京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第18476号 / 農博第2076号 / 新制||農||1025(附属図書館) / 学位論文||H26||N4860(農学部図書室) / 31354 / 京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻 / (主査)教授 舟川 晋也, 教授 縄田 栄治, 教授 間藤 徹 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Dentre os ecossistemas terrestres, o solo constitui um dos principais reservatórios de carbono (C). As práticas de preparo agrícola alteram esse compartimento, acelerando o processo de oxidação da matéria orgânica do solo, o que favorece a emissão de gases do efeito estufa. O presente trabalho foi desenvolvido em um experimento de longa duração localizado na Fundação ABC em Ponta Grossa (PR) sob diferentes sistemas de manejo do solo: plantio convencional (PC), preparo mínimo (PM), plantio direto (PD) e plantio direto escarificado (PDE), dispostos em blocos ao acaso. Os objetivos foram, determinar: a) os estoques de C e nitrogênio (N) do solo; b) a quantidade e qualidade dos resíduos culturais; e c) quantificar as trocas gasosas de CO2 e N2O entre o solo-atmosfera. As amostragens foram realizadas de outubro de 2003 a novembro de 2004 na sucessão aveia branca/soja/trigo. Os estoques de C e N do solo foram determinados após a colheita das culturas e não apresentaram diferença estatística entre épocas de cultivo e tratamentos. O PD apresentou os maiores estoques médios de C e N, e o PC os menores valores. As taxas de seqüestro de C, na camada 0-20 cm nos tratamentos estudados em comparação ao PC (15 anos de implantação), foram de: 0,55; 0,66 e 0,46 Mg ha-1ano-1 para PM, PD e PDE, respectivamente. As massas secas e os estoques de C e N dos resíduos culturais foram maiores na época da colheita das culturas, e superiores nos tratamentos PD e PDE. Os teores de C dos resíduos não tiveram diferença estatística entre as médias dos tratamentos. Os resíduos de soja apresentaram, em todos os tratamentos, maior teor de N e menor de hemicelulose. As variações no Quociente holocelulose/lignocelulose (QCL), Índices ligno-celulósico (ILC) e de decomponibilidade (ID) foram pequenas, evidenciando pouca variação entre os resíduos da rotação. As médias diárias das emissões de CO2 do solo variaram de 24 a 248 mg m-2 h-1 aumento progressivo, de novembro/03 (semeadura da soja) a fevereiro/04, devido ao crescimento das raízes que incrementou a taxa de respiração do solo. Não foi observada correlação significativa entre as emissões de CO2 e N2O com o ciclo diário da temperatura. As médias anuais de emissão de CO2 e N2O foram iguais nos horários 8:00, 12:00h e 17:00h. Os fluxos de N2O variaram de 3 a 53 µg m-2, e a maior freqüência observada com saturação de água no solo em torno de 60%, após as adubações nitrogenadas em junho/2004 no PC e PM e em julho/2004 no PD e PDE. O revolvimento do solo pela gradagem e incorporação dos resíduos culturais no PC e PM, não alteraram significativamente as emissões de CO2 e N2O. Os tratamentos estudados não apresentaram diferença nas médias anuais de emissão de CO2 e N2O do solo. Dentre todas as variáveis estudadas, comparando os tratamentos PC, PM, PD e PDE, o PD destacou-se por apresentar maior estoques de C e N no solo em relação aos demais tratamentos. / Between the terrestrial ecosystems, the soil is one of the most important pools of carbon (C). Agricultural tillage practices alter the contents of this element, accelerating the process of organic matter oxidation, inducing greenhouse gases emissions. The present research was carried out in a long-term experiment located at Fundação ABC in Ponta Grossa (Paraná State, Brazil) under different soil management systems: conventional (CT), minimum (MT), no-till (NT) and no-till harrowed (NTH), randomly displayed in blocks. The objectives were to determine: a) soil C and nitrogen (N) stocks; b) quantity and quality crop residues; c) quantify the CO2 and N2O gasses fluxes from the soil to the atmosphere. Sampling activities were performed between October 2003 and November 2004 in the succession white oat/soybean/wheat. Soil C and N stocks were determined after the crops were harvested and showed the same distribution of soil C and N for all treatments, no significant statistically difference among cultural seasons and treatments was observed. NT system presented the highest mean soil C and N stock values, and the CT had the smaller values. Soil C sequestration rates in the 0-20 cm, in the treatments in comparison with the CT with 15 years of adoption, were 0,55; 0,66 and 0,46 Mg ha-1year-1 for MT, NT and NTH, respectively. Dry matter and C and N stocks of crop residues were higher in the harvest season, and presented high values for NT and NTH. Carbon contents in crop residues were maintained in the same magnitude and showed no significant statistically difference. Soybean residues just presented, in all treatments, higher N concentration and smaller hemicelulose contents. The holocelulose/lignocelulose quotient (HLQ), ligno-celulosico (LCI) and decomposition (DI) indexes were small, evidencing in this work, little variation between the crop residues analised. The soil CO2 CO2 daily average emissions varied from 24 to 248 mg m-2 h-1 and presented a progressive increase of November/03 (sow of the soy) to February/04, indicating that the soil respiration passed to be constituted of the organism soil and root plants. Correlation was not observed between the emissions of CO2 and N2O with the daily cycle of the temperature. The same annual averages of emission of CO2 and N2O were observed in the schedules 8:00, 12:00 and 17:00 hours. The N2O flow varied from 3 to 53 g m-2, and the largest frequency observed with water filled pore space around 60 %, and after the nitrogen fertilization in June 2004 in CT and MT and in July 2004 in NT and NTH. Soil tillage with plow and incorporation of the cultural residues in CT and MT, didn't alter the emissions of CO2 and N2O significantly. The studied treatments didn\'t present difference in the annual averages of emission of CO2 and N2O of the soil during 2003 and 2004 years. Between the studied variables, comparing the treatments CT, MT, NT and NTH, NT system stranded out from the other treatments by present higher soil C and N stocks.

