conducted at Embrapa Rice and Beans, in a clayey Haplic Ferralsol. Six areas planted with common beans in no-till system, with sprinkler irrigation, center pivot, were evaluated in the fall/winter period of 2009. In each area (150 m2) a different source on N (treatments) was applied. The total area of the study was 1000 m2. The treatments were: no N (control), urea, ammonium sulfate (A.S.), urea + urease inhibitor (Ur.+Inhi.), urea combined with charcoal (Ur.+Car.), biological fixation nitrogen (B.F.N.), Cerrado (Cer). One hundred kg of N ha-1 was applied in all areas: 20% at sowing together with the seed at the same depth and 80% as top dressing, 25 days after planting. Periods, whose N2O fluxes were more important, were selected for more detailed study, including soil biological variables. The N2O concentration was determined by gas chromatography. Concurrently, soil moisture, temperature, water filled pore space (WFPS), pH and parameters related to the microbial biomass were also measured. The variables that influence soil N2O fluxes during the growing cycle of the bean are: the levels of nitrate in the soil, pH, moisture and WFPS, indicating conditions that favor the denitrification process. The highest emissions of N2O, occur in the following treatments: urea with urease inhibitor, biological nitrogen fixation and urea associated with charcoal, 70%, 36% and 32% higher then that observed in the control, respectively. The emission factors observed in this study are below the lowest levels suggested by IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). After fertilization at sowing, the variables that control the emission of N2O are basal respiration, microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN), total organic carbon (TOC), soil moisture and WFPS. The charcoal combined with urea provides better conditions for microorganisms, increasing MBC and microbial quocient. After topdressing N2O fluxes are lower than at sowing, possibly due to higher N losses through volatilization or increased demand for N by the plant and consequent higher N uptake by plants. The ammonium sulfate source shows the highest N2O fluxes in this period. The variables that control N2O emission in this period are: MBN, pH, moisture and WFPS. During the senescence of the bean plants urea combined with urease inhibitor and biological fixation nitrogen are the treatments that most emitt N2O. The variables that controll the fluxes are soil temperature and TOC. / A perda de nitrogênio no sistema solo-planta tem repercussões econômicas e ambientais, especialmente quando óxidos de nitrogênio são emitidos para a atmosfera. O objetivo deste estudo foi avaliar a emissão de óxido nitrosos (N2O) em sistema de produção de feijoeiro comum irrigado em sistema plantio direto, sobre palhada de braquiária, com aplicação de diferentes fontes de nitrogênio (N), bem como as variáveis ambientais e do solo que condicionam esta emissão. O experimento foi conduzido na Embrapa Arroz e Feijão, num Latossolo Vermelho distrófico argiloso. Foram avaliadas seis áreas de cultivo de feijoeiro comum, em sistema plantio direto, sobre palhada de braquiária, irrigado por aspersão via pivô central, no outono/inverno de 2009. A área de cada tratamento foi de 150 m2. A área total do estudo foi de 1000 m2. Os tratamentos foram: Sem N (testemunha); Uréia; Sulfato de amônio (S.A.); Uréia tratada com inibidor de urease (Ur.+ Inib.); Uréia combinada com carvão vegetal (Ur.+Car.); Fixação biológica de nitrogênio (F.B.N.); Cerradão (Cer) como referência. Foram aplicados 100 kg ha-1 de N: 20% na linha de semeadura e 80% em cobertura, a lanço, 25 dias após plantio. Selecionaram-se períodos, cujos fluxos de N2O apresentaram maior relevância, para que fosse realizado um estudo mais detalhado, incluindo variáveis biológicas do solo. A concentração de N2O foi determinada por cromatografia gasosa. Concomitantemente, realizou-se amostragem de solo para verificação da temperatura, espaço poroso saturado por água (EPSA), pH e parâmetros referentes a biomassa microbiana. As variáveis de solo que mais influenciam os fluxos de N2O, durante o ciclo do feijoeiro, são os teores de nitrato no solo, pH e EPSA, cujas condições favorecem o processo de desnitrificação, no sistema de produção irrigada em plantio direto. As maiores emissões totais de N2O, ocorrem nos seguintes tratamentos: uréia com inibidor de urease, fixação biológica de nitrogênio e uréia associada ao carvão vegetal, sendo 70%, 36% e 32% maior que o observado na testemunha, respectivamente. Os fatores de emissão observados neste estudo estão abaixo dos menores níveis sugeridos pelo IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Após adubação no sulco, as variáveis que controlam a emissão de N2O são respiração basal, carbono da biomassa microbiana (CBM), nitrogênio da biomassa microbiana (NBM), carbono orgânico total (COT) e EPSA. O carvão vegetal combinado com uréia proporciona melhores condições aos microrganismos, elevando índices como o CBM e o quociente microbiano. Após a adubação de cobertura os fluxos de N2O são menores que na semeadura, talvez devido a maiores perdas de N por volatilização e maior demanda pela planta por N, sendo o sulfato de amônio a fonte que mais emitiu N2O. As variáveis que controlam a emissão de N2O neste período são o NBM, o pH do solo e o EPSA. No período de senescência do feijoeiro as fontes uréia combinada com inibidor de urease e a fixação biológica de nitrogênio são as que mais emitem N2O, sendo as variáveis que controlam este período de emissão, a temperatura do solo e o COT.