Em função do tamanho do rebanho bovino e do sistema extensivo de produção, o Brasil produz uma significativa quantidade de gases de efeito estufa (GEE), principalmente de metano (CH4). O aumento das emissões desses gases pode elevar a temperatura do planeta, com conseqüências ambientais imprevisíveis e potencialmente negativas. Porém, a emissão de CH4 varia em função do sistema de produção, da ingestão de matéria seca, da digestibilidade da dieta e das características animais. As emissões de CO2 a partir de combustíveis fósseis também variam em função das tecnologias de produção utilizadas. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo que permitisse estimar a emissão de CH4 e outros GEE pela pecuária de corte. Este modelo foi utilizado para avaliar o impacto de diferentes sistemas de produção. As fontes de GEE dos animais consideradas no modelo foram o CH4 proveniente da fermentação entérica e o óxido nitroso (N2O) originário do N da urina e das fezes. Foi considerado o CO2 proveniente da fabricação, transporte e distribuição dos insumos necessários à produção dos alimentos utilizado no pasto e no confinamento, bem como o N2O resultante do uso de fertilizantes nitrogenados. As entradas do modelo incluíram área, curva de produtividade e de qualidade da forragem, eficiência de pastejo, produtividade do milho para silagem e grão e os índices zootécnicos do rebanho. Foram utilizadas equações para estimativa da produção de metano em função da qualidade do alimento e do consumo de cada categoria do rebanho. O consumo, ganho de peso e índices zootécnicos são calculados em função da quantidade e qualidade dos pastos e suplementos. Simularam-se 3 sistemas de produção de ciclo completo sempre em uma unidade de produção de 1000 ha totais e 800ha úteis: sistema representando os índices da média brasileira (MB); sistema denominado intensivo a pasto (IP); e sistema intensivo a pasto incorporando à terminação em confinamento (IPC). No sistema MB as produções anuais de CH4 e CO2 equivalente total (CO2-eq) foram respectivamente de 30.740 e 783.283 kg, no sistema IP de 53.085 e 1.353.426 kg e no sistema IPC de 54.274 e 1.382.774 kg. A maior produção de metano e GEE totais nos sistemas mais intensivos são função da maior produtividade vegetal, maior capacidade de suporte e maior uso de insumos. As produções anuais estimadas de carne nos sistemas MB, IP e IPC foram respectivamente de 39.401, 95.942 e 115.294 kg de carcaça. Consequentemente, as produções de CO2-eq totais por unidade de carcaça produzida foram de 19,9, 14,1 e 12,3 kg de carcaça por kg de CO2-eq respectivamente para os sistemas MB, IP e IPC. O modelo demonstra que a produção de CH4 e CO2 equivalente totais por unidade de área aumentam, porém há redução de 29 e 12% nas emissões de GEE por unidade de carne produzida nos sistemas intensificados, IP e IPC respectivamente. A produção de grãos resulta em maiores emissões de GEE provenientes de combustíveis fósseis. Entretanto, o uso estratégico dos grãos na fase final de terminação aumenta a produtividade do sistema de forma a reduzir a produção de metano por unidade de carne e reduzir o impacto desta atividade sobre o clima. / Due to the size of the cattle herd Brazil produces a significant amount of greenhouse gases (GHG), mainly methane (CH4). Increasing emissions of greenhouse gases can raise the temperature of the earth, with potentially negative yet unpredictable environmental consequences. The emission of CH4 varies depending on dry matter intake, diet digestibility and animal characteristics. The aim of this work was to develop a model to estimate the emissions of CH4 and other greenhouse gases for different beef cattle production systems. Sources of GHG considered in the model were CO2, CH4 from enteric fermentation and nitrous oxide (N2O). The CO2 from manufacturing, transport and distribution of inputs were considered in the model, as was the N2O resulting from nitrogen fertilizers use. The inputs include area, forage productivity and quality curves, grazing efficiency, productivity of corn silage and corn grain and herd reproductive and productive parameters. Equations were used to estimate the methane