Dentre os ecossistemas terrestres, o solo constitui um dos principais reservatórios de carbono (C). As práticas de preparo agrícola alteram esse compartimento, acelerando o processo de oxidação da matéria orgânica do solo, o que favorece a emissão de gases do efeito estufa. O presente trabalho foi desenvolvido em um experimento de longa duração localizado na Fundação ABC em Ponta Grossa (PR) sob diferentes sistemas de manejo do solo: plantio convencional (PC), preparo mínimo (PM), plantio direto (PD) e plantio direto escarificado (PDE), dispostos em blocos ao acaso. Os objetivos foram, determinar: a) os estoques de C e nitrogênio (N) do solo; b) a quantidade e qualidade dos resíduos culturais; e c) quantificar as trocas gasosas de CO2 e N2O entre o solo-atmosfera. As amostragens foram realizadas de outubro de 2003 a novembro de 2004 na sucessão aveia branca/soja/trigo. Os estoques de C e N do solo foram determinados após a colheita das culturas e não apresentaram diferença estatística entre épocas de cultivo e tratamentos. O PD apresentou os maiores estoques médios de C e N, e o PC os menores valores. As taxas de seqüestro de C, na camada 0-20 cm nos tratamentos estudados em comparação ao PC (15 anos de implantação), foram de: 0,55; 0,66 e 0,46 Mg ha-1ano-1 para PM, PD e PDE, respectivamente. As massas secas e os estoques de C e N dos resíduos culturais foram maiores na época da colheita das culturas, e superiores nos tratamentos PD e PDE. Os teores de C dos resíduos não tiveram diferença estatística entre as médias dos tratamentos. Os resíduos de soja apresentaram, em todos os tratamentos, maior teor de N e menor de hemicelulose. As variações no Quociente holocelulose/lignocelulose (QCL), Índices ligno-celulósico (ILC) e de decomponibilidade (ID) foram pequenas, evidenciando pouca variação entre os resíduos da rotação. As médias diárias das emissões de CO2 do solo variaram de 24 a 248 mg m-2 h-1 aumento progressivo, de novembro/03 (semeadura da soja) a fevereiro/04, devido ao crescimento das raízes que incrementou a taxa de respiração do solo. Não foi observada correlação significativa entre as emissões de CO2 e N2O com o ciclo diário da temperatura. As médias anuais de emissão de CO2 e N2O foram iguais nos horários 8:00, 12:00h e 17:00h. Os fluxos de N2O variaram de 3 a 53 µg m-2, e a maior freqüência observada com saturação de água no solo em torno de 60%, após as adubações nitrogenadas em junho/2004 no PC e PM e em julho/2004 no PD e PDE. O revolvimento do solo pela gradagem e incorporação dos resíduos culturais no PC e PM, não alteraram significativamente as emissões de CO2 e N2O. Os tratamentos estudados não apresentaram diferença nas médias anuais de emissão de CO2 e N2O do solo. Dentre todas as variáveis estudadas, comparando os tratamentos PC, PM, PD e PDE, o PD destacou-se por apresentar maior estoques de C e N no solo em relação aos demais tratamentos. / Between the terrestrial ecosystems, the soil is one of the most important pools of carbon (C). Agricultural tillage practices alter the contents of this element, accelerating the process of organic matter oxidation, inducing greenhouse gases emissions. The present research was carried out in a long-term experiment located at Fundação ABC in Ponta Grossa (Paraná State, Brazil) under different soil management systems: conventional (CT), minimum (MT), no-till (NT) and no-till harrowed (NTH), randomly displayed in blocks. The objectives were to determine: a) soil C and nitrogen (N) stocks; b) quantity and quality crop residues; c) quantify the CO2 and N2O gasses fluxes from the soil to the atmosphere. Sampling activities were performed between October 2003 and November 2004 in the succession white oat/soybean/wheat. Soil C and N stocks were determined after the crops were harvested and showed the same distribution of soil C and N for all treatments, no significant statistically difference among cultural seasons and treatments was observed. NT system presented the highest mean soil C and N stock values, and the CT had the smaller values. Soil C sequestration rates in the 0-20 cm, in the treatments in comparison with the CT with 15 years of adoption, were 0,55; 0,66 and 0,46 Mg ha-1year-1 for MT, NT and NTH, respectively. Dry matter and C and N stocks of crop residues were higher in the harvest season, and presented high values for NT and NTH. Carbon contents in crop residues were maintained in the same magnitude and showed no significant statistically difference. Soybean residues just presented, in all treatments, higher N concentration and smaller hemicelulose contents. The holocelulose/lignocelulose quotient (HLQ), ligno-celulosico (LCI) and decomposition (DI) indexes were small, evidencing in this work, little variation between the crop residues analised. The soil CO2 CO2 daily average emissions varied from 24 to 248 mg m-2 h-1 and presented a progressive increase of November/03 (sow of the soy) to February/04, indicating that the soil respiration passed to be constituted of the organism soil and root plants. Correlation was not observed between the emissions of CO2 and N2O with the daily cycle of the temperature. The same annual averages of emission of CO2 and N2O were observed in the schedules 8:00, 12:00 and 17:00 hours. The N2O flow varied from 3 to 53 g m-2, and the largest frequency observed with water filled pore space around 60 %, and after the nitrogen fertilization in June 2004 in CT and MT and in July 2004 in NT and NTH. Soil tillage with plow and incorporation of the cultural residues in CT and MT, didn't alter the emissions of CO2 and N2O significantly. The studied treatments didn\'t present difference in the annual averages of emission of CO2 and N2O of the soil during 2003 and 2004 years. Between the studied variables, comparing the treatments CT, MT, NT and NTH, NT system stranded out from the other treatments by present higher soil C and N stocks.

