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Previous issue date: 2016-08-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In recent years, Brazil has proposed policies to reduce emissions of greenhouse gases (GEE).
In this context, the aim of this study was to estimate the carbon stock (EC) from different
Brazilian soils under different agricultural uses and propose strategies that contribute to
mitigation of GEE emissions. The research was conducted in four stages: i) organization of a
soil database; ii) development of a pedotransfer function (PTF) for the estimation of bulk
density (DS) and evaluate the effect on estimate of EC; iii) estimation of the EC; and iv)
evaluation of potential EC by Brazilian agriculture. Data from 38.456 soil samples were
performed and, after standardization, they formed a database with 10.445 data samples
corresponding to 5.823 data for the 0-30 cm layer. These data covered all Brazilian states, all
classes of the Brazilian System of Soil Classification and nine types of land use: annual crop
in no-tillage system (SPD), annual crop in conventional tillage system, perennial crop, planted
forest, integrated crop-livestock (ILP) system, integrated crop-livestock-forest (ILPF) system,
pasture, uncovered soil and native vegetation. Many samples had no DS record, then 12 PTF
for DS estimation were developed using 974 soil samples. The performance of PTFs was
assessed by R2, and in the validation, the accuracy of prediction was measured based on the
mean error (ME), the mean absolute error (MAE), and the root mean squared error (RMSE).
All functions overestimated DS values and one of them (PTF 5) presented the best
performance. The evaluation of the estimated EC was made with 926 samples layer 0-30 cm,
using observed data DS (ECobs), estimated data DS from the PTF5 (ECest) and estimated
data DS from the null model (ECnull), in which the DS was given by the mean value of DS
observed. Based on the calculation of ME, MAE, the RMSE and comparison with ECobs
values, it was found that the ECnull values were overestimated and dispersed. It was
concluded at this stage that the null model was not a reliable alternative and PTF5 was applied
in 4.540 samples from 0-30 cm layer with missing DS. The estimated DS values ranged from
0,10 kg dm-3 at 1,92 kg dm-3 with a mean of 1,39 kg dm-3 and standard deviation of 0,19 kg
dm-3. The coefficient of variation was less than 15% configuring a homogeneous data. It was
made the EC calculation for 5.823 EC data for the layer 0-30 cm and these values were
grouped by types of land use and soil types. In grouping by type of land use, the lowest EC
values were observed in annual crop and native vegetation (0,10 Mg ha-1) and the largest
maximum values were observed in annual crop, pasture and native vegetation, with 297,3 Mg
ha-1, 259,9 Mg ha-1 and 253,6 Mg ha-1 respectively. In grouping by type of soil, it was
observed that a minimum value of 0,10 Mg ha-1 in an Argisol while maxima were observed in a Cambisol (297,3 Mg ha-1) and an Argisol (265,8 Mg ha-1). Three scenarios were developed
to estimate the potential increase of EC, from changes in management practices and land use.
In a scenario where 18% of the areas of annual crops adopt SPD, the increase in EC was 73,6
Gg. If 15 million hectares of degraded pastures were recovered with ILP system in 20% of the
area, and ILPF system in 10% of the area, the potential for increasing the EC would be 88.13
Gg. These values could represent an addition of 59,6 Gg of CO2, which could offset the 472,1
Gg CO2 emitted by the Brazilian agricultural sector in 2010, according to estimates by the
Ministry of Science, Technology and Innovation. It concludes that: i) the absence of DS data,
using a simple PTF is more appropriate than the use of the null model; ii) the detected errors
in the estimation of DS by PTF not propagate the EC calculation; iii) the proposed changes
would offset emissions from the Brazilian agricultural sector; and iv) the estimates presented
highlight the role of the agricultural sector in mitigating GEE emissions. / Nos últimos anos, o Brasil tem proposto políticas para diminuir as emissões de gases de efeito
estufa (GEE). Nesse contexto, o objetivo geral deste trabalho foi estimar o estoque de carbono
(EC) de diferentes solos brasileiros com diferentes usos agrícolas e propor estratégias que
contribuam para mitigação das emissões de GEE. A pesquisa foi desenvolvida em quatro
etapas: i) organização de um banco de dados de solos; ii) desenvolvimento de função de
pedotransferência (PTF) para a estimativa de densidade do solo (DS) e avaliação do efeito na
estimativa de EC; iii) estimativa do EC; e iv) potencial de EC pela agricultura brasileira.
