Les sols et les activités agricoles qu’ils supportent, contribueraient à environ 2/3 des émissions globales de protoxyde d’azote (N2O), un puissant gaz à effet de serre. L’objectif de la thèse était la compréhension des déterminismes des émissions de N2O liés aux propriétés hydriques des sols. Des expérimentations de laboratoire permettant le contrôle hydrique fin d’échantillons de sol, en saturation et en désaturation, et la mesure des flux de N₂O ont été menées. Un couplage avec la tomographie par rayons-X a par ailleurs permis de caractériser la connectivité gazeuse. Enfin, une démarche de modélisation a permis de tester les hypothèses de fonctionnement émises, et de poursuivre la démarche de réflexion sur le lien entre les propriétés hydriques des sols et les émissions de N₂O. On a mis en évidence le rôle des propriétés hydriques des sols dans la variabilité des émissions de N₂O couramment observées, et la nécessité de distinguer des périodes de production/consommation de N₂O et de transport. On retiendra ainsi le fort caractère dynamique des émissions de N₂O, en lien avec la phase hydrique (saturation ou désaturation), le fonctionnement hydrodynamique des sols, le transport gazeux et la configuration spatiale de l’air et de l’eau dans le réseau de pores. Afin de décrire l’intensité et le timing des pics de N₂O, il est apparu pertinent d’observer les paramètres potentiel matriciel, coefficient de diffusion gazeuse et connectivité gazeuse, en plus de la teneur en eau. Ces observations ont des implications sur la modélisation des flux de N₂O. On recommande ainsi l’utilisation couplée de modules de transport hydrique, de transport gazeux et en solution de N₂O, en plus de modules de production microbiologique, pour prédire efficacement les émissions de N₂O. / Soils and associated agricultural activities are estimated to account for about 2/3 of the global emissions of nitrous oxide (N₂O), a potent greenhouse gas. The aim of the thesis was to understand the controls linked to soil hydric properties on N₂O emissions. Laboratory experiments were designed to control the hydric status of soil samples during wetting and drying, and to measure N₂O fluxes. Moreover, a coupling with X-ray computed tomography allowed characterizing the gaseous connectivity. Finally, a modeling approach allowed testing the hypotheses of functioning, and to further discuss the links between hydric properties and N₂O emissions. We highlighted the role of soil hydric properties on the variability of N₂O emissions which is often measured, and the need to distinguish N₂O production/consumption and transport phases. The highly dynamic nature of N₂O emissions was linked to the hydric phase (wetting or drying), soil hydrodynamic functioning, gas transport, and spatial configuration of water and air in the pore network, in addition to the water-filled pore space parameter. These observations have implications for N₂O emission modeling. We recommend thus the coupled use of hydric transport, and modules of gas and liquid transport of N₂O, in addition to microbial production modules to efficiently predict N₂O emissions.

Grazing pasture is a major system of livestock production in many countries and it has been identified as an important source of N2O from urine deposition on soils. The aim of this study was to determinate the N2O emissions from soil after urine deposition and the emission factor, in addition, determine how temperature and water content of the soil influence these emissions. We also intended to study a potential of mitigation using nitrification inhibitors. Soil and gas samples were collected in traditional livestock areas in Brazil and UK to evaluate the N2O emission dynamics under field conditions. In addition, incubation experiments were conducted to evaluate how temperature and water content affect N2O emissions in the soil and to study the potential mitigation on N2O emission from the soil after urine application, using two distinct nitrification inhibitors. In the field experiment, the N2O emission factor for cattle urine was 0.20% of the applied urine N in Brazil and 0.66% for the UK conditions. The incubation experiments showed the N2O emissions after urine application are higher in soils with high moisture and high temperature. The nitrification inhibitor effectiveness was not statistically significant, however had shown some N2O emission absolute reductions among 6% to 33% comparing with urine only application on the soil. Various physical and biological factors can be influence the effectiveness of the products. It confirmed that urine deposition can contribute to N2O emission from the soil and the temperature and water content can markedly increase these emissions. The nitrification inhibitors have a potential mitigation effect since some decreased emissions of almost 40%. The results in this study are pioneers and can be used as a basis for more complex evaluations and to help with determining the carbon footprint of beef production worldwide / Considerado o maior sistema de produção animal em muitos países, as pastagens tem sido identificadas como uma importante fonte de emissão de N2O, devido à deposição de urina ao solo. O objetivo deste estudo foi determinar as emissões de N2O do solo após a deposição de urina e seu fator de emissão, além disso, determinar como temperatura e teor de água do solo influenciam as emissões. Pretendeu-se também estudar o potencial de mitigação das emissões de N2O usando inibidores de nitrificação. Amostras de solo e de gás foram coletadas em áreas tradicionais de pastagens do Brasil e do Reino Unido para avaliar a dinâmica das emissões de N2O. Experimentos de incubação também foram realizados para avaliar a influência de fatores como temperatura e teor de água no solo nas emissões, além de avaliar o potencial de redução das emissões de N2O do solo após a aplicação da urina, utilizando dois inibidores de nitrificação. Nos experimentos de campo realizados no Brasil e no Reino Unido, o fator de emissão do N2O para a urina foi de 0,20% e 0,66% do nitrogênio na forma de urina bovina aplicada, respectivamente. Nos experimentos de incubação, as emissões de N2O após a aplicação de urina foram maiores em solos com alta umidade e alta temperatura. A eficácia no uso dos inibidores de nitrificação não foi estatisticamente significativa, no entanto mostrou uma redução absoluta entre 6% a 33% nas emissões de N2O comparado com a aplicação de apenas urina ao solo. Vários fatores físicos e biológicos podem ter influenciado a eficácia dos produtos. Dessa forma, confirma-se que a deposição de urina pode contribuir para a emissão de N2O do solo e que a temperatura e o teor de água no solo podem aumentar consideravelmente essas emissões. Os inibidores de nitrificação podem ser usados como um potencial de mitigação, já que houve redução em termos absolutos de quase 40% nas emissões. Os resultados encontrados neste estudo são pioneiros e poderão ser utilizados como base para avaliações mais complexas e contribuir para a determinação da pegada de carbono na produção de carne mundial