production according to food quality and intake of each herd category. Three production systems from calving to slaughter were simulated in a total farm area of 1000 ha with 800 ha of effective production: a) a system representing the average Brazilian productivity averages (MB); b) a system representing an intensive grazing (IP); c) the same intensive grazing system using a short-term feedlot finishing period (IPC).The annual production of CH4 and CO2 were 30.740 and 783.283 kg for the MB system; 53.085 and 1.353.426 kg for the IP system and 54.274 and 1.382.774 kg for the IPC system. The higher total production of CH4 and GHG in intensive systems is expected due to higher crop productions and use of inputs. Production of MB, IP and IPC systems were 39.401, 95.942 and 115.294 kg of carcass, respectively. The total CO2-eq productivity by unit of carcass were 19,9, 14,1, 12,3 kg of carcass per kg of CO2-eq. The model demonstrates that CH4 and CO2-eq production per unit of area increase, however there is a reduction of 29 and 12% in GHG emissions per unit of meat produced in the intensified systems, IP and IPC respectively. Grain production results higher GHG emissions, due to the use of fossil fuels. However, the strategic use of grains for finishing results in large increases in productivity, reducing methane production per unit of meat. This may allow for a reduction in the impact of this activity on the climate.

Submitted by Francine Silva (francine.silva@unipampa.edu.br) on 2019-03-25T14:21:04Z No. of bitstreams: 1 Fluxo de gases de efeito estufa em solos do pampa gaúcho sob Silvicultura.pdf: 731174 bytes, checksum: dbbab000c0161ef5446f57a10d836639 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-03-25T14:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fluxo de gases de efeito estufa em solos do pampa gaúcho sob Silvicultura.pdf: 731174 bytes, checksum: dbbab000c0161ef5446f57a10d836639 (MD5) Previous issue date: 2013-12-12 / A região do Pampa Gaúcho está passando por modificação do tipo de uso do solo, com a inserção da silvicultura em solos de pastagens ou agricultura. No entanto, pouco se conhece sobre o impacto que tal mudança implica no fluxo dos Gases de Efeito Estufa (GEE) nessa região, especialmente em relação aos fluxos de metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) do solo. Este estudo teve como objetivo principal avaliar a inserção da silvicultura, com Acacia mearnsii De Wild e Eucalyptus saligna, em áreas de campo nativo e o seu efeito no fluxo CH4 e N2O do solo, e determinar os principais fatores de solo que governam os fluxos destes gases. Dois experimentos foram realizados durante o período de um ano, em povoamentos de Acacia mearnsii De Wild avaliando quatro tratamentos: Acácia (AM), Acácia com retirada manual de serrapilheira (A-s), Acácia recém colhida (AC) e campo nativo (CN); e de Eucalyptus saligna avaliando cinco tratamentos: Eucalipto com quatro anos (E4), Eucalipto com quatro anos com retirada manual da serrapilheira (E4-s), Eucalipto com dois anos (E2), Mata Nativa (MN) e Campo Nativo (CN), utilizando o campo nativo como tratamento de referência. As amostras de ar foram coletadas quinzenalmente pelo método de câmaras estáticas e os teores dos gases foram determinados por cromatografia gasosa. Em cada evento de amostragem de ar, foram avaliados a umidade e os teores de nitrogênio mineral do solo, coletada a serrapilheira e monitorada a temperatura do solo e do ar dentro da câmara. A inserção tanto do eucalipto como de acácia não alterou significativamente os fluxos de CH4 e N2O do solo em relação ao campo nativo adjacente a cada floresta. Os fluxos de N2O foram geralmente baixos, com a maioria dos valores entre –5 e 30 μg N m-2 h-1, provavelmente favorecidas pela baixa precipitação do período avaliado e dos baixos teores de nitrogênio mineral do solo. Houve predomínio de oxidação de CH4 nos solos sob silvicultura no período avaliado, em magnitude similar ao campo nativo. O solo sob eucalipto com dois anos tendeu a emitir mais N2O do que com quatro anos. A colheita da acácia promoveu aumento da emissão de N2O, provavelmente decorrente da maior disponibilidade de nitrogênio