Mudanças ambientais globais e o Mudanças ambientais globais e o

ciclo do nitrogêniociclo do nitrogênio

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

dinâmica

7) Eu gosto do N!!!

Tô indo no

supermercado.

Você quer

alguma coisa?

Fonte: Tattersall (2000) – Scientific American

Fonte: museum.agropolis.fr/english/pages/expos/fresque/carte_agriculture.htm

Milhi3.500 a.C.

Mandioca3.500 a.C.

Cofé?

Soja3.000 a.C.

Banana7.500 a.C.

Trigo8. 500 a.C.

http://www.roman-empire.net/maps/empire/extent/severus.html

Marcus Aurelius 161-180

Trajano98-117

Julius Caesar102 a.C. – 44 a.C.

Augustus63a.C. – 14 d.C.

MeioAquático

Atmosfera

N2

Plantas

NH3

FBNNH4 NO3

MIN. NITRIF.

DENITRIFICAÇÃON2O

Solo

FOTOSÍNTESE

N2

DENITRIFICAÇÃO

LIXIVIAÇÃO

N2 N2O

Raios

DEPOSIÇÃO

FBN

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 (

milh

ões

de

habs.

)1900

2000FBN

Sir 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

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Décadas

Popu

laçã

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ilhõe

s de

hab

.)

N-fert.escala industrial

Haber-Bosch

(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados

(1) (2)

(3) (4)

(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados

0

50

100

150

200

250

300

350

Hol

Chin

aUSA BR

África

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ti

0

50

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150

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Chin

aUSA BR

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Con

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e N

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1000150020002500300035004000

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Chin

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Hai

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ad

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er

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ita d

e

cere

ais

(g

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)

1500

2000

2500

3000

3500

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0

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1000150020002500300035004000

Hol

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e

cere

ais

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)

1500

2000

2500

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3500

4000

Hol

Chin

aUSA BR

África

Hai

ti

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

(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados

Floresta terra-firme25 kg N/ha.ano

Soja70 a 250 kg N/ha.ano

N2

N2N2

N2

N2

N2

N2

N2

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.

Produção 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

Décadas

Em

issã

o de

NO

x (m

ilhõe

s 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 degree resolution dataset of historical anthropogenic trace gas emissions for the period 1890-1990. Global Biogeochemical Cycles,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.

(2)Produção de energia

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: 160

Fixação 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 EffectsNFood

ProductionCrop Animal

People (Food; Fiber)

Soil

NO3

The Nitrogen Cascade

NH3

Norg

Forests &Grassland

Soil

OceanEffects

Galloway et al., 2003a

NO3

N-dep

N-dep

StratosphericEffects

N2O

N2O

EnergyProduction

OzoneEffects

Denitrificação

Galloway et al. (2004)

Fonte: Lara et al. (2004)

Deposição úmida de nitrogênio(kg N/ha.ano)

Campinas - SP 6.3

Bragança – SP 5.6

Ji-Paraná – RO 5.6

Piracicaba – SP 5.5

S.Maria da Serra – SP 4.8

Parque Intervales – SP 3.2

Balbina – AM 2.9

4.74.4

4.8pH= 4.9

Chuva ácida na bacia do rio PiracicabaChuva ácida na bacia do rio Piracicaba

4.7

Lara et al. (2003)

Amazônia – desmatamento2003: 23.000 km2

2004: 24.000 km2

Fonte: IBMA, hot pixel, 1998

Foto cedida por Paulo Artaxo

Lara et al. (submetido – Biogeochemistry)Foto cedida pelo IBAMA

Atmosphere

Terrestrial Ecosystems

Aquatic Ecosystems

Human Activities

Agroecosystem EffectsNFood

ProductionCrop Animal

People (Food; Fiber)

Soil

The Nitrogen Cascade

Norg

Galloway et al., 2003a

Forests &Grassland

Soil

Atmosphere

Terrestrial Ecosystems

Aquatic Ecosystems

Human Activities

Agroecosystem EffectsNFood

ProductionCrop Animal

People (Food; Fiber)

Soil

The Nitrogen Cascade

Norg

Galloway et al., 2003a

Urban centers

Atmosphere

Terrestrial Ecosystems

Aquatic Ecosystems

Human Activities

Agroecosystem EffectsNFood

ProductionCrop Animal

People (Food; Fiber)

Soil

The Nitrogen Cascade

Norg

Galloway et al., 2003a

Urban centers

N2, N2O

NO3, NH4, Norg

Atmosphere

Terrestrial Ecosystems

Aquatic Ecosystems

Human Activities

Agroecosystem EffectsNFood

ProductionCrop Animal

People (Food; Fiber)

Soil

The Nitrogen Cascade

Norg

Galloway et al., 2003a

Urban centers

N2, N2O

NO3, NH4, Norg

R u n o ff (m m .yr-1)

DIN

exp

ort (kg

.ha

-1.yr

-1)

50 60 70 80 90 100

200

300

400500600700800900 1000

2000

3000

40005000600070008000

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