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.

Grazing pasture is a major system of livestock production in many countries and it has been identified as an important source of N2O from urine deposition on soils. The aim of this study was to determinate the N2O emissions from soil after urine deposition and the emission factor, in addition, determine how temperature and water content of the soil influence these emissions. We also intended to study a potential of mitigation using nitrification inhibitors. Soil and gas samples were collected in traditional livestock areas in Brazil and UK to evaluate the N2O emission dynamics under field conditions. In addition, incubation experiments were conducted to evaluate how temperature and water content affect N2O emissions in the soil and to study the potential mitigation on N2O emission from the soil after urine application, using two distinct nitrification inhibitors. In the field experiment, the N2O emission factor for cattle urine was 0.20% of the applied urine N in Brazil and 0.66% for the UK conditions. The incubation experiments showed the N2O emissions after urine application are higher in soils with high moisture and high temperature. The nitrification inhibitor effectiveness was not statistically significant, however had shown some N2O emission absolute reductions among 6% to 33% comparing with urine only application on the soil. Various physical and biological factors can be influence the effectiveness of the products. It confirmed that urine deposition can contribute to N2O emission from the soil and the temperature and water content can markedly increase these emissions. The nitrification inhibitors have a potential mitigation effect since some decreased emissions of almost 40%. The results in this study are pioneers and can be used as a basis for more complex evaluations and to help with determining the carbon footprint of beef production worldwide / Considerado o maior sistema de produção animal em muitos países, as pastagens tem sido identificadas como uma importante fonte de emissão de N2O, devido à deposição de urina ao solo. O objetivo deste estudo foi determinar as emissões de N2O do solo após a deposição de urina e seu fator de emissão, além disso, determinar como temperatura e teor de água do solo influenciam as emissões. Pretendeu-se também estudar o potencial de mitigação das emissões de N2O usando inibidores de nitrificação. Amostras de solo e de gás foram coletadas em áreas tradicionais de pastagens do Brasil e do Reino Unido para avaliar a dinâmica das emissões de N2O. Experimentos de incubação também foram realizados para avaliar a influência de fatores como temperatura e teor de água no solo nas emissões, além de avaliar o potencial de redução das emissões de N2O do solo após a aplicação da urina, utilizando dois inibidores de nitrificação. Nos experimentos de campo realizados no Brasil e no Reino Unido, o fator de emissão do N2O para a urina foi de 0,20% e 0,66% do nitrogênio na forma de urina bovina aplicada, respectivamente. Nos experimentos de incubação, as emissões de N2O após a aplicação de urina foram maiores em solos com alta umidade e alta temperatura. A eficácia no uso dos inibidores de nitrificação não foi estatisticamente significativa, no entanto mostrou uma redução absoluta entre 6% a 33% nas emissões de N2O comparado com a aplicação de apenas urina ao solo. Vários fatores físicos e biológicos podem ter influenciado a eficácia dos produtos. Dessa forma, confirma-se que a deposição de urina pode contribuir para a emissão de N2O do solo e que a temperatura e o teor de água no solo podem aumentar consideravelmente essas emissões. Os inibidores de nitrificação podem ser usados como um potencial de mitigação, já que houve redução em termos absolutos de quase 40% nas emissões. Os resultados encontrados neste estudo são pioneiros e poderão ser utilizados como base para avaliações mais complexas e contribuir para a determinação da pegada de carbono na produção de carne mundial