A mudança de uso da terra no Cerrado acarreta em alterações na dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS). Práticas de manejo com revolvimento das camadas de solo aceleram a decomposição da MOS, favorecendo as emissões de gases do efeito estufa do solo para atmosfera. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi avaliar as mudanças na dinâmica da MOS de um Neossolo Quartzarênico submetido a diferentes usos e sistemas de manejo, utilizando como referência o sistema nativo (Cerrado). O presente estudo foi realizado no município de Comodoro - MT (13º50\'00\" a 13º50\'03\" S e 59º37\'18\" O). Foi empregado o delineamento experimental inteiramente casualizado com sete áreas de estudo. As coletas foram realizadas em julho de 2005 e fevereiro de 2006 e as áreas amostradas foram: Cerrado nativo (CER); pastagem (CAP22); plantio convencional com a cultura da soja (CS1), sucessão de culturas arroz-soja (CAS3) e sucessão arroz-soja-sorgo ou milheto (CAS/Sor3 e CAS/M3); e plantio direto (CAP13S/M5). Foram estudadas as seguintes variáveis: atributos físicos e químicos do solo, estoques de carbono (C) e nitrogênio (N) do solo, teores de C e N nas frações granulométricas da MOS, quantidades de N inorgânico, C e N microbiano do solo, quociente metabólico (qCO2) e fluxos de gases do solo (CO2, N2O e CH4). Os resultados deste estudo indicaram que os sistemas com plantio convencional e plantio direto avaliados apresentaram melhoria nos atributos físicos e químicos do solo em relação a pastagem (CAP22), com menor compactação do solo e aumento na disponibilidade de fósforo, cálcio e magnésio. Foram obtidos maiores estoques de C e N em CAS/Sor3 e CAS/M3, áreas com maiores teores de argila. A área CAP13S/M5 também mostrou maiores teores de argila, porém baixos estoques de C e N, resultado atribuído ao uso da terra por treze anos com pastagem sem reforma e ao pouco tempo de implantação do sistema plantio direto. Analisando as frações granulométricas da MOS verificou-se maiores teores de C e N na fração menor que 50 \'mü\'m. As maiores quantidades de N inorgânico em relação ao CER foram observados na área CAS/M3, e com exceção desta área, a forma predominante de N inorgânico foi o amônio. Foram obtidas maiores quantidades de C e N microbiano na época úmida, quando todas as áreas estavam com cobertura vegetal. Entre as áreas de estudo, as maiores quantidades de C e N microbiano foram obtidos em CAP22. Os fluxos de C-CO2, com exceção da área CAS/Sor3, foram maiores na época úmida, enquanto que os fluxos de N-N2O e C-CH4 foram semelhantes entre as épocas de estudo. Os fluxos de gases em C equivalente não apresentaram diferenças significativas entre as áreas de estudo devido ao alto desvio padrão verificado para cada gás. A mudança de uso da terra promove alterações na dinâmica da MOS, porém neste estudo não foi possível distinguir qual o melhor sistema de uso para o Neossolo Quartzarênico devido ao pouco tempo de implantação dos sistemas plantio convencional e plantio direto, e a degradação da pastagem (apesar do maior tempo de implantação) / Land-use changes of Brazilian savanna (Cerrado) result in alterations of the soil organic matter (SOM). Managements practices with tillage accelerate the SOM decomposition, enhancing greenhouse gases emissions from the soil to the atmosphere. Therefore, the objective of this work was to evaluate the changes in the SOM dynamics of a Typic Quartzipisamment submitted to different uses and managements systems, using as reference the native system (Cerrado). The present study was conducted in areas located at Comodoro (Mato Grosso state, Brazil) (from 13º50\'00\" till 13º50\'03\" S and 59º37\'18\" W). At each site, samples were taken randomly within seven areas. Sampling activities were performed in July 2005 and February 2006 and the sample sites consist of an area of \"Cerrado\" (CER); pasture (CAP22); conventional tillage with soybean (CS1), rice-soybean succession (CAS3) and rice-soybean-sorghum or millet (CAS/Sor3 and CAS/M3) successions; and a field with no-tillage system (CAP13S/M5). Studied variables were: physical and chemical attributes, C and N stocks, isotopic composition of 13C/12C and 15N/14N, C and N content in the SOM fractions, quantity of inorganic N, microbial C and N biomass, metabolic quotient (qCO2), and the soil gases fluxes (CO2, N2O and CH4). The results of this study showed that all evaluated fields under conventional or no-tillage systems result in physical and chemical attribute improvement in relation to the pasture (CAP22), with soil compaction decrease, pH increase and improvement of the availability in phosphorus, calcium and magnesium. The C and N stocks were higher in areas CAS/Sor3 and CAS/M3, corresponding to the highest clay content. The area CAP13S/M5 showed similar clay content, but smaller C and N stocks, this result was attributed to the land-use: thirteen years as pastures without reform and also the short time of no-tillage implantation. Analyzing the SOM fractions, it was verified higher C and N contents in the 50 \'mü\'m fraction. The higher quantities of inorganic N in relation to the CER were found in area CAS/M3, and with exception of this area, ammonium was the predominant form of inorganic N. Higher quantities of the microbial C and N were obtained during the wet season, when all areas presented a cover crop. Among areas, the higher quantities of microbial C and N were obtained in CAP22. The fluxes of C-CO2, excepting area CAS/Sor3, were higher during the wet season, while the fluxes of N-N2O and C-CH4 were similar between seasons studied, because high standard deviations were calculated for each gas. The land use promoted alterations in SOM dynamic, however it was not possible to differentiate the best land use for this Typic Quartzipisamment, mainly due to the short time of no-tillage implantation, and the degradation of the pasture (although of the implantation time was higher)

Sugarcane cropping is an important component of the Brazil´s economy. As the main feedstock used to produce ethanol, the area occupied with this crop has meaningfully increased in the last years and continues to expand in order to attend to the national and international demand of this biofuel. Despite that it has been demonstrated that land-use transition into sugarcane can negatively impact the soil carbon (C) dynamics, little is known about the effect of those land use changes (LUC) processes on the distribution of soil organic carbon (SOC) within particle-size classes, and how management practices in sugarcane can contribute to the C restoration. In this sense the main objective of this study was to evaluate through a modelling application the SOC dynamics in the sugarcane crop in response to LUC and different management scenarios. For a better understanding of LUC impact on C content in both particulate organic matter and mineral-associated fraction, we performed physical soil C fractionation in 34 study areas involving the three major land-use systems affected by sugarcane expansion. Also, biometric measurements were executed in sugarcane plant and ratoon crop in order to use those data in the model parameterization as well as to recalculate the payback time of the C debt through C conversion ratio reported in the literature. Finally, we parameterized and validate the CENTURY ecosystem model for sugarcane, pastures and annual cropland by using a data-set previously collected by the Laboratório de Biogeoquímica Ambiental (CENA-USP); then different scenarios of sugarcane management were simulated: i) SC1 - Green harvesting; ii) SC2 - Green harvesting plus organic amendments and iii) Green harvesting + low N inputs. Our results showed that the C content depletion for conversion from native vegetation and pastures to sugarcane is caused by C losses in the labile fraction (37%) as wells as in the stabilized pool associated to the mineral fraction (30%). Above and belowground biomass quantification indicated a total sugarcane carbon inputs ranging from 29.6 Mg C ha-1 to 30.6 Mg C ha-1. Considering a C retention rate of 