mineral no solo para os processos de nitrificação e desnitrificação. Em relação ao CH4, a maior emissão coincidiu com os períodos de temperatura do solo mais elevada, o que é coerente com o aumento da atividade biológica, principalmente em áreas com menor cobertura vegetal. Os teores de carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT) do solo sob eucalipto e acácia não diferiram significativamente do campo nativo para a ampla maioria das camadas avaliadas. Somado aos baixos fluxos de CH4 e N2O da silvicultura, o sequestro de carbono via biomassa vegetal e produtos madeireiros sugerem que a mudança de uso do solo com inserção de silvicultura seja uma opção efetiva para a mitigação dos GEE e aumento do sequestro de carbono em áreas da região do Pampa Gaúcho. / The soil use in the region of the Pampa Gaúcho has been modified by of forestation in soils previously used for agriculture or grazing. However, little is known about the impact of this change on greenhouse gases (GHG) fluxes in the soil in that region, mainly regarded to the methane (CH4) and nitrous oxide (N2O). This study aimed to evaluate the effect of the conversion of native grassland to forestry, with Acacia mearnsii De Wild and Eucalyptus saligna, in the Pampa Gaúcho on the soil CH4 and N2O fluxes, besides determining the soil variables that govern these fluxes. Two experiments were conducted for one year, in plantations of Acacia mearnsii De Wild evaluating four treatments: Acacia (AM), Acacia with manual litter removal (A-s), Acacia recently harvested (AH) and native grassland (NG); and Eucalyptus saligna evaluating five treatments: four–year Eucalyptus plantation (E4), four– year Eucalyptus plantation with manual litter removal (E4-l), two–year Eucalyptus plantation (E2), Native forest (NF) and Native grassland (NG), using the native grassland as reference treatment. The air samples were taken biweekly by the method of static chambers and gas concentrations were determined by gas chromatography. In each sampling event, we evaluated the soil moisture and mineral nitrogen content, deposition of litter and monitored the soil and chamber air temperature. The forestation with both eucalyptus and acacia did not alter significantly the soils fluxes of CH4 and N2O in comparison to the native grassland adjacent to each forest. The N2O flux are generally low, with most values ranging from –5 to 30 μg N m-2 h-1, probably favoured by the low rainfall and soil mineral nitrogen levels during the evaluated period. Similarly magnitude to the soil under native grassland, CH4 oxidation predominated in forested soils in the period of the experiment. The soil with two-year old eucalyptus plantation tended to emit more N2O than the four-year plantation. The harvest of acacia increased the soil N2O emission, likely due to the larger availability of mineral N in the soil for the nitrification and denitrification processes. With respect to CH4, the largest emission coincided with periods of higher soil temperature, which is coherent herewith increased of the biological activity, especially in areas with less vegetation cover. The contents of total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) in soils with eucalyptus and acacia were not significantly different from those observed in native grassland soil for most layers. The low CH4 and N2O emissions from forestry added to the carbon sequestration in the plant biomass and wood products suggests that the change of land use for forestation is an effective option for mitigating the GHG emissions and for increasing the carbon sequestration in areas such as the Pampa Gaúcho.