Foram levantados dados de 38.456 amostras de solos que, após padronização, constituíram
um banco com dados de 10.445 amostras, que corresponderam a 5.823 dados para a camada
0-30 cm. Esses dados recobriram todos os estados brasileiros, todas as classes do Sistema
Brasileiro de Classificação de Solos e nove tipos de uso do solo: cultura anual em sistema de
plantio direto (SPD), cultura anual sem SPD, cultura perene, floresta plantada, integração
lavoura-pecuária (ILP), integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF), pastagem, solo
descoberto e vegetação nativa. Como muitas amostras não apresentavam registro de DS, 12
PTF foram desenvolvidas em um subconjunto de 974 amostras do banco de dados, sendo 664
amostras utilizadas para o desenvolvimento das PTFs e 310 utilizadas para teste. O
desempenho de cada PTF foi avaliado através do R2, e na validação, a acurácia da predição
foi medida pela comparação dos valores estimados com os observados, com base no cálculo
de erro médio (ME), do erro absoluto médio (MAE) e da raiz quadrada do erro quadrático
médio (RMSE). Todas as PTFs testadas superestimaram os valores de DS, porém, a PTF5
apresentou o melhor desempenho. A avaliação da estimativa de EC foi feita com 926
amostras da camada 0-30 cm, usando-se dados de DS observados (ECobs), dados de DS
estimados a partir da PTF5 (ECest) e dados de DS estimados a partir do modelo nulo
(ECnulo), no qual a DS é dada pelo valor médio das DS observadas. Com base no cálculo do
ME, da MAE, da RMSE e da comparação com os valores de ECobs, constatou-se que os
valores de ECnulo foram superestimados e dispersos. Concluiu-se nesta etapa que o modelo
nulo não era uma alternativa confiável e a PTF5 foi aplicada em 4.540 amostras de camada 0-
30 cm com DS faltante. Os valores de DS estimados variaram de 0,10 kg dm-3 a 1,92 kg dm-3,
com média de 1,39 kg dm-3 e desvio padrão de 0,19 kg dm-3. O coeficiente de variação foi
menor que 15%, configurando dados homogêneos. Foi feito o cálculo de EC para 5.823 dados
de EC referentes à camada 0-30 cm e esses valores foram agrupados por tipos de uso do solo
e por classes de solo. No agrupamento por tipos de uso do solo, os menores valores de EC foram observados em cultura anual e vegetação nativa (0,10 Mg ha-1) e o maiores valores
máximos foram observados em cultura anual, pastagem e vegetação nativa, com 297,3 Mg ha-
1, 259,9 Mg ha-1 e 253,6 Mg ha-1 respectivamente. No agrupamento por tipos de solo,
observou-se que um valor mínimo de 0,10 Mg ha-1 em um Argissolo enquanto que valores
máximos foram observados em um Cambissolo (297,3 Mg ha-1) e em um Argissolo (265,8
Mg ha-1). Foram elaborados três cenários para estimar o potencial de aumento de EC, a partir
de mudanças nas práticas de manejo e de uso do solo. Em um cenário de adoção de SPD em
18 % das áreas de culturas anuais, o aumento do EC seria de 73,6 Gg. Se 15 milhões de
hectares de pastagens degradadas forem recuperados com ILP, em 20% da área, e com ILPF,
em 10% da área, o potencial de aumento do EC seria de 88,13 Gg. Esses valores somados
representariam 593,6 Gg de CO2, que poderiam compensar os 472,1 Gg de CO2 emitidos pelo
setor agropecuário brasileiro em 2010, conforme estimativas do Ministério da Ciência,
Tecnologia e Inovação. Conclui-se que: i) na ausência de dados de DS, o uso de uma PTF
simples é mais indicado do que o uso do modelo nulo; ii) os erros detectados na estimativa de
DS por meio de PTF não se propagam no cálculo de EC; iii) as mudanças propostas
compensariam emissões do setor agrícola brasileiro; e iv) as estimativas apresentadas
ressaltam o papel do setor agropecuário na mitigação das emissões de GEE.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8586 |
| Date | 11 August 2016 |
| Creators | Cidin, Ana Carolina Martins |
| Contributors | Assad, Maria Leonor Ribeiro Casimiro Lopes |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Agricultura e Ambiente (Campus ARARAS), UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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