13% we estimated net carbon changes of 0.58 to 0.6 Mg C ha-1 year-1, which contribute to reduce the payback times for sugarcane biofuel carbon debts in 3.3 and 1.2 years for Cerrado wooded and pasture conversions into sugarcane respectively. The modelling study supported the Century model as a tool to access the SOC dynamics following land-use conversion and different soil management in in sugarcane. Long-term simulations suggested that changes in the sugarcane harvest from burning to green harvesting increase the soil C stock in an average of 0.21 Mg ha-1 year-1; however the potential of C accumulation is still higher when organic amendments as vinasse and filter cake are add to the soil, with mean values varying between 0.34 and 0.37 Mg ha-1 year-1 in SC2 and SC1 respectively. By analyzing the SOC dynamic at each scenario simulated, we estimated a time span of 17 and 24 years for soil C restoration in clay and sandy soils under pastures with priority suitability (SC3). The number of years was projected to be higher in clay soils with regular suitability (40 years). / A cultura da cana-de-açúcar é uma comodity importante para a economia no Brasil. Como a principal matéria prima para a produção de etanol, a área plantada com esta cultura tem incrementado significativamente nos últimos anos e a tendência é de continuar se expandindo para atender a demanda nacional e internacional deste biocombustível. Embora tenha sido demostrado que a mudança de uso da terra (MUT) para cana-de-açúcar pode afetar negativamente a dinâmica do carbono (C) no solo, há pouca informação disponível acerca do impacto dessa MUT na distribuição do C nas frações da matéria orgânica do solo, e como as praticas de manejo da cana-de-açúcar podem contribuir para o acumulo de C no solo. Nesse contexto o principal objetivo desta pesquisa foi avaliar, através da modelagem matemática, a dinâmica do carbono orgânico do solo (COS) na cultura da cana-de-açúcar em resposta a mudança de uso da terra e diferentes cenários de manejo agrícola. Fracionamento físico para separar o C associado à matéria orgânica partícula (POM) do C ligado à fração mineral do solo (<53 um) foi realizado em amostras de solo de 34 áreas de estudo envolvendo os três principais sistemas de uso da terra afetados pela expansão da cana-de-açúcar. Adicionalmente, foram realizadas avaliações biométricas da cana-de-açúcar (cana planta e soca) que objetivaram a parametrização do modelo matemático assim como recalcular o tempo de reposição do debito de C gerado. Finalmente, o modelo CENTURY foi parametrizado e devidamente validado, para posteriormente proceder à simulação de diferentes cenários futuros de manejo da cana de açúcar: i) SC1 - Colheita de cana crua (sem queima); ii) SC2 - Colheita de cana crua e adição de adubos orgânicos (vinhaça e torta de filtro); iii) Colheita de cana crua e redução da adubação nitrogenada. Os resultados indicaram que a redução do conteúdo de C devido à conversão de vegetação nativa e pastagem para cana-de-açúcar foi causada pela perda de C tanto na fração lábil (37%) quanto na fração mais estável associada a fração mineral do solo (30%). A quantificação da biomassa aérea e radicular indicou entradas de C variando de 29,6 Mg C ha-1 a 30,6 Mg C ha-1, os quais resultariam em uma taxa de acumulo liquido de 0,58 a 0,6 Mg C ha-1 ano-1, que quando considerado contribui a redução do \"payback time\" do debito de C do etanol causado pela conversão de Cerrado e pastagem em 3,3 e 2 anos respectivamente. Os resultados obtidos no estudo de modelagem matemática suportaram o uso do modelo CENTURY como uma ferramenta para avaliar a influencia da MUT e das práticas de manejo na dinâmica do COS. As simulações em longo prazo sugeriram que a supressão da queima na colheita incrementa o estoque de C em 0,21 Mg ha-1 ano-1. No entanto o potencial de acúmulo de C é ainda maior quando adubação orgânica é realizada, com valores entre 0,34 e 0,37 Mg ha-1 ano-1 respectivamente. A análise da dinâmica do COS em cada cenário de manejo simulado permitiu estimar o tempo médio de recuperação do C do solo perdido pela MUT em áreas de pastagens. Os resultados indicaram um período de 17 anos para condições de cultivo sob solos argilosos e 24 anos para solos arenosos (SC3) em áreas de alta aptidão para expansão. O modelo projetou um maior número de anos em solo argiloso sob áreas de pastagem com aptidão média (40 anos).

Measures aimed at mitigating environmental impacts, especially the anthropic ones, are being progressively studied. Increasing greenhouse gases (GHG) emissions are among the biggest environmental problems in the world, with agriculture one of the major contributors to this impact. Water eutrophication from land misuse and agricultural systems also fits into such a scenario of concern. Biochar, the product of the pyrolysis of organic materials, appears as a recover of a list of environmental problems, among them the mitigation of GHG and the recovery of eutrophic or wastewater. In this sense, biochars of sugarcane straw (BCS) and poultry manure (BPM) were used in GHG emission tests in soils with contrasting textures. To do so, two pyrolysis temperatures (350 and 650 °C), three doses (12.5, 25 and 50 Mg ha-1), two texture classes (sandy and clayey) and two pH values (original pH and pH 5.5) were used. These same biochars were submitted to doping processes pre-pyrolysis with Mg2+ and post-pyrolysis with Al3+ for the adsorption of phosphorus (P). Desorption and adsorption experiments in competition with other anions by the exchange sites were done. The potential GHG mitigation of both biochars has been proven in the gas emission tests. The increase of the pyrolysis temperature (350 to 650 °C) further increases the gas mitigation, and the acidification of the original pH of the biochar causes a similar effect. The benefits of pyrolyzing such organic materials are best seen in sandy soil, with the production of biochar from these residues being an environmentally safe way of depositing these materials, at least with regard to the emission of GHG. Both biochars do not have P adsorption capacity without passing through chemical modification, and the doping process, with Mg or Al, granted this ability. The pre-doping process with Mg2+ generated a P maximum adsorption capacity (PMAC) of 250.8; 163.6; 17.7; 17.57 mg g-1 for the pyrolyzed BPM at 350 and 650 °C and for the BCS also pyrolysed at 350 and 650 °C, respectively. The post-doping process with Al3+ generated a PMAC of 701.6 and 758.9 mg g-1 for BPM and BCS, both of which were pyrolysed at 350 °C, respectively. The superior PMAC of the Al doped biochars was attributed to the fact that the cation that makes the bridge (Al3+) is trivalent, with high affinity for P. The high adsorption of Al by the biochars corroborates with such a statement. Both biochars, produced by the two doping processes, had a desorption of P around 80 % of the adsorbed value, allowing the inference that these products have the capacity to be used in nutrient reuse, mitigating another environmental problem: the use of the finite reserves of P. With the positive results coming from the pyrolysis of the materials in this thesis, we certify the biochar potential as a GHG mitigator, recovery for waters and a potential slow release fertilizer in P reuse. / Medidas que visam a mitigação de impactos ambientais, especialmente os antrópicos, estão sendo cada vez mais estudadas. A crescente emissão de gases de efeito estufa (GEE) está entre os maiores problemas mundiais, sendo a agricultura um dos grandes contribuintes para este impacto. A eutrofização de águas, ocasionada pelo mau uso do solo e dos sistemas agrícolas, também se encaixa em tal cenário de preocupação. O biocarvão, produto da pirólise de materiais orgânicos, aparece como recuperador de uma lista de problemas ambientais, dentre eles a mitigação de GEE e a recuperação de águas eutrofizadas ou residuárias. Neste sentido, biocarvões de palha de cana-de-açúcar (BPC) e de dejeto de galinha (BDG), foram utilizados em ensaios de emissão de GEE em solos com texturas