Embed Size (px)
Citation preview
XIII SBSRXIII SBSRFlorianópolis - SC
Mudanças ambientais globais e o ciclo Mudanças ambientais globais e o ciclo do nitrogêniodo nitrogênio
Luiz Antonio MartinelliCENA-USP
Qual a importância do N?
1) O N limita a produção primária na maioria dos ecossistemas.2) Portanto, limita a aquisição de carbono e regula o ciclo deste elemento.3) Conseqüentemente regula a dinâmica e a composição da maioria dos ecos-sistemas.4) É extremamente móvel na natureza, seu estado de oxidação varia de -5 a +3,tendo inclusive uma importante fase gasosa.5) Sendo um fator limitante na agricultura, o N passa a ter um valor econômico,além de ecológico.6) O homem, na busca de alimento, tem exercido enorme influencia na sua dinâmica7) Eu gosto do N!!!
Tô indo no supermercado.
Você quer algumacoisa?
Fonte: Tattersall (2000) – Scientific American
Milhi3.500 a.C.
Mandioca3.500 a.C.
Cofé?
Soja3.000 a.C.
Banana7.500 a.C.
Trigo8. 500 a.C.
Fonte: museum.agropolis.fr/english/pages/expos/fresque/carte_agriculture.htm
Marcus Aurelius161-180
Trajano98-117
Julius Caesar102 a.C. – 44 a.C
Augustus63a.C. – 14 d.C.
http://www.roman-empire.net/maps/empire/extent/severus.html
MeioAquático
Atmosfera
N2
Plantas
NH3
NH4 NO3MIN. NITRIF.
N2O
Solo
FOTOSÍNTESE
N2
LIXIVIAÇÃO
N2 N2ODEPOSIÇÃO
FBN
DENITRIFICAÇÃO
FBN
Raios
DENITRIFICAÇÃO
N NN2 + 3H2 + Energia 2NH3
N2
NH3
1
10
100
1000
10000
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Anos (x1000)
Popu
laçã
o m
undi
al (m
ilhõe
s de
hab
s.)
1900
2000FBNSir William Crookes
Fritz Haber (1864-1934)
•Prêmio Nobel em 1918•Síntese da amônia•Primeiro teste em escalacomercial: 1909
Carl Bosch (1874-1940)
•Prêmio Nobel em 1931•BASF – síntese da amôniaem escala industrial• Catalisador – Fe x Ur
N2(g) + 3H2(g) <--> 2NH3(g)
CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g)
T – 450oC P – 200atm
O processo Haber-Bosch
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
1.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Décadas
Popu
laçã
o (b
ilhõe
s de
hab
.)
N-fert.escala industrial
Haber-Bosch
(1) (2)
(3) (4)
050
100150200250300350
Hol
China USA BR
Áfric
a Ha
iti
0
50
100
150
200
Hol
China USA BR
Áfric
a Ha
iti
Cons
umo
anua
l de
N-f
ert
(kg/
habi
tant
e)
0500
1000150020002500300035004000
Hol
China USA BR
Áfric
a Ha
iti
Dispo
nibi
lidad
e pe
r ca
pita
de
cere
ais
(g/h
ab.d
ia)
1500
2000
2500
3000
3500
4000Ho
lCh
ina USA BR
Áfric
a Ha
itiEner
gia
disp
onível (kc
al/h
ab.d
ia)
050
100150200250300350
Hol
China USA BR
Áfric
a Ha
iti
Cons
umo
de N
fer
t(k
g/ha
)
0
50
100
150
200
Hol
China USA BR
Áfric
a Ha
iti
0500
1000150020002500300035004000
Hol
China USA BR
Áfric
a Ha
iti
Dispo
nibi
lidad
e pe
r ca
pita
de
cere
ais
(g/h
ab.d
ia)
1500
2000
2500
3000
3500
4000Ho
lCh
ina USA BR
Áfric
a Ha
iti
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
Resumo: Consumo de N-fertilizantes
•2002: 85 milhões de toneladas de N
(maior consumidor – CHINA – 25 milhões de toneladas)
•50% do N necessário para a produção de alimentos vêm dos
fertilizantes. Seria difícil viver sem eles.
•65% utilizado na produção de cereais
•Distribuição não uniforme
1 hectare na HOLANDA recebe 300 toneladas de N por ano
1 hectare no HAITI recebe anualmente 9 toneladas de N por ano
Floresta terra-firme25 kg N/ha.ano
Soja70 a 250 kg N/ha.ano
N2
N2N2
N2
N2
N2
N2N2
N2
Resumo: cultivo de leguminosas e outras plantas fixadoras
•2002: 30 milhões de toneladas de N
(Fixação não induzida produz cerca de 110 milhões de toneladas de N)
•Detalhe importante: fixação de N na soja ocorre principalmente no Brasil,
através de seleção de variedades fixadoras. Estima-se que no Brasil a soja
fixe cerca de 70 a 80% do N que necessita durante seu ciclo.