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-04-18T18:54:16Z No. of bitstreams: 1 2012 - Abmael da Silva Cardoso.pdf: 1600160 bytes, checksum: 714351549deda5ed89c5e1ae3f665e30 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T18:54:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012 - Abmael da Silva Cardoso.pdf: 1600160 bytes, checksum: 714351549deda5ed89c5e1ae3f665e30 (MD5) Previous issue date: 2012-01-27 / CAPES / The production of beef cattle in Brazil is responsible for much of the anthropogenic emission of greenhouse gases (GHG) emissions, especially methane from enteric fermentation and nitrous oxide from animal excretion. Changes in pasture management cattle diets may reflect a reduction in greenhouse gas emissions per unit of product produced. The objectives of this study were to simulate the effect of emission of greenhouse gases at different levels of intensification of beef production in Brazil, applying appropriate emission factors, and to assess the effect of changes in soil carbon stocks on the carbon balance. Four scenarios were established: number 1 - animals spent the entire cycle in areas of degraded pastures and extensive system; 2 - the animals spent the entire cycle on improved pastures but under an extensive system; 3 - the animals were raised on extensive improved pastures and supplemented in growing and fattening systems; and 4 - the animals were raised on pastures with intensive finishing in feedlots. The estimates of the GHG emissions were based on Brazilian studies of the zootecnic characteristics for each scenario. Using the methodology of the IPCC Tier 2 in the Scenario 2, the annual amount of CO2 emitted per carcass produced was 35.47 % lower than scenario 1; less than 18.85% in scenario 3 compared to scenario 2; and 19.6% lower in scenario 4 compared to scenario 3. Thus the intensification of production systems reduced the carbon emission per unit of product. Among the different factors used to compute the GHG balance, the application of Brazilian originated factors showed lower emissions per kg of product, and the methodology that uses the level of detail 2 of IPCC the highest. When the carbon sequestered by the soil was included in the balance, the mitigation values increase to 83.92% when comparing scenario 1 with 4, pointing to an even greatest mitigation potential per unit of product. The association between intensification and pasture recovery with carbon sequestration by soil presented a mitigation potential from 14.91 to 83.92% of emissions per unit of product. / A produ??o de bovinos de corte ? respons?vel no Brasil por grande parte da emiss?o de gases de efeito estufa (GEE), especialmente metano pela fermenta??o ent?rica dos animais e ?xido nitroso pela excre??o. Mudan?as no manejo e alimenta??o de animais bovinos podem repercutir numa redu??o das emiss?es destes gases por unidade de produto produzida. O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito da emiss?o de gases de efeito estufa em diferentes n?veis de intensifica??o da pecu?ria de corte no Brasil aplicando diferentes fatores de emiss?o, bem como avaliar o efeito do sequestro de carbono sobre o balan?o de carbono. Quatro cen?rios foram estabelecidos: no primeiro os animais passavam todo o ciclo em ?reas com pastagens degradadas e sistema extensivo; no segundo os animais tinham o ciclo completo em pastagens resolutivas e sistema extensivo; no terceiro os animais eram criados em sistema extensivo em pastagens melhoras e com suplementa??o na recria e engorda; e no quarto sistema os animais eram criados em pastagens manejadas intensivamente com engorda em confinamento. A emiss?o de GEE para cada cen?rio foi calculada em fun??o das caracter?sticas zoot?cnicas e com base em estudos nacionais. Foi utilizada a metodologia do IPCC Tier 2 para o Cen?rio 2, a quantidade anual de CO2 emitido por carca?a produzida foi 35,47% menos em rela??o ao cen?rio 1, menos 18,85% no cen?rio 3 em rela??o ao cen?rio 2, e 19,6% menos no cen?rio 4 em rela??o ao cen?rio 3. Portanto a intensifica??o da bovinocultura de corte reduz a pegada de carbono da carne bovina. Entre os diferentes fatores usados para o balan?o de GEE o com fatores nacionais apresentou menor emiss?o por quilo de produto, e o m?todo com o n?vel de detalhamento 2 do IPCC a maior emiss?o. Quando inclusos os valores de carbono sequestrado pelo solo no balan?o, os valores de mitiga??o aumentaram para 83,92% entre o cen?rio 1 e 4, apontando para um potencial de mitiga??o ainda maior por unidade de produto. A associa??o entre intensifica??o e recupera??o das pastagens com sequestro de carbono pelo solo apresentou potencial de mitiga??o entre 14,91 e 83,92% das emiss?es por unidade de produto.

