i
INSTITUTO AGRONÔMICO
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRICULTURA TROPICAL E
SUBTROPICAL
EMISSÃO DE N2O E OPÇÕES DE MITIGAÇÃO PELA
APLICAÇÃO DE FERTILIZANTES NITROGENADOS
NO CULTIVO DE CANA-DE-AÇÚCAR
JOHNNY RODRIGUES SOARES
Orientador: Heitor Cantarella
Tese submetida como requisito parcial para
obtenção do grau de Doutor em Agricultura
Tropical e Subtropical, Área de Concentração
em Gestão de Recursos Agroambientais
Campinas, SP
Março 2016
ii
iii
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela presença constante em minha vida;
Aos meus pais Geraldo e Lilian, pela educação, incentivo, carinho e convívio diário;
Ao Instituto Agronômico (IAC), por meio do programa de Pós-Graduação em
Agricultura Tropical e Subtropical, pela oportunidade de realização do curso;
Ao Dr. Heitor Cantarella, pesquisador do IAC, pela orientação, ensinamentos
transmitidos, convivência, incentivo e esclarecimento das dúvidas surgidas durante curso;
À Dra. Janaina B. do Carmo, professora da Universidade Federal de São Carlos
(UFSCAR) em Sorocaba, pela corientação, a oportunidade de desenvolver parte da pesquisa
no Instituto Holandês de Ecologia (NIOO), o ensinamento e discussão dos dados;
À Dra. Eiko E. Kuramae, pesquisadora do NIOO, pela orientação durante os 9 meses
que fiquei na Holanda, o ensinamento, convivência e incentivo;
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior (CAPES) pela
concessão da bolsa de estudo; à CAPES/NUFFIC 037/12 pela concessão da bolsa sanduiche;
à FAPESP/BIOEN 2008/56147-1 e FAPESP/BE-BASIC F08.002.06 pela concessão de
recursos para os projetos; à empresa de fertilizantes Produquímica, pelo fornecimento do
fertilizante de liberação controlada;
Aos pesquisadores Dra. Regina C. M. Pires, Dr. Eduardo C. Machado e o pessoal de
apoio da Fazenda Santa Elisa (IAC), pela ajuda na área experimental de Campinas;
À Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios (APTA) em Piracicaba e Jaú, em
especial aos pesquisadores Fábio L. F. Dias, André C. Vitti, Raffaella Rossetto, Glauber J. C.
Gava e todo o pessoal de apoio nessas sedes, pela ajuda nas áreas experimentais,
ensinamentos, discussão dos dados, e pelo convívio nesses anos;
Aos amigos do grupo de orientação no IAC, Vitor, Rafael, Acácio, Késia, Iracema,
Lauren, Cybeli, Hélio, Zaqueu, José Luís, Leonardo Pitombo, Luciana, Gustavo, Tássia,
Ricardo Fernanda, Giulia, Mario, Juliana, Pedro, Romildo, Lucas, Artur, Reginaldo, Raquel,
Diogo, Paula, Cristiano, Leonardo, Carol, Bruna e Louise pela ajuda extraordinária e
recíproca nos diversos experimentos de cada um (virada de noite no cromatógrafo, coleta de
gás no campo das 6h às 22h, trabalho nos sábados, domingos, feriados e férias, etc), pelo
convívio e momentos de amizade;
Aos amigos Abraham e Adriano, por dividir a mesma casa na Holanda e os bons
momentos de amizade, companheirismo e troca de experiência durante a curta estadia;
iv
Às Dra. Adriana P. D. Silveira (IAC) e Dra. Tsai S. Mui (CENA), pela ajuda e
orientação nessa nova técnica sobre metagenoma;
Aos amigos do grupo de orientação no NIOO, Noriko, Anna, Agaat, Matheus,
Adriano, Marcelo, Leonardo, Thiago, Manoelli, Maurício, Yan yan, Mattias, Eoin, Hans,
pelas reuniões e discussão dos projetos, ajuda nas análises moleculares e convívio;
Aos pesquisadores da seção de fertilidade do solo, Bernardo Van Raij, Cleide A.
Abreu, Estêvão V. Mellis, Fernando C. B. Zambrosi, José A. Quaggio, Luiz A. J. Teixeira,
Mônica F. Abreu, pela convivência e dúvidas esclarecidas durante o curso;
Aos docentes da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Dr. Zigomar M.