contrastantes. Para tal, duas temperaturas de pirólise (350 e 650 °C), três doses (12,5; 25 e 50 Mg ha-1), duas classes texturais (arenoso e argiloso) e dois pHs (pH original e pH 5.5), foram utilizados. Estes mesmos biocarvões foram submetidos a processos de dopagem pré-pirólise com Mg2+ e pós-pirólise com Al3+ para a adsorção de fósforo (P). Ensaios de dessorção e de adsorção em competição com outros ânions pelo sítio de troca foram feitos. O potencial mitigador de GEE de ambos os biocarvões foi comprovado nos ensaios de emissão de gases. O aumento da temperatura de pirólise (350 para 650 °C) eleva ainda mais a mitigação dos gases, sendo que a acidificação do pH original do biocarvão causa efeito semelhante. Os benefício de se pirolisar tais materiais orgânicos são melhores vistos no solo arenoso, sendo a produção de biocarvão a partir destes resíduos uma forma ambientalmente segura de deposição destes materiais, ao menos no que se diz respeito a emissão de GEE. Ambos os biocarvões não possuem capacidade de adsorção de P sem passar por modificação química, sendo que o processo de dopagem, seja ele com Mg ou Al, concedeu tal habilidade. O processo de pré-dopagem com Mg2+ gerou uma capacidade máxima de adsorção de P (CMAP) de 250,8; 163,6; 17,7; 17,6 mg g-1 para o BDG pirolisado a 350 e 650 °C e para o BPC também pirolisado a 350 e 650 °C, respectivamente. O processo de dopagem por pós-pirólise com Al3+ gerou uma CMAP de 701,6 e 758,9 mg g-1 para o BDG e BPC, ambos pirolisados a 350 °C, respectivamente. A superior CMAP dos biocarvões dopados com Al foi atribuída ao fato de o cátion que faz a ponte (Al3+) ser trivalente, com elevada afinidade pelo P. A elevada adsorção de Al pelos biocarvões corrobora com tal afirmação. Ambos os biocarvões, produzidos pelos dois processos de dopagem, tiveram uma dessorção de P em torno de 80 % do valor adsorvido, permitindo a inferência de que estes produtos possuem a capacidade de serem utilizados no reuso de nutrientes, mitigando outro problema ambiental: o uso das reservas finitas de P. Com os resultados positivos advindos da pirolisação dos materiais nesta tese, constatamos o potencial do biocarvão como mitigador de GEE e recuperador de águas.

Measures aimed at mitigating environmental impacts, especially the anthropic ones, are being progressively studied. Increasing greenhouse gases (GHG) emissions are among the biggest environmental problems in the world, with agriculture one of the major contributors to this impact. Water eutrophication from land misuse and agricultural systems also fits into such a scenario of concern. Biochar, the product of the pyrolysis of organic materials, appears as a recover of a list of environmental problems, among them the mitigation of GHG and the recovery of eutrophic or wastewater. In this sense, biochars of sugarcane straw (BCS) and poultry manure (BPM) were used in GHG emission tests in soils with contrasting textures. To do so, two pyrolysis temperatures (350 and 650 °C), three doses (12.5, 25 and 50 Mg ha-1), two texture classes (sandy and clayey) and two pH values (original pH and pH 5.5) were used. These same biochars were submitted to doping processes pre-pyrolysis with Mg2+ and post-pyrolysis with Al3+ for the adsorption of phosphorus (P). Desorption and adsorption experiments in competition with other anions by the exchange sites were done. The potential GHG mitigation of both biochars has been proven in the gas emission tests. The increase of the pyrolysis temperature (350 to 650 °C) further increases the gas mitigation, and the acidification of the original pH of the biochar causes a similar effect. The benefits of pyrolyzing such organic materials are best seen in sandy soil, with the production of biochar from these residues being an environmentally safe way of depositing these materials, at least with regard to the emission of GHG. Both biochars do not have P adsorption capacity without passing through chemical modification, and the doping process, with Mg or Al, granted this ability. The pre-doping process with Mg2+ generated a P maximum adsorption capacity (PMAC) of 250.8; 163.6; 17.7; 17.57 mg g-1 for the pyrolyzed BPM at 350 and 650 °C and for the BCS also pyrolysed at 350 and 650 °C, respectively. The post-doping process with Al3+ generated a PMAC of 701.6 and 758.9 mg g-1 for BPM and BCS, both of which were pyrolysed at 350 °C, respectively. The superior PMAC of the Al doped biochars was attributed to the fact that the cation that makes the bridge (Al3+) is trivalent, with high affinity for P. The high adsorption of Al by the biochars corroborates with such a statement. Both biochars, produced by the two doping processes, had a desorption of P around 80 % of the adsorbed value, allowing the inference that these products have the capacity to be used in nutrient reuse, mitigating another environmental problem: the use of the finite reserves of P. With the positive results coming from the pyrolysis of the materials in this thesis, we certify the biochar potential as a GHG mitigator, recovery for waters and a potential slow release fertilizer in P reuse. / Medidas que visam a mitigação de impactos ambientais, especialmente os antrópicos, estão sendo cada vez mais estudadas. A crescente emissão de gases de efeito estufa (GEE) está entre os maiores problemas mundiais, sendo a agricultura um dos grandes contribuintes para este impacto. A eutrofização de águas, ocasionada pelo mau uso do solo e dos sistemas agrícolas, também se encaixa em tal cenário de preocupação. O biocarvão, produto da pirólise de materiais orgânicos, aparece como recuperador de uma lista de problemas ambientais, dentre eles a mitigação de GEE e a recuperação de águas eutrofizadas ou residuárias. Neste sentido, biocarvões de palha de cana-de-açúcar (BPC) e de dejeto de galinha (BDG), foram utilizados em ensaios de emissão de GEE em solos com texturas contrastantes. Para tal, duas temperaturas de pirólise (350 e 650 °C), três doses (12,5; 25 e 50 Mg ha-1), duas classes texturais (arenoso e argiloso) e dois pHs (pH original e pH 5.5), foram utilizados. Estes mesmos biocarvões foram submetidos a processos de dopagem pré-pirólise com Mg2+ e pós-pirólise com Al3+ para a adsorção de fósforo (P). Ensaios de dessorção e de adsorção em competição com outros ânions pelo sítio de troca foram feitos. O potencial mitigador de GEE de ambos os biocarvões foi comprovado nos ensaios de emissão de gases. O aumento da temperatura de pirólise (350 para 650 °C) eleva ainda mais a mitigação dos gases, sendo que a acidificação do pH original do biocarvão causa efeito semelhante. Os benefício de se pirolisar tais materiais orgânicos são melhores vistos no solo arenoso, sendo a produção de biocarvão a partir destes resíduos uma forma ambientalmente segura de deposição destes materiais, ao menos no que se diz respeito a emissão de GEE. Ambos os biocarvões não possuem capacidade de adsorção de P sem passar por modificação química, sendo que o processo de dopagem, seja ele com Mg ou Al, concedeu tal habilidade. O processo de pré-dopagem com Mg2+ gerou uma capacidade máxima de adsorção de P (CMAP) de 250,8; 163,6; 17,7; 17,6 mg g-1 para o BDG pirolisado a 350 e 650 °C e para o BPC também pirolisado a 350 e 650 °C, respectivamente. O processo de dopagem por pós-pirólise com Al3+ gerou uma CMAP de 701,6 e 758,9 mg g-1 para o BDG e BPC, ambos pirolisados a 350 °C, respectivamente. A superior CMAP dos biocarvões dopados com Al foi atribuída ao fato de o cátion que faz a ponte (Al3+) ser trivalente, com elevada afinidade pelo P. A elevada adsorção de Al pelos biocarvões corrobora com tal afirmação. Ambos os biocarvões, produzidos pelos dois processos de dopagem, tiveram uma dessorção de P em torno de 80 % do valor adsorvido, permitindo a inferência de que estes produtos possuem a capacidade de serem utilizados no reuso de nutrientes, mitigando outro problema ambiental: o uso das reservas finitas de P. Com os resultados positivos advindos da pirolisação dos materiais nesta tese, constatamos o potencial do biocarvão como mitigador de GEE e recuperador de águas.