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-07T23:21:07Z No. of bitstreams: 1 111010005.pdf: 731177 bytes, checksum: 3340e7380683d381f6e08622380ed7db (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T23:21:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 111010005.pdf: 731177 bytes, checksum: 3340e7380683d381f6e08622380ed7db (MD5) Previous issue date: 2012-12-12 / A região do Pampa Gaúcho está passando por modificação do tipo de uso do solo, com a inserção da silvicultura em solos de pastagens ou agricultura. No entanto, pouco se conhece sobre o impacto que tal mudança implica no fluxo dos Gases de Efeito Estufa (GEE) nessa região, especialmente em relação aos fluxos de metano (CH 4 ) e óxido nitroso (N 2 O) do solo. Este estudo teve como objetivo principal avaliar a inserção da silvicultura, com Acacia mearnsii De Wild e Eucalyptus saligna, em áreas de campo nativo e o seu efeito no fluxo CH 4 e N 2 O do solo, e determinar os principais fatores de solo que governam os fluxos destes gases. Dois experimentos foram realizados durante o período de um ano, em povoamentos de Acacia mearnsii De Wild avaliando quatro tratamentos: Acácia (AM), Acácia com retirada manual de serrapilheira (A-s), Acácia recém colhida (AC) e campo nativo (CN); e de Eucalyptus saligna avaliando cinco tratamentos: Eucalipto com quatro anos (E4), Eucalipto com quatro anos com retirada manual da serrapilheira (E4-s), Eucalipto com dois anos (E2), Mata Nativa (MN) e Campo Nativo (CN), utilizando o campo nativo como tratamento de referência. As amostras de ar foram coletadas quinzenalmente pelo método de câmaras estáticas e os teores dos gases foram determinados por cromatografia gasosa. Em cada evento de amostragem de ar, foram avaliados a umidade e os teores de nitrogênio mineral do solo, coletada a serrapilheira e monitorada a temperatura do solo e do ar dentro da câmara. A inserção tanto do eucalipto como de acácia não alterou significativamente os fluxos de CH 4 e N 2 O do solo em relação ao campo nativo adjacente a cada floresta. Os fluxos de N 2 O foram geralmente baixos, com a maioria dos valores entre –5 e 30 μg N m -2 h -1 , provavelmente favorecidas pela baixa precipitação do período avaliado e dos baixos teores de nitrogênio mineral do solo. Houve predomínio de oxidação de CH 4 nos solos sob silvicultura no período avaliado, em magnitude similar ao campo nativo. O solo sob eucalipto com dois anos tendeu a emitir mais N 2 O do que com quatro anos. A colheita da acácia promoveu aumento da emissão de N 2 O, provavelmente decorrente da maior disponibilidade de nitrogênio mineral no solo para os processos de nitrificação e desnitrificação. Em relação ao CH 4 , a maior emissão coincidiu com os períodos de temperatura do solo mais elevada, o que é coerente com o aumento da atividade biológica, principalmente em áreas com menor cobertura vegetal. Os teores de carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT) do solo sob eucalipto e acácia não diferiram significativamente do campo nativo para a ampla maioria das camadas avaliadas. Somado aos baixos fluxos de CH 4 e N 2 O da silvicultura, o sequestro de carbono via biomassa vegetal e produtos madeireiros sugerem que a mudança de uso do solo com inserção de silvicultura seja uma opção efetiva para a mitigação dos GEE e aumento do sequestro de carbono em áreas da região do Pampa Gaúcho. / The soil use in the region of the Pampa Gaúcho has been modified by of forestation in soils previously used for agriculture or grazing. However, little is known about the impact of this change on greenhouse gases (GHG) fluxes in the soil in that region, mainly regarded to the methane (CH 4 ) and nitrous oxide (N 2 O). This study aimed to evaluate the effect of the conversion of native grassland to forestry, with Acacia mearnsii De Wild and Eucalyptus saligna, in the Pampa Gaúcho on the soil CH 4 and N 2 O fluxes, besides determining the soil variables that govern these fluxes. Two experiments were conducted for one year, in plantations of Acacia mearnsii De Wild evaluating four treatments: Acacia (AM), Acacia with manual litter removal (A-s), Acacia recently harvested (AH) and native grassland (NG); and Eucalyptus saligna evaluating five treatments: four–year Eucalyptus plantation (E4), four– year Eucalyptus plantation with manual litter removal (E4-l), two–year Eucalyptus plantation (E2), Native forest (NF) and Native grassland (NG), using the native grassland as reference treatment. The air samples were taken biweekly by the