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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2007.tde-14092007-140801
Documento
Autor
Nome completo
Marcelo Valadares Galdos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2007
Orientador
Banca examinadora
Cerri, Carlos Clemente (Presidente)
Campos, Dinailson Corrêa de
Cerri, Carlos Eduardo Pellegrino
Mazza, Jairo Antonio
Mendonça, Eduardo de Sá
Título em português
Dinâmica do carbono do solo no agrossistema cana-de-açúcar
Palavras-chave em português
Cana-de-açúcar
Carbono
Efeito estufa
Matéria orgânica do solo
Modelagem de dados
Queimada
Resumo em português
No contexto da atual busca por alternativas ao consumo de combustíveis fósseis, a cultura da cana-de-açúcar tem sido apontada como uma das mais viáveis fontes de combustível renovável a partir da biomassa. A tradicional colheita manual, feita após a queima da palhada para facilitar o corte e o transporte, vem sendo substituída pela colheita mecanizada, sem queima, por razões econômicas, legais e ambientais. Sabe-se que a manutenção da palhada sobre o solo influencia a dinâmica de água, nutrientes e matéria orgânica do solo, mas seus efeitos ainda não são suficientemente conhecidos, principalmente no longo prazo. O objetivo esta pesquisa é simular, através de modelagem matemática, a dinâmica do carbono do solo no agrossistema canade- açúcar. Medidas no campo foram efetuadas em uma das áreas a mais tempo sob cultivo de cana-de-açúcar no Brasil, localizada nas terras da Usina São Martinho, em Pradópolis, São Paulo. Foram analisadas duas cronossequências em talhões reformados e plantados com cana há 2, 4, 6 e 8 anos, com e sem queima pré-colheita, em áreas com histórico de cultivo de cana-de-açúcar por cerca de 50 anos. Os efeitos da queima e da manutenção da palhada sobre o carbono total, carbono da matéria orgânica particulada e carbono da biomassa microbiana foram avaliados. As determinações de carbono da biomassa microbiana e da matéria orgânica particulada mostraramse mais sensíveis à mudança de manejo da palhada do que o carbono total. A área com maior tempo de adoção do sistema de manejo sem queima, oito anos, na camada superficial, apresentou maiores teores de carbono total (30% maior), carbono da biomassa microbiana (2,5 vezes maior), e carbono da matéria orgânica particulada (3,8 vezes maior). O estoque de carbono total, corrigido para diferenças de densidade entre as áreas, foi maior nas áreas sem queima, principalmente na área com oito anos. A aplicação do modelo CENTURY, requereu adaptação para a dinâmica de decomposição da palhada de cana-de-açúcar. Para tanto, o modelo foi testado em cinco áreas diferentes no Brasil e na Austrália, com dados de experimentos de decomposição de palhada. A principal adaptação feita ao modelo CENTURY foi a definição da espessura da camada de palha mais próxima do solo, mais vulnerável à decomposição. Essa camada, que anteriormente era considerada praticamente ilimitada (5.000 g C m-2) no modelo, foi fixada em 110 g C m-2. Esta modificação proporcionou melhora na correlação entre dados medidos e simulados, aumentando o R2 de 0,79 para 0,93. Uma vez adaptado para simular a decomposição da palhada, o modelo CENTURY foi aplicado na simulação da dinâmica temporal da produção de colmos e do carbono do solo. Foram usados dados de experimentos conduzidos por períodos de 12 meses a 60 anos, provenientes de Goiana e Timbaúba (PE), Brasil; Pradópolis (SP), Brasil; e Mount Edgecombe, Kwazulu-Natal, África do Sul. O modelo CENTURY foi capaz de simular de forma satisfatória a dinâmica temporal do carbono do dos colmos (R2=0,76) e do solo (R2 =0,89). Em seguida, o modelo foi usado para fazer predições em longo prazo do estoque de carbono nos dois sistemas de manejo de palhada estudados. As predições realizadas a partir dos dados dos experimentos de campo revelam que a há, em longo prazo, uma tendência de maiores estoques de carbono no manejo sem queima da palhada. Este acréscimo no estoque é condicionado por fatores como condições climáticas, textura do solo, tempo de implantação do sistema sem queima e manejo da adubação nitrogenada.
Título em inglês
Soil carbon dynamics under sugarcane
Palavras-chave em inglês
Burning
Carbon
Data modeling
Efect
Green house
Soil organic matter
Sugarcane
Resumo em inglês
Sugarcane has been considered one of the most feasible renewable fuel crops, in the current search for alternatives to fossil fuel. The crop has been traditionally burned to make manual harvest easier, but there has been an increase in the area harvested mechanically and without burning, due to economic, legal and environmental issues. The maintenance of sugarcane litter on the soil affects water, nutrient and organic matter dynamics, but the long term effects of this practice are still not sufficiently understood, especially in the long term. The goal of this work is to simulate, through mathematical modeling, soil carbon dynamics under sugarcane. Soil samples were collected in one of the areas with a long term history of unburned sugarcane in Brazil, at the Sao Martinho farm in Pradopolis, Sao Paulo. Two chronosequences, composed by sugarcane fields that were reformed and planted 2, 4, 6 and 8 years with and without burning, in areas that had been cultivated with sugarcane for close to 50 years. Total carbon, particulate organic matter carbon and microbial biomass carbon were evaluated in the burned and unburned cane plots. The soil microbial biomass carbon and particulate organic matter carbon were more sensitive to litter management changes that total carbon. The area with the longest period of adoption of the unburned management, eight years, had higher content of total carbon (30% higher), microbial biomass carbon (by a factor of 2.5), particulate organic matter carbon (by a factor of 3.8) than the area where the residues were burned. The total carbon stocks, after correction for density differences, were also higher in the unburned treatment, markedly in the area with eight years of green cane management. In order to adapt the CENTURY model to simulate sugarcane litter decomposition, data from five experiments in Brazil and Australia were used. The main adaptation performed in the model was setting the limit for the mass of litter closer to the soil, more vulnerable to decomposition, to 110 gCm-2. This parameter was previously set at a high value, 5.000 gCm-2. This change caused an improvement in the correlation between simulated and observed data, with an R2 of 0.79 before the change, and 0.93 after the change. Once the changes were made to the model, CENTURY was used to simulate the temporal dynamics of stalk production and soil carbon. Data from experiments with different durations, from 12 months to 60 years, were used. The experiment sites were: Goiana and Timbauba, Pernambuco, Brazil; Pradopolis, Sao Paulo, Brazil; and Mount Edgecombe, Kwazulu- Natal, South Africa. The CENTURY model was able to simulate well the temporal dynamics of the stalk (R2=0.76) and of the soil carbon (R2 =0.89). Finally, the model was used to simulate long term scenarios considering the two litter management systems studied. The predictions made from the field experiments data reveal that there is, in the long term, a trend for higher carbon stocks in the unburned system. This increment in stock is conditioned by factors such as climate, soil texture, time of adoption of the unburned system, and nitrogen fertilizer management.
 
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MarceloGaldos.pdf (680.31 Kbytes)
Data de Publicação
2007-09-26
 
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