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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.59.2018.tde-02012018-105554
Documento
Autor
Nome completo
Vitor Potenza Bossan
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2017
Orientador
Banca examinadora
Huaman, Carlos Alberto Martinez y (Presidente)
Branco, Roberto Botelho Ferraz
Domingues, Tomas Ferreira
Silva, Emerson Alves da
Título em português
Avaliação do ciclo do carbono em ecossistemas de pastagens tropicais em cenário futuro de mudanças climáticas
Palavras-chave em português
Aquecimento; Elevado CO2; Restrição hídrica; Forrageira tropical; Produtividade
Resumo em português
O aquecimento global e as alterações nos padrões de precipitação são algumas das mudanças observadas no clima do planeta nos últimos anos. Simultaneamente, observa-se o aumento da concentração de gás carbônico ([CO2]) na atmosfera, devido principalmente a ações antrópicas. A elevação da [CO2] e da temperatura atmosférica global podem intensificar o efeito estufa, alterar a dinâmica de trocas gasosas das plantas e o ciclo do carbono nos ecossistemas. Isso ocorre tanto por influencias na fotossíntese, quanto nas respirações auto e heterotrófica. Outros fatores, como a umidade do solo também podem interferir nestes processos. As pastagens são ecossistemas de relevante importância para o ser humano e impactantes na dinâmica global do ciclo do carbono. A agricultura é a mais ampla forma de uso antrópico do solo e estoca mais de 10% de todo carbono da biosfera. Com o intuito de investigar o impacto das mudanças climáticas na dinâmica do CO2 e no ciclo do carbono nos ecossistemas de pastagem, este trabalho teve como objetivo quantificar a produção de biomassa, o fluxo líquido de CO2 do ecossistema (NEE), a respiração do solo e o fluxo de metano em ecossistemas de pastagem tropical. Duas espécies forrageiras, Panicum maximum Jacq. Cv Mombaça (gramínea C4), e Stylosanthes capitata Vogel (Leguminosa C3), foram cultivadas sob elevada concentração de CO2 (600 mol mol-1), elevada temperatura atmosférica (+2 ºC) e restrição hídrica em sistema combinado FACE (Free-air carbon dioxide enrichment) e T-FACE (Temperature free-air controlled enhancement). A quantificação do NEE foi realizada por câmaras de topo aberto desenvolvidas pelo grupo de pesquisa especificamente para o estudo ecofisiológico integrado de todo o dossel e não apenas de uma fração da área foliar ou pela biomassa, que são atualmente as técnicas mais utilizadas. No experimento utilizando a leguminosa C3 foi observado diminuição na biomassa total acima do solo, pela diminuição da quantidade de folhas, em tratamento com elevada temperatura (eT) e um aumento na biomassa de caules em tratamento combinado de elevada [CO2] e temperatura (eC+eT). O NEE diurno aumentou sob tratamento de elevada [CO2] (eC). A respiração do solo no período noturno foi aumentada em todos os tratamentos. Não houve mudança no fluxo de metano. No segundo experimento, utilizando a gramínea C4, a biomassa de folhas sofreu aumento no tratamento combinado eC+eT, o NEE diurno aumentou sob eC e a respiração do solo noturno aumentou sob eC+eT. No terceiro experimento, também utilizando a gramínea C4, porém, com tratamentos de restrição hídrica e elevada temperatura, não foram observadas diferenças nos dados coletados. De maneira geral, as mudanças climáticas trarão alterações no ciclo do carbono dos ecossistemas de pastagem, sendo que a utilização da leguminosa C3 S. capitata pode acarretar em perdas de produtividade de folhagem e aceleração da fenologia. Já a gramínea C4 P. maximum se mostrou resistente a um clima futuro de seca e temperatura elevada e se beneficiou da maior [CO2], com maior fixação de carbono pelo ecossistema e produção de biomassa de folhas, sendo assim uma boa opção para a produção de forragem em pastagens tropicais.
Título em inglês
Evaluation of the carbon cycle in tropical pasture ecosystems in future climate change scenario
Palavras-chave em inglês
Heating; Elevated CO2; Water shortage; Tropical forage; Productivity
Resumo em inglês
Global warming and changes in the rain patterns are some of the changes observed in the weather of the planet in the last years. Simultaneously, it has been observed increases in the atmospheres concentration of carbon dioxide ([CO2]), mainly by anthropic actions. The rising [CO2] and atmospheric temperature may intensify the greenhouse effect, modify the dynamic of plant gas exchange and the carbon cycle in the ecosystems. These changes occur by effects in the photosynthesis and respiration (auto and heterotrophic). Other factors, as soil moisture, may also affect these processes. Grasslands are ecosystems of importance to the humanity and of impact to the global carbon circle dynamic. Agriculture is the main anthropic land use and stores more than 10% of all carbon in the biosphere. With the aim of investigate the impact of climate changes in the dynamic of CO2 and carbon cycle in tropical grassland ecosystems, this work had as objective to quantify the production of biomass, the net flux of CO2 of the ecosystem (NEE), the soil respiration and methane flux in tropical grassland ecosystems. Two forage plant species, Panicum maximum Jacq. Cv Mombaça (C4 grass), and Stylosanthes capitata Vogel (C3 legume), were cultivated under elevated CO2 concentration (600 mol mol-1), elevated atmospheric temperature (+2 °C) and water shortage in a Free-air carbon dioxide enrichment (FACE) and Temperature free-air controlled enhancement (T-FACE) combined system. The NEE quantification was realized by open top chambers developed by the research group specifically for the integrated ecophysiological study of the whole canopy and not just a fraction of leaf area or the biomass, which are the most commonly used technics nowadays. In the experiment using the C3 legume was observed a decrease in total above-ground biomass, by the reduction of leaf biomass, in treatment with elevated temperature (eT) and an increase of stems biomass in the combined treatment of elevated [CO2] and temperature (eC+eT). The diurnal NEE increased under elevated [CO2] (eC). The night soil respiration was increased in all three treatments. There were no changes in the methane flux. In the second experiment, utilizing the C4 grass, the leaves biomass increased under eC+eT, the diurnal NEE increased in the eC treatment and the night soil respiration also increased under eC+eT. In the third experiment, with the same C4, however, with water shortage and elevated temperature treatments, there were no differences in the collected data. Overall, the climate changes will bring alterations in the carbon cycle of grassland ecosystems, therefore, the use of the C3 legume S. capitata might entail in losses in foliage productivity and phenology acceleration. On the other hand, the C4 grass P. maximum showed resistance to a future climate with drought and elevated temperature, and benefited from the higher [CO2], with greater carbon fixation by the ecosystem and production of leaf biomass, being a good option for forage production in tropical pastures.
 
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Data de Publicação
2018-03-19
 
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