method of static chambers and gas concentrations were determined by gas chromatography. In each sampling event, we evaluated the soil moisture and mineral nitrogen content, deposition of litter and monitored the soil and chamber air temperature. The forestation with both eucalyptus and acacia did not alter significantly the soils fluxes of CH 4 and N 2 O in comparison to the native grassland adjacent to each forest. The N 2 O flux are generally low, with most values ranging from –5 to 30 μg N m -2 h -1 , probably favoured by the low rainfall and soil mineral nitrogen levels during the evaluated period. Similarly magnitude to the soil under native grassland, CH 4 oxidation predominated in forested soils in the period of the experiment. The soil with two-year old eucalyptus plantation tended to emit more N 2 O than the four-year plantation. The harvest of acacia increased the soil N 2 O emission, likely due to the larger availability of mineral N in the soil for the nitrification and denitrification processes. With respect to CH 4 , the largest emission coincided with periods of higher soil temperature, which is coherent herewith increased of the biological activity, especially in areas with less vegetation cover. The contents of total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) in soils with eucalyptus and acacia were not significantly different from those observed in native grassland soil for most layers. The low CH 4 and N 2 O emissions from forestry added to the carbon sequestration in the plant biomass and wood products suggests that the change of land use for forestation is an effective option for mitigating the GHG emissions and for increasing the carbon sequestration in areas such as the Pampa Gaúcho.

Sistemas silvipastoris (SSPs) apresentam potencial para amenizar o problema do aquecimento global, pelo sequestro de CO2 atmosférico, principalmente na biomassa vegetal. Entretanto, se faz necessário estudar nestas áreas os fluxos de metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) do solo, para se ter uma melhor compreensão da dinâmica destes gases no sistema solo-atmosfera. Este estudo teve como objetivo principal avaliar os fluxos de N2O e CH4 em um solo sob implantação de um sistema silvipastoril com a espécie arbórea leguminosa nativa Parapiptadenia rigida em campo nativo do bioma Pampa e determinar um fator de emissão (FE) de N2O para esta consorciação. O experimento foi conduzido em um Argissolo Vermelho anteriormente utilizado com pastagem nativa no município de São Gabriel, RS, Brasil. Para isso, mudas de P. rigida forram plantadas em outubro de 2012 em delineamento experimental de blocos ao acaso, com parcelas subdivididas. Os tratamentos nas parcelas principais foram: T1: campo nativo (NG); T2: NG + P. rigida com arranjo espacial de 2 x 4 m; e T3: NG + P. rigida com arranjo espacial de linhas duplas 6 x (2 x 2) m. A subdivisão das parcelas (18 x 30 m) constituiu a presença ou ausência de adubação mineral anual (NPK) das forrageiras nativas.Os fluxos de gases de efeito estufa do solo foram coletados a cada quinze dias ou após eventos de fertilização, no decorrer do ano de 2014, através de câmaras estáticas, com seis repetições. As concentrações de N2O e CH4 foram determinadas por cromatografia gasosa. Concomitantemente a cada coleta dos gases foi coletado amostras de solo (0-5 cm) para análise do teor de N-mineral e monitoramento das variáveis climáticas. Os resultados foram submetidos à análise de variância e teste de Tukey para comparação das médias (P <0,10). As taxas de fluxo diário de CH4 e N2O permaneceram baixa durante o período avaliado, variando de -18,3 para 23,1 μg N2O_N m-2 h-1 e de -40 a 105 μg CH4_C m-2 h-1. A Fertilização mineral elevou a emissão acumulada (P <0,10) apenas para o N2O. Foram observados dois picos de emissão de N2O concomitantemente com o aumento do teor de nitrogênio mineral (NO3- e NH4 +) no solo proporcionado pela adubação mineral. Foi encontrado um FE de N2O de 0,26%, menor que o indicado pelo IPCC para a prática de adubação mineral de pastagens, o qual é de 1%. As maiores taxas de emissões diárias de CH4, por sua vez, coincidiram com aumentos na umidade e temperatura do solo. Assim, a introdução de árvores de P. rigida em campo nativo não alterou significativamente os fluxos de CH4 e N2O do solo, independentemente do espaçamento de plantio após dois anos de plantio das arvores. / Silvopastoral systems (SSPs) can mitigate global warming through atmospheric CO2 sequestration, mainly in plant