Souza e Dr. Edson E. Matsura, pelos ensinamentos durante os estágios docência;
Aos docentes do IAC, Isabela C. Maria, Ricardo M. Coelho, Aline R. Coscione,
Ronaldo S. Berton, Marcio K. Chiba, Jener F. L. Moraes, Adriana P. D. Silveira, Dirceu M.
Junior e Cristiano A. Andrade; aos docentes do Instituto de Geociências (USP), Sonia M. B.
Oliveira, Francisco W. C. Junior e Cristiano M. Chiessi; aos docentes do CENA-USP, Paulo
C. O. Trivelin e José A. Bendassolli; à docente da UNICAMP, Valéria M. Oliveira, pelos
ensinamentos passados nas disciplinas cursadas e no dia a dia;
Aos funcionários e técnicos do IAC e da FUNDAG, Sandra, Renata Presta, Gizelda,
Léu, Luis, Nogueira, Marciel, Marilda, Renata, Rubens, Tânia, Irene, Laís, Helena, Carol,
Aline, Lucas, Zé Roberto, Célia, Elisabete e João Geraldo, pela disposição em apoiar em
análises laboratoriais, processos administrativos, transporte e convivência;
À família e amigos fora do local de trabalho, pelo convívio e momentos de lazer;
Aos amigos feitos no IAC, em especial aos mais próximos, Renan, Neidiquele,
Tamires, Gabriel (em memória), Isadora, Érica, Guilherme e André; aos demais amigos,
Camila Milani, Aline, Taís, Rodrigo, Camila, Jéssica, Geisa, Rimena, Vinnie, Karla, Mariana,
Fausto, Ana Carolina, Laura, Camila, Alex, Simone, Cristiane, Paula, Priscila, Nadiane,
Sandro, Rodrigo, Kênia, Rosane, Franz, Raquel, Cris, Marilza, Augusto, Ivan, Ubyrajara,
Bárbara, Fernanda, Patrícia, Isabela, pela amizade feita e bons momentos vividos;
Aos amigos feitos no NIOO e na Holanda, Jos, Riks, Paul, Raquel, Ezra, Miguel,
Magali, Kay, Role, Alexandre, Desalegn, Sang Yong, Vitor, Paolo, Francesca, Juan, Paul,
Kazuki, Joop, Roos, Andrielly, Mariana, Cristina, Júlio, Julia, Julie, Yinying, Ruth Gomez,
Ruth, Viviane, Olaf, Nico, Annelies, Yani, Marion, Saskia, Sarash, Ely, Paolina, Wietse, pela
amizade feita e bons momentos vividos;
Obrigado !!!
v
“You cannot do better than your best”
(Prof. Steve Peters – The chimp paradox: The mind management, 2012)
tradução: “Você fez o seu melhor”
(Prof. Steve Peters – O paradoxo do chimpanzé: A administração da mente, 2012)
vi
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SÍMBOLOS ........................................................................... vii
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ viii
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ x
RESUMO ................................................................................................................................ xiii
ABSTRACT ............................................................................................................................. xv
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 1
2 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................................... 3
2.1 Emissão de CO2, CH4 e N2O no Presente e Passado da Terra.............................................. 3
2.2 Emissão de N2O pela Aplicação de Fertilizantes Nitrogenados no Solo ............................. 6
2.2.1 Fator de emissão, fontes e doses de N ............................................................................... 6
2.2.2 Fertilizantes de eficiência aumentada ................................................................................ 8
2.3 Processos Bióticos e Abióticos Envolvidos na Emissão de N2O no Solo .......................... 12
2.4 Cultivo de Cana-de-açúcar e Emissão de N2O ................................................................... 15
3 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................... 17
3.1 Estudo 1: Experimento com Fertilizantes de Eficiência Aumentada ................................. 17
3.1.1 Primeiro ciclo - 2011/12 .................................................................................................. 18
3.1.1.1 Análises estatísticas ...................................................................................................... 22
3.1.2 Segundo ciclo - 2012/13 .................................................................................................. 23
3.1.3 Terceiro ciclo - 2013/14 .................................................................................................. 24
3.2 Estudo 2: Experimento com Diferentes Fontes e Doses de N ............................................ 28
4 RESULTADOS ..................................................................................................................... 31
4.1 Estudo 1: Experimento com Fertilizantes de Eficiência Aumentada ................................. 31
4.1.1 Primeiro e segundo ciclos - 2011/12 e 2012/13 .............................................................. 31