Sugarcane cropping is an important component of the Brazil´s economy. As the main feedstock used to produce ethanol, the area occupied with this crop has meaningfully increased in the last years and continues to expand in order to attend to the national and international demand of this biofuel. Despite that it has been demonstrated that land-use transition into sugarcane can negatively impact the soil carbon (C) dynamics, little is known about the effect of those land use changes (LUC) processes on the distribution of soil organic carbon (SOC) within particle-size classes, and how management practices in sugarcane can contribute to the C restoration. In this sense the main objective of this study was to evaluate through a modelling application the SOC dynamics in the sugarcane crop in response to LUC and different management scenarios. For a better understanding of LUC impact on C content in both particulate organic matter and mineral-associated fraction, we performed physical soil C fractionation in 34 study areas involving the three major land-use systems affected by sugarcane expansion. Also, biometric measurements were executed in sugarcane plant and ratoon crop in order to use those data in the model parameterization as well as to recalculate the payback time of the C debt through C conversion ratio reported in the literature. Finally, we parameterized and validate the CENTURY ecosystem model for sugarcane, pastures and annual cropland by using a data-set previously collected by the Laboratório de Biogeoquímica Ambiental (CENA-USP); then different scenarios of sugarcane management were simulated: i) SC1 - Green harvesting; ii) SC2 - Green harvesting plus organic amendments and iii) Green harvesting + low N inputs. Our results showed that the C content depletion for conversion from native vegetation and pastures to sugarcane is caused by C losses in the labile fraction (37%) as wells as in the stabilized pool associated to the mineral fraction (30%). Above and belowground biomass quantification indicated a total sugarcane carbon inputs ranging from 29.6 Mg C ha-1 to 30.6 Mg C ha-1. Considering a C retention rate of 13% we estimated net carbon changes of 0.58 to 0.6 Mg C ha-1 year-1, which contribute to reduce the payback times for sugarcane biofuel carbon debts in 3.3 and 1.2 years for Cerrado wooded and pasture conversions into sugarcane respectively. The modelling study supported the Century model as a tool to access the SOC dynamics following land-use conversion and different soil management in in sugarcane. Long-term simulations suggested that changes in the sugarcane harvest from burning to green harvesting increase the soil C stock in an average of 0.21 Mg ha-1 year-1; however the potential of C accumulation is still higher when organic amendments as vinasse and filter cake are add to the soil, with mean values varying between 0.34 and 0.37 Mg ha-1 year-1 in SC2 and SC1 respectively. By analyzing the SOC dynamic at each scenario simulated, we estimated a time span of 17 and 24 years for soil C restoration in clay and sandy soils under pastures with priority suitability (SC3). The number of years was projected to be higher in clay soils with regular suitability (40 years). / A cultura da cana-de-açúcar é uma comodity importante para a economia no Brasil. Como a principal matéria prima para a produção de etanol, a área plantada com esta cultura tem incrementado significativamente nos últimos anos e a tendência é de continuar se expandindo para atender a demanda nacional e internacional deste biocombustível. Embora tenha sido demostrado que a mudança de uso da terra (MUT) para cana-de-açúcar pode afetar negativamente a dinâmica do carbono (C) no solo, há pouca informação disponível acerca do impacto dessa MUT na distribuição do C nas frações da matéria orgânica do solo, e como as praticas de manejo da cana-de-açúcar podem contribuir para o acumulo de C no solo. Nesse contexto o principal objetivo desta pesquisa foi avaliar, através da modelagem matemática, a dinâmica do carbono orgânico do solo (COS) na cultura da cana-de-açúcar em resposta a mudança de uso da terra e diferentes cenários de manejo agrícola. Fracionamento físico para separar o C associado à matéria orgânica partícula (POM) do C ligado à fração mineral do solo (<53 um) foi realizado em amostras de solo de 34 áreas de estudo envolvendo os três principais sistemas de uso da terra afetados pela expansão da cana-de-açúcar. Adicionalmente, foram realizadas avaliações biométricas da cana-de-açúcar (cana planta e soca) que objetivaram a parametrização do modelo matemático assim como recalcular o tempo de reposição do debito de C gerado. Finalmente, o modelo CENTURY foi parametrizado e devidamente validado, para posteriormente proceder à simulação de diferentes cenários futuros de manejo da cana de açúcar: i) SC1 - Colheita de cana crua (sem queima); ii) SC2 - Colheita de cana crua e adição de adubos orgânicos (vinhaça e torta de filtro); iii) Colheita de cana crua e redução da adubação nitrogenada. Os resultados indicaram que a redução do conteúdo de C devido à conversão de vegetação nativa e pastagem para cana-de-açúcar foi causada pela perda de C tanto na fração lábil (37%) quanto na fração mais estável associada a fração mineral do solo (30%). A quantificação da biomassa aérea e radicular indicou entradas de C variando de 29,6 Mg C ha-1 a 30,6 Mg C ha-1, os quais resultariam em uma taxa de acumulo liquido de 0,58 a 0,6 Mg C ha-1 ano-1, que quando considerado contribui a redução do \"payback time\" do debito de C do etanol causado pela conversão de Cerrado e pastagem em 3,3 e 2 anos respectivamente. Os resultados obtidos no estudo de modelagem matemática suportaram o uso do modelo CENTURY como uma ferramenta para avaliar a influencia da MUT e das práticas de manejo na dinâmica do COS. As simulações em longo prazo sugeriram que a supressão da queima na colheita incrementa o estoque de C em 0,21 Mg ha-1 ano-1. No entanto o potencial de acúmulo de C é ainda maior quando adubação orgânica é realizada, com valores entre 0,34 e 0,37 Mg ha-1 ano-1 respectivamente. A análise da dinâmica do COS em cada cenário de manejo simulado permitiu estimar o tempo médio de recuperação do C do solo perdido pela MUT em áreas de pastagens. Os resultados indicaram um período de 17 anos para condições de cultivo sob solos argilosos e 24 anos para solos arenosos (SC3) em áreas de alta aptidão para expansão. O modelo projetou um maior número de anos em solo argiloso sob áreas de pastagem com aptidão média (40 anos).