biomass. However, few is known about their effect on nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) fluxes in the soil. This study aimed to evaluate N2O and CH4 fluxes in a soil with native grassland system afforested with native species of the leguminous tree Parapiptadenia rigida in the Brazilian Pampa and determine an N2O emission factor for this intercropping. The experiment was carried out in an Acrisol previously used with native grassland in São Gabriel, RS, Brazil, forested in October 2012. The experiment had a randomized block design, with split plots. Treatments in the main plots were: T1: native grassland (NG); T2: NG + P. rigida with spatial arrangement of 2 x 4 m; and T3: NG + P. rigida with spatial arrangement of double lines 6 x (2 x 2) m. The split plots (18 x 30 m) constituted the presence or absence of annual mineral fertilizer (NPK) for the native forages. Soil greenhouse gases were taken every fortnight or after fertilization events for one year (2014) through static chambers, with six replicates. Concentrations of N2O and CH4 were determined by gas chromatography, concomitantly to the monitoring of soil (0-5 cm) for the analysis of N-mineral content and climate variables. The results were submitted to analysis of variance and Tukey test to compare means (P<0.10). Daily flux rates of CH4 and N2O remained low during the evaluated period, ranging from -18.3 to 23.1 μg N2O_N m-2 h-1 and from -40 to 105 μg CH4_C m-2 h-1. Mineral fertilization increased the cumulated emission (P < 0.10) only for N2O. Two peaks of N2O emission were observed concomitantly to the increase of mineral nitrogen concentration (NO3- and NH4+) in soil due to mineral fertilization. Was found an emission factor (EF) of 0.26%, smaller than that indicated for the practice of N fertilization on pastures by the IPCC which is 1%. The largest emissions rates of CH4, in turn, coincided with raises in soil moisture and temperature. Thus, the introduction of P. rigida trees in natural grassland did not altered significantly the soil fluxes of CH4 and N2O, independently of their arrangement, after two years from the tree plantation.

The increasing atmospheric concentration of greenhouse gases (GHG) has direct consequences on humans and threatens the sustainability of natural and managed ecosystems. The European Union has set high targets for reducing their emissions by 80‐95% of the 1990 levels by 2050 and is working progressively to achieve these reductions. Legumes are an important group of crop species as they have the potential to reduce N2O emissions. Biogeochemical modelling can provide a valuable tool to explore options for mitigating GHG emissions and especially N2O from European agriculture by simulating novel legume based rotations. UK‐DNDC is a process based, biogeochemical model that can be used towards that goal. The model was tested for various regions in Europe and showed that it can simulate the N dynamics within crop rotations across a range of pedoclimatic zones. It is a useful tool in 1) identifying where and when high emissions occur, 2) highlighting the effects of the management practices on emissions and 3) exploring the impact of alternative managements on emissions. New rotations, which include legumes, have been proposed in order to assess the sustainability of the legumes in European agriculture and the effect that they will have on N2O production. Five regions in Europe, namely Sweden, Germany, Italy, Scotland and Romania, were selected in order to test the differences between legume based rotations and non‐legume based. These regions represent a wide range of pedo‐climatic zones in Europe. In most case studies, legumes showed that they can make an important contribution to mitigating N2O emissions. However, there were cases in which legumes enhanced the production of N2O. Modelling can help to understand system dynamics and it can also help to explore mitigation options for European agriculture in terms of N2O production. An important element of environmental modelling is to understand the uncertainty and sensitivity of model parameters in relation to the model outputs. The sensitivity testing of the model showed that clay content, initial soil organic carbon content and atmospheric background CO2 concentration are three key input parameters Nitrous oxide emissions were one of the results that showed great uncertainty in all the analyses. That highlights the challenges of the modelling activity for accurate N2O simulations in a dynamic ecosystem.

