Estoque de Carbono e Quantificação das emissões de GEE na ... de... · Bruno Alves Embrapa Agrobiologia Workshop Embrapa Cerrados Mudanças Climáticas e Avaliação do Ciclo de

Estoque de Carbono e Quantificação das emissões de GEE na Agropecuária

Brasileira

Bruno Alves Embrapa Agrobiologia

Workshop Embrapa Cerrados Mudanças Climáticas e Avaliação do Ciclo de Vida 23 de agosto de 2012. Planaltina, DF.

Importância da agropecuária nas emissões de gases de efeito estufa no Brasil

1994 2005

22%

78%

Agricultura

Outros

Percentagens das emissões do setor sobre o total do país, estimados em equivalentes de CO2 (MCT, 2011)

Agropecuária

19%

81% Agricultura

Outros

Redução do desmatamento em 80% em 2011

A agricultura vai ganhar maior atenção internacional

Análise do Ciclo de Vida

Produto

• Sustentabilidade ambiental (legislação) • Identificação de ineficiências

Insumos, práticas e processos

Uso e descarte

Análise do impacto

Análise do Ciclo de Vida

Inventário

Com base nos fluxos de entrada e saída, quantificam-se a energia, materiais e água utilizados no sistema analisado, e as liberações ambientais, como as emissões para o ar, resíduos sólidos e líquidos, entre outros.

Emissões de gases de efeito estufa das atividades agrícolas

Gases de efeito estufa (Forster et al., 2007 – 4º.report IPCC) – dados de 2005

• CO2 – PAG = 1

379 ppm (de 1995 a 2005 – 1,9 ppm/ano)

• CH4 – PAG = 23 CO2

1,774 ppm (~ 0 ppm/ano)

• N2O – PAG = 296 CO2

319 ppb (~ 0,27%/ano; ~0,8 ppb/ano)

De onde vêm os gases de efeito estufa na agricultura?

CH4

N2O

Solos de áreas

inundadas,

fermentação entérica,

queimadas

Queimadas, FBN,

Fertilizantes, resíduos e

solo

CO2 Decomposição da

MOS, queimadas

Fontes fósseis

Emissões fósseis - As estimativas de materiais e alguns insumos tem sido feitas com base nos artigos de Dr. David Pimentel (Cornell, EUA) – espaço para aprimoramento

No caso dos insumos, é necessária a informação sobre a pegada de carbono.

Qual o impacto??

Consumo de energia fóssil em operações agrícolas para produção de cana-de-açúcar nas condições brasileiras

Aproximadamente 25 % do total (Soares et al 2009)

Quantidade de energia requerida nas etapas de fabricação, transporte e aplicação de fertilizantes, em termos de N, P e K

(adaptado de GELLINGS & PARMENTER, 2004).

Equivalem a 3,3 a 6,6 kg CO2eq por kg de N aplicado ao solo

10 a 25 % das emissões com uso de N

(IFA, 2010)

Emissões fósseis = 41 % do total na fase agrícola

Emissões de gases de efeito estufa (CO2, N2O e CH4) durante as etapas de produção e distribuição de etanol de cana-de-açúcar.

(Soares et al 2009)

O efeito sobre os estoques de C do solo não foram contabilizados!

Como incluir as possíveis emissões ou remoções de CO2 pelo solo??

MOS

CO2

C-palha

C-raízes

Parte aérea

A matéria orgânica (carbono) do solo é o

resultado líquido da deposição de resíduos

e de sua decomposição.

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

Carbono no solo

Tempo (anos)

Ocorrendo mudança de uso do solo, ou no manejo, espera-se que haja uma mudança de estoque de C no solo (para mais ou para menos), mas de efeito finito, ou seja até que um novo equilíbrio seja atingido.

Esto

qu

e d

e C

do

so

lo

+ C

- C

Estoque de C anterior

Mudanças nos estoques de C de solo de textura média manejado continuamente com cevada

Sem adubação

Com NPK

Com estercos

Com estercos até 1871 e depois sem adubação

(Johnston et al. 2009)

Tempo (anos)

Uma dos problemas é a referência inicial de tempo para se estimar o estoque de C do solo

Esto

qu

e d

e C

do

so

lo

+ C/ano + C/ano

+ C/ano O estoque não se altera

Estoques de C do solo para a camada de 0-80 cm quantificados para os anos 1997, 2000, 2003 e 2009, para as rotações R1 (soja-milho-trigo-aveia-tremoço), R2 (soja-milho-tremoço) e R3 (milho-trigo-aveia), em plantio direto (NT) e convencional (CT).