(2)Produção de energiaProdução termal
N2 + O2 = 2NO
N-orgânico pirólise
X-CH2NH2 + 3O2 = CO2 + 2 H20 + NO2 + X
NOx = NO + NO2
(2)Produção de energia
0
5
10
15
20
25
1890 1910
1930
1950
1970
1990
Décadas
Emissã
o de
NOx
(milh
ões
de
tone
lada
s de
N)
Van Aardenne, J.A., Dentener, F.J., Olivier, J.G.J., Klein Goldewijk, C.G.M. and J. Lelieveld(2001) A 1 x 1 degreeresolution dataset of historicalanthropogenic trace gas emissions for theperiod 1890-1990. Global BiogeochemicalCycles,15(4), 909-928.
(2)Produção de energia
Resumo: Produção de Energia
•2002: 30 milhões de toneladas de N
(emissão de NOx durante queima de com. fósseis)
•Detalhe importante: tempo de residência na atmosfera de 5 dias. Portanto,
maioria do N é depositado onde foi produzido.
•Observação: N2O que é um gás importante no aumento do efeito estufa é
muito pouco produzido pela queima de combustíveis fósseis.
Contabilidade sobre o N convertido** pelo Homem em 2002 (milhões de toneladas por ano)
**convertido: N-atmosférico não reativo N reativo
•Produção de N-Fertilizantes: 85•Processos industriais: 15 (não mostrados)
• Produção de Energia: 30•Cultivo de Fixadoras: 30
TOTAL Nr: 160Fixação Biológica Natural: 110
TOTAL: 270 milhões de toneladas
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
A pergunta que não quer calar…
•2002: 6.2 bilhões de habitantes
•Ser humano: 2 kg N/ano
•Humanidade: 12 milhões de toneladas de N por ano
•Nr – criado pelo Homem: 160 milhões de toneladas de N por ano
• 160 – 12 : 148 milhões de toneladas de N por ano
•Qual o destino desses 148 milhões que estão sendo criados?
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Human Activities Groundwater Effects
Surface waterEffects
CoastalEffects
PM &VisibilityEffects
Agroecosystem EffectsFood
ProductionCrop Animal
People (Food; Fiber)
Soil
NO3
NH3
Forests &Grassland
Soil
OceanEffects
NO3
N-dep
N-dep
StratosphericEffects
N2O
N2O
EnergyProduction
OzoneEffects
N
Norg
The NitrogenCascade
DenitrificaçãoGalloway et al., 2003a
Galloway et al. (2004)
Deposição úmida de nitrogênio(kg N/ha.ano)
5.6Ji-Paraná – RO
2.9Balbina – AM
3.2Parque Intervales – SP4.8S.Maria da Serra – SP5.5Piracicaba – SP
5.6Bragança – SP6.3Campinas - SP
Fonte: Lara et al. (2004)
ChuvaChuva ácidaácida nana baciabacia do do riorio PiracicabaPiracicaba
4.74.4
4.8pH= 4.9
4.7
Lara et al. (2003)
Foto cedida por Paulo Artaxo
Amazônia – desmatamento2003: 23.000 km2
2004: 24.000 km2
Fonte: IBMA, hot pixel, 1998
Foto cedida pelo IBAMA Lara et al. (submetido – Biogeochemistry)
Human Activities
FoodProduction
People (Food; Fiber)
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Agroecosystem Effects
Crop Animal
Soil
Forests &Grassland
Soil
N
Norg
The NitrogenCascade
Galloway et al., 2003a
Human Activities
FoodProduction
People (Food; Fiber)
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Agroecosystem Effects
Crop Animal
Soil
Urban centersN
Aquatic Ecosystems
Norg
The NitrogenCascade
Galloway et al., 2003a
Human Activities
FoodProduction
People (Food; Fiber)
AtmosphereN2, N2O
Terrestrial Ecosystems
Agroecosystem Effects
Crop Animal
Soil
Urban centersN
Aquatic Ecosystems
NO3, NH4, Norg
Norg
The NitrogenCascade
Galloway et al., 2003a
Human Activities
FoodProduction
People (Food; Fiber)
Atmosphere
N2, N2O
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Agroecosystem Effects
Crop Animal
Soil
Urban centers
NO3, NH4, Norg
N
Norg
The NitrogenCascade
Galloway et al., 2003a
Run off (mm .yr-1)
DIN
exp
ort (
kg.h
a-1
.yr-1
)
50 60 70 80 90 100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0,05
0,50
5,00
50,00
São PauloAm azon
Chile (Andes): 9,527mm – 0.9 kg.ha-1.yr-1 (Oyarzun et al., 2004)
•MUNDO•852 milhões de pessoas mal nutridas no mundo
•815 milhões em países em desenvolvimento•15% do mundo passa fome!!!
• 1.2 bilhões de pessoas vivem com menos de US$ 1/dia
•17% da população do mundo não tem acesso a água potável
• 40% não tem acesso a serviços de saneamento
• BRASIL•15.6 milhões de pessoas mal nutridas no país
• 9% da população passa fome!!!
SERÁ QUE ESTÁ VALENDO A PENA?
Summary
-Knowledge gaps at the national level -
• Improve measurements on nitrogen biological fixation in natural systems
• Keep an eye in the four Cs (citrus – cellulose – coffee - cane)
• Monitoring network on nitrogen wet and dry deposition
• Monitoring network on euthrophication of reservoirs and estuaries
•Proposition of public policies