Beef cattle production is highly criticized because of the high use of land and water resources, and by the pollution (e.g., the gas methane in a cow’s breath and nitrogen in urine) produced by cows fed in feedlots. In contrast to feedlots diets and grasses, some plants (e.g., legumes) contain bioactive compounds (condensed tannins) that reduce pollution and enhance animal nutrition. In my research, I observed that cows grazing a tannin-containing legume (birdsfoot trefoil; BFT) had methane emissions similar to cows fed a feedlot ration with comparable weight gains. Cows in the BFT treatment gained more weight than cows grazing grass (meadow brome) or a legume without tannins (cicer milkvetch). Additionally, I estimated the potential areas in the state of Utah than can sustain birdsfoot trefoil production, with 412,250 ha distributed mostly in the Box elder, Cache, Millard and Sanpete counties. Thus, feeding tannin-containing legumes to cows is a viable alternative to feedlot rations, with greater levels of productivity than other pasture-based systems, which can lead to a more sustainable production of beef.

Greenhouse gases (GHGs) are a major global environmental concern, because their concentrations have continuously increased over the past few centuries, due to global population growth, fossil fuel dependency, and the Industrial Revolution. Since these gases are naturally occurring phenomena, they will never be completely eliminated. Efforts to reduce them span numerous scientific attempts, with minimal improvements in reducing their atmospheric concentrations. In agricultural land practices, greenhouse gases are common byproducts that affect the atmosphere and, potentially, the groundwater where livestock and fertilizers are key contributors. Little is known about the fate of such greenhouse gases in dissolved form, known as indirect greenhouse gases, especially (CH4 and N2O) in karst landscapes. At Crumps Cave, indirect greenhouse gases were analyzed for seasonal changes along with other geochemistry parameters to identify if anthropogenic land use effected greenhouse gases production in the epikarst and bedrock. This study revealed that CO2 flux is mainly controlled by natural vegetation and seasonal influences. In contrast, CH4 is produced and consumed continuously in the epikarst and bedrock, where decay of organic matter is the primary driver for seasonal change and temperature has little effect on methanogens and methanotrophs survival, because of their ability of adaptation to the environment. N2O, via the nitrogen cycle in which nitrification/denitrification occurs, is directly affected by land use during fertilizer application and crop rotation. Nitrates from the surface provide a nitrogen source for denitrification to occur and produce elevated N2O in the groundwater system, because residence time is decreased and dissolved oxygen is elevated. Indirect greenhouse gases are linked to karst groundwater systems, where they may be transported and stored in karst aquifers under agricultural land use practices through complex interactions of groundwater recharge, microbial activity, and seasonal land use variability.

Nitrous oxide (N2O) is an inexpensive and readily available non-toxic rocket motor oxidizer. It is the most commonly used oxidizer for hybrid bipropellant rocket systems, and several bipropellant liquid rocket designs have also used nitrous oxide. In liquid form, N2O is highly stable, but in vapor form it has the potential to decompose exothermically, releasing up to 1865 Joules per gram of vapor as it dissociates into nitrogen and oxygen. Consequently, it has long been considered as a potential "green" replacement for existing highly toxic and dangerous monopropellants. This project investigates the feasibility of using the nitrous oxide decomposition reaction as a monopropellant energy source for igniting liquid bipropellant and hybrid rockets that already use nitrous oxide as the primary oxidizer. Because nitrous oxide is such a stable propellant, the energy barrier to dissociation is quite high; normal thermal decomposition of the vapor phase does not occur until temperatures are above 800 C. The use of a ruthenium catalyst decreases the activation energy for this reaction to allow rapid decomposition below 400 C. This research investigates the design for a prototype device that channels the energy of dissociation to ignite a laboratory scale hybrid rocket motor.

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