R2

60

75

90

105

120

ZT

CT

R3

Years

1997 2000 2003 2009

So

il C

sto

ck (

Mg

C h

a-1

)60

75

90

105

120

ZT

CT

A

B B

B

a

a a

b

ns ns ns ns

A AA

A

a aa

a

ns ns ns ns

R1

60

75

90

105

120

ZT

CT

AA

AA

bb

aa

ns ns ns *

Londrina, Paraná

Zotarelli et al 2012

Tempo (anos)

Outro problema é a referência de uso anterior (ponto de partida).

Esto

qu

e d

e C

do

so

lo

+ C/ano

+ C/ano

Histór. 2

Histórico 1

Mesmo manejo atual, estimativas de estoques de C do solo diferentes

Tempo

Nivel de equilibrio para o

sistema de cultivo

O efeito de determinado sistema de produção sobre a acumulação de C no solo vai depender do histórico do uso/manejo do solo

Estoque de C

Histórico 1

Histórico 2

Tempo (anos)

Esto

qu

e d

e C

do

so

lo

Mesmo manejo, iniciado em momentos em que os estoques de C do solo se encontravam em fases diferentes do processo de estabilização e em diferentes históricos

Diferentes históricos

Tempo (anos)

Brasil Cerrados CS CR Sul SS SR

Mu

dan

ça d

e e

sto

qu

e d

e C

do

so

lo

(M

g C

ha

-1 a

no

-1)

0

1

2

3

4

Variação anual de estoques de C do solo com o uso do plantio direto em comparação ao convencional

Brasil - mediana de +0,43 Mg C ha-1 ano-1, dentro de um intervalo que varia de +0,14 a +0,83 Mg C ha-1 ano-1, excluindo-se os outliers

(PBMC, 2012 – em preparação)

Incertezas nas estimativas de taxas de acumulação de estoques de C do solo

20 anos

Sistema 1

Sistema 2

Vegetação

nativa

Acumulação

Emissão

Tempo

Esto

que d

e C

do s

olo

Efeito do uso do solo sobre as mudanças nos estoques de C do solo

– IPCC 2006 - Estoque inicial de vegetação nativa, baseado em

combinação de solo e vegetação (clima)

Uma possibilidade: levar em conta o tempo de uso anterior, desde que se saiba que foi mantido relativamente inalterado por um período suficiente para que os estoques de C não estejam variando significativamente

Exemplo: Plantio convencional com soja-milho safrinha por mais de 20 anos (Centro Oeste?) Pastagens contínuas Cana-de-açúcar em manejo com queima em áreas de São Paulo O uso dos solos no ano de 1990 é uma referência inicial para iniciativas de mitigação

Deveríamos computar remoções ou taxas menores de perdas?

Se a referência for o sistema de plantio convencional, o plantio direto proporciona remoção de CO2 pelo solo. Se a vegetação nativa for a referência, em geral o uso do solo com lavouras ocasiona perdas de C do solo, independente do sistema ser convencional ou direto. Dependendo do referencial, a consideração do estoque de C do solo pode significar mais emissões de CO2 do que compensação de emissões de outros processos.

Mesmo com muitas incertezas, como considerar as taxas obtidas?

• Uma taxa de 0,4 Mg C ha-1 ano-1 não significa que é válida para 50 ou 100 anos.

• Na melhor das hipóteses, seria válida para 20 anos (tempo de estabilização dos estoques de C do solo).

• Como considerar o número para ACV?

Tempo (anos)

Tentativamente, poderia se estimar a taxa para um horizonte de 100 anos, seguindo a mesma tendência do que é feito para N2O e CH4

Estoque de C do solo

20 100

0,4 Mg C ha-1 ano-1

DC = 8 Mg C ha

0,08 Mg C ha-1 ano-1

Número para ACV

O tempo para a estabilização dos estoques de C do solo ?