4.1.2 Terceiro ciclo - 2013/14 .................................................................................................. 41
4.1.2.1 Emissão de gases .......................................................................................................... 41
4.1.2.2 Abundância de genes .................................................................................................... 47
4.2 Estudo 2: Experimento com Diferentes Fontes e Doses de N ............................................ 53
5 DISCUSSÃO ......................................................................................................................... 59
5.1 Estudo 1: Experimento com Fertilizantes de Eficiência Aumentada ................................. 59
5.1.1 Primeiro e segundo ciclos - 2011/12 e 2012/13 .............................................................. 59
5.1.2 Terceiro ciclo 2013/14 ..................................................................................................... 64
5.1.2.1 Emissão de gases .......................................................................................................... 64
5.1.2.2 Abundância de genes .................................................................................................... 67
5.2 Estudo 2: Experimento com Diferentes Fontes e Doses de N ............................................ 68
5.3 Influência das variáveis edafoclimáticas na emissão de N2O............................................. 70
6 CONCLUSÕES ..................................................................................................................... 72
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 73
8 ANEXO ................................................................................................................................. 90
vii
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SÍMBOLOS
ANAMMOX: oxidação anaeróbica do amônio
AOA: Arqueia oxidadora de amônia
AOB: Bactéria oxidadora de amônia
amoA: Amônia monooxigenase
CaCl2: Cloreto de cálcio
CAN: Nitrato de amônio e cálcio
CO2: Gás carbônico
CO2eq: Equivalente em gás carbono
CH4: Metano
DCD: Dicianodiamida
DNA: Ácido desoxirribonucleico
DNAase: Desoxirribonuclease
DMPP: fosfato de 3,4-dimetilpirazole
EPPA: Espaço poroso preenchido por água
EUA: Estados Unidos da América
GEE: Gases do Efeito Estufa
hao: hidroxilamina oxidoredutase
IPCC: Painel intergovernamental de mudanças climáticas
narG: nitrato redutase
NBPT: Tiofosfato de N(n-butil) Triamida
NH2OH: Hidroxilamina
NH3: Amônia
NH4+: Amônio
nirS/nirK: Nitrito redutase
norB/cnorB: Óxido nítrico redutase
nosZ: Óxido nitroso redutase
NOx: Óxido de nitrogênio
NO-: Óxido nítrico
NO2-: Nitrito
NO3-: Nitrato
nxr: nitrito oxidoredutase
N15
: Isótopo de nitrogênio
N2: Dinitrogênio
N2O: Óxido nitroso
O18
: Isótopo de oxigênio
O2: Oxigênio
O3: Ozônio
PAG: Potencial de aquecimento global
PCR: Reação em cadeia da polimerase
pH: índice de acidez
PSCU: Ureia recoberta com polímeros e enxofre
PVC: Policloreto de vinil
qPCR: Reação em cadeia da polimerase em tempo real quantitativa
RNA: Ácido ribonucleico
RNAase: Ribonuclease
R2: coeficiente de correlação
UR: Ureia
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Propriedades da camada de 0-20 cm do Latossolo Vermelho na área experimental
de Campinas.
Tabela 2 - Primers e condições térmicas usadas na análise de abundância de genes feita por
qPCR.
Tabela 3 - Propriedades da camada de 0-20 cm do Latossolo Vermelho na área experimental
de Piracicaba.
Tabela 4 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia
recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2011/12. Período de 217
dias.
Tabela 5 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia
recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2012/13. Período de 382
dias.
Tabela 6 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia
recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2011/12 (n = 120).
Tabela 7 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes
em cana-de-açúcar, ciclo 2011/12 (n = 120).
Tabela 8 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia
recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2012/13 (n = 392).
Tabela 9 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes
em cana-de-açúcar, ciclo 2012/13 (n = 392).
Tabela 10 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP), ureia
recoberta por polímeros (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana soca
2013/14. Período de 278 dias.
Tabela 11 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP), ureia
recoberta por polímeros (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana soca
2013/2014 (n = 256).
ix
Tabela 12 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes
em cana-de-açúcar, ciclo 2013/14 (n = 256).