Land use change (LUC) induces modifications on soil organic matter (SOM), which is one of the main source of uncertainty in life cycle assessments of biofuels. In Brazil, currently the world largest producer of sugarcane and second biggest producer of bioethanol, the potential negative effects of LUC has raised doubts about the sugarcane ethanol as a sustainable option. Recently, most of sugarcane expansion has been placed over extensive pastures. Therefore, we conducted a field study within the south-central Brazil, the largest sugarcane-producing region in the world, to evaluate the effects of the most common LUC sequence in sugarcane expansion areas (i.e., conversions from native vegetation to pasture and from pasture to sugarcane) on SOM. Our main hypothesis is that the conversion of degraded pastures to unburnt sugarcane enhance SOM quantity and quality from sites in Brazil. Long-term conversion from native vegetation to pasture induced significant C stock losses (1.01 Mg ha-1 yr-1). In contrast, the conversion from pasture to sugarcane increased C stocks at a rate of 1.97 Mg ha-1 yr-1 down to 0-1.0 m depth. In addition, our findings indicated that SOM assessments restricted to the surface soil layers can generate bias in studies regarding LUC. The main difference in SOM molecular composition undergoing the conversion pasture-sugarcane was the notably higher contribution from compounds associated to fresh litter inputs in sugarcane areas, probably related to the high litter input in sugarcane fields under green management in Brazil. The conversion of areas under native vegetation to pasture decreases both the labile C (LC) and the C management index (CMI), whilst the conversion of pasture to sugarcane increased the CMI according to all evaluated methods. Additionally, the method used to quantify LC and CMI is critical to infer about the LUC effects on SOM. The DayCent model estimated that the conversion native vegetation-pasture caused C losses of 0.34±0.03 Mg ha-1 yr-1, whilst the conversion pasture-sugarcane resulted in C gains of 0.16±0.04 Mg ha-1 yr-1 down to 0.3 m depth. Moreover, simulations showed C decreases of 0.19±0.04 Mg ha-1 yr-1 in sugarcane areas with straw removal for second-generation (2G) ethanol production. However, our analysis suggested that adoption of some best management practices can mitigate these losses, highlighting the application of organic amendments (+0.14±0.03 Mg C ha-1 yr-1). Overall, our study showed that the conversion of pastures to sugarcane has positive effects on SOM quantity and quality, increasing the C savings of Brazilian sugarcane ethanol. Moreover, our findings endorse the potential of sugarcane production to partially recover SOM in degraded pastures. However, most of these gains greatly depends on the high litter input in sugarcane fields under green management, and straw removal for 2G ethanol production is likely to potentially affect SOM in areas of sugarcane expansion in Brazil. Finally, based on land availability and positive effects on SOM, we believe that stakeholders involved with the governance of bioethanol expansion should consider ways to incentivize sugarcane expansion on degraded pastures in Brazil. / Alterações na matéria orgânica do solo (MOS) associadas à mudança de uso da terra (MUT) estão entre as principais fontes de incerteza em avaliações do ciclo de vida dos biocombustíveis. No Brasil, atualmente o maior produtor de cana-de-açúcar e o segundo maior produtor de bioetanol do mundo, os possíveis efeitos negativos da MUT geram questionamentos sobre a efetividade do bioetanol como uma opção sustentável. Grande parte da expansão da cana-de-açúcar ocorre em áreas de pastagem. Nesse sentido, conduziu-se um estudo no Centro-Sul do Brasil, a maior região produtora de cana-de-açúcar do mundo, objetivando-se avaliar os efeitos da MUT vegetação nativa - pastagem - cana-de-açúcar na MOS. A principal hipótese é que a conversão de pastagens degradadas para o cultivo da cana-de-açúcar melhore a qualidade e a quantidade da MOS. A conversão da vegetação nativa para pastagem induz significativas perdas de C no solo (1,01 Mg ha-1 ano-1). Já a conversão dessas pastagens para cana-de-açúcar associa-se a ganhos de C, a uma taxa de 1,97 Mg ha-1 ano-1 até 1m de profundidade. Além disso, avaliações da MOS restritas a camadas superficias relacionam-se a indesejáveis vieses em estudos de MUT. A principal diferença na composição molecular da MOS após a conversão de pastagens para cana-de-açúcar é o aumento na contribuição de formas menos estáveis de C, aspecto associado a alta adição de material vegetal ao solo em áreas de cana-de-açúcar sem queima. A conversão da vagetação nativa para pastagem diminui o C lábil (CL), bem como o índice de manejo de C (IMC), enquanto a conversão da pastagem para a cana-de-açúcar aumenta o IMC de acordo com todos os métodos avaliados. Nesse sentido, o método utilizado para quantificar o CL e o IMC é determinante ao se inferir sobre os efeitos da MUT na MOS. O modelo DayCent estimou que a conversão vegetação nativa-pastagem associa-se a perdas de C no solo de 0,34±0,03 Mg ha-1 ano-1, enquanto a conversão pastagem - cana-de-açúcar associa-se a ganhos de C a 0,16±0,04 Mg ha-1 ano-1 na camada de 0-0,3 m. Além disso, simulações mostraram decréscimos de 0,19±0,04 Mg ha-1 ano-1 do C do solo nas áreas de cana-de-açúcar com remoção de palha para produção de etanol de segunda gereção (2G). No entanto, a adoção de algumas práticas de manejo podem mitigar essas perdas, com destaque para a aplicação de vinhaça e torta de filtro (+0,14±0,03 Mg C ha-1 ano-1). Nosso estudo mostrou que a conversão de pastagens para cana-de-açúcar apresenta efeitos positivos na qualidade e na quantidade da MOS, favorecendo o balanço de C do etanol brasileiro. Nossos resultados endorsam o potencial da cana-de-açúcar em recuperar, parcialmente, os estoques de C em pastagens degradadas. No entanto, esses ganhos são altamente dependentes da alta adição de resíduos vegetais nas áreas de cana-de-açúcar, e a remoção de palha para produção de etanol 2G poderá afetar a MOS em áreas de expansão. Por fim, com base na disponibilidade de áreas e nos efeitos positivos sobre a MOS, meios para estimular a expansão da cana-de-açúcar em áreas de pastagem degradadas no Brasil devam ser considerados.