As estimativas do modelo sugerem, para alguns casos, tempos de estabilização superiores a 30 anos

Variação nos estoques de C do solo (0-17,5 cm) em experimento de longo prazo com culturas anuais com manejos diferenciados (Bayer et al, 2006)

Quantificação das emissões de CO2

do solo

Avaliação de fluxos de CO2 – micrometeorlógicos

Balanço de C do solo

Monitoramentos de longo prazo

Cronossequências

Validação da cronossequência

Histórico de vegetação (análise isotópica de 13C pode ajudar)

Mesmo solo (mineralogia e textura)

Densidade do solo em profundidade

Localização na paisagem

Textura do solo em uma cronossequência floresta – pastagem - cana-de-açúcar











13C

-28-26-24-22-20-18

Depth (cm)0

20

40

60

80

100

Sugar Cane

Native vegetation

Pasture

Possível cronossequência Floresta – pastagem – cana-de-açúcar (RM Boddey – não publicado)

A matéria orgânica do solo guarda o sinal isotópico do resíduo que a originou. C4 – 13C de -12‰ C3 – 13C de -27‰






Profundidade de amostragem

C-total do solo

pro

fun

did

ade

Profundidade de amostragem Geralmente, a metodologia do IPCC é referência, com profundidade padrão de 30 cm.

Plantio direto

Plantio convencional

30 cm

Críticas quanto ao potencial do plantio direto em proporcionar um efeito positivo para os estoques de C do solo

Poderia ter o mesmo estoque mudando apenas a distribuição do C no perfil

Dados do Brasil mostram que seria mais correto considerar

a camada de 100 cm

A avaliação do estoque de C apenas na camada de 30 cm subestima em média 37% da taxa de remoção em relação a amostragem até 100 cm de profundidade.

Rotações com plantio de

leguminosas no inverno

(maior produção de resíduos

e mais N para formar MOS)

trigo/soja

aveia/milho

Latossolos amostrados em 30 e 100 cm de

profundidade.

Boddey et al. (Global Change Biology)

Taxa de acumulo de C Mg/ha/ano

0-30cm

Ta

xa

de

ac

um

ulo

de

C M

g/h

a/a

no

0-1

00cm

Deasfios para utilizar os estoques de C do solo em inventários de GEE para estudos de ACV

• Disponibilidade de dados bem referenciados no tempo, obtidos de estratégias de amostragem e análises laboratoriais adequadas.

• Exercícios teóricos , validados internacionalmente, que apontem taxas de mudanças de estoques de C para o horizonte da análise , considerando-se os fatores ambientais (modelagem de dados).

Emissões de N2O e CH4

Estimativas de índices para computar emissões de N2O

2OS1CRBNAMSNdireta2 EFFEFFFFFONN

Emissão direta decorrente do aumento de N disponível do solo

Emissão direta de N2O pelo cultivo de solos orgânicos

Combinação de dados de atividade com variáveis acessórias

Situação atual: temos que ir para o campo de forma organizada!!

Qualidade do resultado depende de:

1.Desenho da câmara

2.Forma e frequência de amostragem

3.Duração das amostragens

Produção de N2O do solo em área de arroz de terras altas sob PD em

Goiânia-GO

12/12 26/12 09/01 23/01 06/02 20/02 06/03 20/03 03/04 17/04

g

N-N

2O

m-2

h-1

0

50

100

150

200

Llu

via (

mm

)

0

20

40

60

80

A

BControl (sin fertilizante)

Fertilizado (30 + 60 kg N ha-1

)

Aplicación del fertilizante

5 dias

Ch

uva

s

Efeito de doses de N na forma de uréia, sobre os fluxos de N2O do solo

28/02 14/03 28/03 11/04 25/04 09/05 23/05 06/06 20/06

Pre

cip

itaç

ão (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

Tem

per

atu

ra (

ºC)

