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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2015.tde-20102015-144954
Documento
Autor
Nome completo
Rita de Cássia Alves de Freitas
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2015
Orientador
Banca examinadora
Cerri, Carlos Eduardo Pellegrino (Presidente)
Alleoni, Luis Reynaldo Ferracciú
Andrade, Cristiano Alberto de
Carvalho, João Luis Nunes
Cooper, Miguel
Título em português
Estoques de carbono e nitrogênio do solo e fluxo de gases do efeito estufa em solos cultivados com pinhão manso (Jatropha spp.)
Palavras-chave em português
Biodiesel
Doses de nitrogênio
Fator de emissão de N2O
Matéria orgânica do solo
Mudança do uso da terra
Resumo em português
O cultivo de pinhão manso é indicado como uma opção multi-propósito já que além de ser utilizado como matéria-prima para produção de biodiesel, reduzindo as emissões de gases do efeito estufa (GEE) quando este biocombustível é utilizado em substituição aos combustíveis fósseis, também pode estocar C no solo. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o potencial de sequestro de C no solo em cultivos de pinhão manso, bem como as alterações na qualidade da matéria orgânica do solo (MOS). Para tanto, foram quantificados os estoques de C e N do solo e os fluxos de GEE em cultivos de pinhão manso. O cálculo das taxas de sequestro de C no solo foi efetuado pela diferença entre o acúmulo de C no solo e as emissões de GEE, expressos em C equivalente (C-eq). A qualidade da MOS foi avaliada por meio da análise isotópica, fracionamento físico, índice de manejo do C (IMC), grau de humificação (HFIL) e teores de C e N na biomassa microbiana. A conversão da vegetação nativa em agroecossistemas alterou a quantidade e composição da MOS nos biomas Cerrado, Mata Atlântica e Caatinga, especialmente nas camadas superficiais. O cultivo de pinhão manso manteve os teores e estoques de C e N do solo, independentemente do uso da terra anterior (pastagem, milho ou vegetação nativa), com tendência de aumento em função do tempo de cultivo da cultura. Adicionalmente, a análise isotópica do C e N demostrou que a partir de dois anos de cultivo do pinhão manso há mudanças na composição da MOS. As contribuições do C derivado dos resíduos vegetais do pinhão manso para o C total do solo atingiram 11,5% após 7 anos de cultivo, na camada 0-30 cm. O cultivo de pinhão manso aumentou os teores de C nas frações da MOS, o IMC e os teores de C e N da biomassa microbiana em função do tempo de implantação da cultura, o que evidencia o potencial de melhoria da qualidade da MOS desse sistema a longo prazo. O HFIL foi menor nas áreas de pinhão manso em relação à vegetação nativa, indicando que os incrementos nos teores de C nessas áreas estão associados ao aumento da matéria orgânica menos estável e que a preservação seletiva não é o principal mecanismo de acumulação de C em solos sob pinhão manso. Os fatores de emissão de N2O variaram de 0,21 a 0,46% para doses inferiores à 150 kg ha-1, sendo emitidos 0,0362 Mg ha-1 ano-1 de C-eq quando aplicada a dose média usual no cultivo de pinhão manso (75 kg ha-1 ano-1). O balanço anual entre o acúmulo de C no solo e a emissão dos GEE mostrou que o cultivo de pinhão manso por 7 anos produz saldo positivo, que significou um sequestro de 0,6 Mg ha-1 ano-1 em C-eq. O presente estudo é pioneiro no Brasil e os resultados gerados nesta pesquisa são base para a análise de ciclo de vida do pinhão manso como matéria prima para a produção de biodiesel.
Título em inglês
Carbon and nitrogen storage in soil and greenhouse gases emission in areas cultivated with Jatropha spp
Palavras-chave em inglês
Biodiesel
Land use change
N2O emission factor
Nitrogen doses
Soil Organic Matter
Resumo em inglês
Jatropha cultivation is pointed as a multipurpose option whether is used for biodiesel production reducing greenhouse gases (GHG) emissions when replaces the need for fossil fuels, and also for storing C in the soil. The overall objective of this work was to evaluate the C sequestration potential of soil cultivated with Jatropha, as well as the variations in soil organic matter (SOM) quality. Therefore, C and N stocks were determined and GHG fluxes were measured in Jatropha cultivation. The difference between results from soil C storage and GHG emissions were used to calculate the C sequestration rates, defined as the C-equivalent (C-eq). SOM quality was assessed by isotopic analysis, physical fractioning, C management index (CMI), humufication degree (HFIL) and microbial C and N content. Land use change from native vegetation to agroecosystems altered the amount and composition of soil organic matter located in biomes of Cerrado, Atlantic Forest and Caatinga, especially within the surface layers. Jatropha cultivation preserved soil N and C stocks and contents, regardless of previous land use management (pasture, maize or native vegetation), proning to increase with cultivation time. Additionally, the isotopic analysis of C and N showed changes in SOM after two years with Jatropha cultivation. After 7 years of cultivation, the contribution of carbon derived from Jatropha residues to the total amount of the element stored within the 0-30 cm layer of soil reached 11.5%. The Jatropha cultivation increased the C contents in SOM, the CMI and microbial C and N contents along with cultivation time, which highlights the potential of Jatropha cultivation to improve SOM quality in the long term. HFIL of the areas with Jatropha cultivation showed lower values compared to the native vegetation. This indicates the increments of C contents for the areas planted with Jatropha are associated to the increase of the less stable portion of SOM and that the selective preservation is not the main mechanism responsible for C accumulation in soils under Jatropha cultivation. The N2O emission factors ranged from 0.21 to 0.46% for the doses up to 150 kg ha-1. Considering the average N fertilization rates applied annually in comercial Jatropha cultivation (75 kg ha-1 yr-1), the crop is responsible for the emission of 0.0362 Mg ha-1 yr-1 of C-eq. Moreover, the annual balance between soil C storage and GHG emission indicated that Jatropha cultivation for 7 years is able to contribute to the carbon sequestration accounting for 0.6 Mg ha- 1 yr-1 of C-eq stored in the soil. This study is pioneer in Brazil and the results generated in this research are basis for life cycle analysis of the Jatropha as a feedstock for biodiesel production in Brazil.
 
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Data de Publicação
2015-10-26
 
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