Land use change (LUC) induces modifications on soil organic matter (SOM), which is one of the main source of uncertainty in life cycle assessments of biofuels. In Brazil, currently the world largest producer of sugarcane and second biggest producer of bioethanol, the potential negative effects of LUC has raised doubts about the sugarcane ethanol as a sustainable option. Recently, most of sugarcane expansion has been placed over extensive pastures. Therefore, we conducted a field study within the south-central Brazil, the largest sugarcane-producing region in the world, to evaluate the effects of the most common LUC sequence in sugarcane expansion areas (i.e., conversions from native vegetation to pasture and from pasture to sugarcane) on SOM. Our main hypothesis is that the conversion of degraded pastures to unburnt sugarcane enhance SOM quantity and quality from sites in Brazil. Long-term conversion from native vegetation to pasture induced significant C stock losses (1.01 Mg ha-1 yr-1). In contrast, the conversion from pasture to sugarcane increased C stocks at a rate of 1.97 Mg ha-1 yr-1 down to 0-1.0 m depth. In addition, our findings indicated that SOM assessments restricted to the surface soil layers can generate bias in studies regarding LUC. The main difference in SOM molecular composition undergoing the conversion pasture-sugarcane was the notably higher contribution from compounds associated to fresh litter inputs in sugarcane areas, probably related to the high litter input in sugarcane fields under green management in Brazil. The conversion of areas under native vegetation to pasture decreases both the labile C (LC) and the C management index (CMI), whilst the conversion of pasture to sugarcane increased the CMI according to all evaluated methods. Additionally, the method used to quantify LC and CMI is critical to infer about the LUC effects on SOM. The DayCent model estimated that the conversion native vegetation-pasture caused C losses of 0.34±0.03 Mg ha-1 yr-1, whilst the conversion pasture-sugarcane resulted in C gains of 0.16±0.04 Mg ha-1 yr-1 down to 0.3 m depth. Moreover, simulations showed C decreases of 0.19±0.04 Mg ha-1 yr-1 in sugarcane areas with straw removal for second-generation (2G) ethanol production. However, our analysis suggested that adoption of some best management practices can mitigate these losses, highlighting the application of organic amendments (+0.14±0.03 Mg C ha-1 yr-1). Overall, our study showed that the conversion of pastures to sugarcane has positive effects on SOM quantity and quality, increasing the C savings of Brazilian sugarcane ethanol. Moreover, our findings endorse the potential of sugarcane production to partially recover SOM in degraded pastures. However, most of these gains greatly depends on the high litter input in sugarcane fields under green management, and straw removal for 2G ethanol production is likely to potentially affect SOM in areas of sugarcane expansion in Brazil. Finally, based on land availability and positive effects on SOM, we believe that stakeholders involved with the governance of bioethanol expansion should consider ways to incentivize sugarcane expansion on degraded pastures in Brazil. / Alterações na matéria orgânica do solo (MOS) associadas à mudança de uso da terra (MUT) estão entre as principais fontes de incerteza em avaliações do ciclo de vida dos biocombustíveis. No Brasil, atualmente o maior produtor de cana-de-açúcar e o segundo maior produtor de bioetanol do mundo, os possíveis efeitos negativos da MUT geram questionamentos sobre a efetividade do bioetanol como uma opção sustentável. Grande parte da expansão da cana-de-açúcar ocorre em áreas de pastagem. Nesse sentido, conduziu-se um estudo no Centro-Sul do Brasil, a maior região produtora de cana-de-açúcar do mundo, objetivando-se avaliar os efeitos da MUT vegetação nativa - pastagem - cana-de-açúcar na MOS. A principal hipótese é que a conversão de pastagens degradadas para o cultivo da cana-de-açúcar melhore a qualidade e a quantidade da MOS. A conversão da vegetação nativa para pastagem induz significativas perdas de C no solo (1,01 Mg ha-1 ano-1). Já a conversão dessas pastagens para cana-de-açúcar associa-se a ganhos de C, a uma taxa de 1,97 Mg ha-1 ano-1 até 1m de profundidade. Além disso, avaliações da MOS restritas a camadas superficias relacionam-se a indesejáveis vieses em estudos de MUT. A principal diferença na composição molecular da MOS após a conversão de pastagens para cana-de-açúcar é o aumento na contribuição de formas menos estáveis de C, aspecto associado a alta adição de material vegetal ao solo em áreas de cana-de-açúcar sem queima. A conversão da vagetação nativa para pastagem diminui o C lábil (CL), bem como o índice de manejo de C (IMC), enquanto a conversão da pastagem para a cana-de-açúcar aumenta o IMC de acordo com todos os métodos avaliados. Nesse sentido, o método utilizado para quantificar o CL e o IMC é determinante ao se inferir sobre os efeitos da MUT na MOS. O modelo DayCent estimou que a conversão vegetação nativa-pastagem associa-se a perdas de C no solo de 0,34±0,03 Mg ha-1 ano-1, enquanto a conversão pastagem - cana-de-açúcar associa-se a ganhos de C a 0,16±0,04 Mg ha-1 ano-1 na camada de 0-0,3 m. Além disso, simulações mostraram decréscimos de 0,19±0,04 Mg ha-1 ano-1 do C do solo nas áreas de cana-de-açúcar com remoção de palha para produção de etanol de segunda gereção (2G). No entanto, a adoção de algumas práticas de manejo podem mitigar essas perdas, com destaque para a aplicação de vinhaça e torta de filtro (+0,14±0,03 Mg C ha-1 ano-1). Nosso estudo mostrou que a conversão de pastagens para cana-de-açúcar apresenta efeitos positivos na qualidade e na quantidade da MOS, favorecendo o balanço de C do etanol brasileiro. Nossos resultados endorsam o potencial da cana-de-açúcar em recuperar, parcialmente, os estoques de C em pastagens degradadas. No entanto, esses ganhos são altamente dependentes da alta adição de resíduos vegetais nas áreas de cana-de-açúcar, e a remoção de palha para produção de etanol 2G poderá afetar a MOS em áreas de expansão. Por fim, com base na disponibilidade de áreas e nos efeitos positivos sobre a MOS, meios para estimular a expansão da cana-de-açúcar em áreas de pastagem degradadas no Brasil devam ser considerados.