0

5

10

15

20

25

30

35

Precipitação

Temperatura média

28/02 14/03 28/03 11/04 25/04 09/05 23/05 06/06 20/06

ug N

2O

-N m

-2 h

-1

0

100

200

300

400

500

600

0 kg de N ha-1

40 kg de N ha-1

80 kg de N ha-1

120 kg de N ha-1

160 kg de N ha-1

Dias após a aplicação de ureia

0 30 60 90 120 150

% N

-N2O

0

20

40

60

80

100

1o ciclo

2o

ciclo

3o

ciclo

01/10 01/12 01/02 01/04 01/06 01/08 01/10 01/12 01/02 01/04 01/06

g N

-N2

O m

-2 h

-1

0

100

200

300

400

500

ploughing

disc harrowing

3º Cycle

N Fertilization2º Cycle

N Fertilization

1º Cycle

N Fertilization

Control (ploughed area) Urea (ploughed area)Control (non-ploughed area)

Fluxos de N2O na cultura do capim elefante após preparo do solo e aplicação de fertilizante nitrogenado

Emissão de N2O cumulativa, proveniente do fertilizante. Percentual da emissão total atribuída ao fertilizante.

Uso do solo

Ciclo de

avaliação1

(dias)

N-Fertilizante

(fonte kg N ha-1) Tipo de solo

FE baseado em

área de

referência (%)

Londrina, PR Latossolo

Vermelho

distroférrico

Milho SP rotação (ano 1 e 2) 136/141 Uréia – 80 0,05/0,04

Milho PD rotação (ano 1 e 2) 136/141 Uréia – 80 0,09/0,03

Passo Fundo, RS

Latossolo

Vermelho

escuro

Trigo PD rotação 137 Uréia – 40 0,13

Soja/trigo PD (ano 1 e 2) 1 ano Fert+Res –

120/116

0,56/0,81

Soja/trigo PC (ano 1 e 2) 1 ano Fert+Res –

126/133

0,47/0,52

Milho/trigo PD 1 ano Fert+Res – 162 0,41

Milho/trigo PC 1 ano Fert+Res – 141 0,70

Sorgo/trigo PD 1 ano Fert+Res – 193 0,24

Sorgo/trigo PC 1 ano Fert+Res – 193 0,29

Santo Antônio de Goiás, GO

Latossolo

Vermelho

Escuro

Milho PD sucessão 140 Uréia – 80 0,22

Arroz sequeiro PD (ano 1 e 2) 133/132 Uréia – 90 0,13/0,14

Feijão irrigado PD 149 Uréia – 80 0,12

Seropédica, RJ

Milho SP 120 Uréia – 50 0,16

Milho SP 120 Uréia – 100 Argissolo

Vermelho

Amarelo

0,35

Milho SP 120 Uréia – 150 0,33

Capim elefante 180 Uréia – 40 0,18




Fator de emissão de N2O

obtido de estudos feitos no

Brasil em solos agrícolas

Fator de emissão direta Dados medidos no Brasil

Média geral 0,30 % (0,20 – 0,47%)

Fator de emissão direta IPCC

1% (0,3 – 3%)

Fluxos de N2O de excretas de bovinos em pastagem de braquiaria em Santo Antonio de Goiás (verão)

-200

1800

3800

5800

7800

9800

11800

18/nov 7/jan 26/fev 17/abr 6/jun

g

N-N

2O

m-2

h-1

Controle

Urina

Fezes

FEurina = 2,57 e 1,61 %

FEfezes = 0,14 e 0,29 %

FEurina = 0,01%

FEfezes = 0,00%

verão inverno

excreta excreta

(Lessa, Madari, Urquiaga, Boddey e Alves -Em preparação)

Emissões de N2O da urina e fezes de bovinos

Esses dados preliminares indicam que o fator de emissão de N da urina está entre ~1,2 a 1,4 % e o N das fezes 0,1 a 0,2 %.

O valor do “Tier 1” do IPCC é 2%.

Em condições de pastagens extensivas raramente mais de 60 % do N se encontra excretado na urina, logo o fator de emissão ponderada ficaria ao redor de 0,5 a 0,7 %.

Emissões indiretas

• Volatilização de amônia e NOx

• Lixiviação e escorrimento superficial

• FracGASF – 10% / Medidos (0 – 73 %)

• FracLEACH- 30% / ??

• EF4 – 0,010 EF5 – 0,025 (altíssima incerteza)

Tempo

Carbono

do solo

N2O e CH4

Novo equilíbrio

Cumulativas

O estoque de C estabiliza com o tempo, mas as emissões de N2O se mantém

Obrigado!

Bruno Alves – [email protected]

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