Tabela 13 - Fluxo de N2O e abundância de genes pela aplicação de ureia, incorporada no solo,
com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP), ureia recoberta
por polímeros (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana soca.
Tabela 14 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia ou CAN
(NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
, no
cultivo de cana planta. Período de 552 dias.
Tabela 15 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia ou CAN
(NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, em função das doses de N de 30, 60 e 90 kg
ha-1
, no cultivo de cana planta. (n = 224).
Tabela 16 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes
em cana-de-açúcar (n = 224).
Tabela A1 - Emissão acumulada de N2O na linha e entrelinha no cultivo de cana planta pela
aplicação de ureia ou CAN (NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, nas doses de N
de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
. Período de 552 dias.
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Concentração de gases do efeito estufa na atmosfera de 1000 anos atrás até o
presente, dados de testemunhas de gelo e mais recentemente medições na
atmosfera. (Extraída de WOLFF, 2011). ................................................................ 4
Figura 2 - Estrutura química do fosfato de 3,4-dimetilpirazole – DMPP. (Extraída de
ZERULLA et al., 2001). ......................................................................................... 9
Figura 3 - Transformações do N no solo, genes relacionados e vias de produção de N2O: 1)
Nitrificação; 2) Desnitrificação; 3) Redução dissimilatória do nitrato para amônio;
4) Nitrificação desnitrificante; 5) Co-desnitrificação; 6) Quimio-desnitrificação.
Figura adaptada de BAGGS (2008); BRAKER & CONRAD (2011), CANFIELD
et al. (2010), FRAME & CASCIOTTI (2010), HAYATSU et al. (2008),
STEVENS & LAUGHLIN (1998), MÜLLER et al. (2014), SPOTT et al. (2011) e
ZHAO et al. (2012). .............................................................................................. 13
Figura 4 - Câmaras estáticas e tampas feitas de PVC instaladas no experimento e utilizadas
para coleta de gases. Foto de Johnny R. Soares. .................................................. 19
Figura 5 - Esquema representativo da disposição das câmaras na área e cálculo para emissão
total da área. .......................................................................................................... 19
Figura 6 - Vista geral da área do experimento, incluindo câmaras adicionais a partir do
segundo ciclo. Foto de Johnny R. Soares. ............................................................ 24
Figura 7 - Delineamento experimental da área de Piracicaba/SP. Tratamentos: Ctrl (Controle
– sem aplicação de N); UR (Ureia) e CAN (Nitrato de amônio e cálcio) nas doses
30, 60 e 90 kg ha-1
de N. ....................................................................................... 28
Figura 8 - Câmaras instaladas dentro da parcela (A), na linha e entrelinha (B). Foto de
Johnny R. Soares. ................................................................................................. 30
Figura 9 - Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento e a
média histórica (de 1993 até 2013). Ciclo 2011/12. ............................................. 31
Figura 10 - Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento e a
média histórica (de 1993 até 2013). Ciclo 2012/13. ............................................. 32
Figura 11 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia
recoberta por polímeros e enxofre (PSCU). Figuras B e D – primeiros três meses.
............................................................................................................................... 33
Figura 12 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia
recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) no cultivo de cana-de-açúcar. R:
xi
reaplicação dos inibidores na mesma área. Figuras B e D – primeiros três meses.
............................................................................................................................... 34
Figura 13 - Concentração de NH4+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação
(DCD e DMPP) ou ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) no cultivo de
cana-de-açúcar, ciclo 2011/12. ............................................................................. 35
Figura 14 - Concentração de NH4+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação
(DCD e DMPP) ou ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) no cultivo de
cana-de-açúcar, ciclo 2012/13. ............................................................................. 35
Figura 15 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia
convencional (UR) ou ureia recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana
soca 2011/12 (A). Figura B - a emissão do tratamento controle (Sem N) foi
descontada. Equação ajustada (linhas em preto) pelo modelo exponencial ou
sigmoide, p<0,0001; ns: não significativo. ........................................................... 37
Figura 16 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia
convencional (UR) ou ureia recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana
soca 2012/13 (A). Figura B - a emissão do tratamento controle (Sem N) foi
descontada. Equação ajustada (linhas em preto) pelo modelo exponencial ou
sigmoide, p<0,0001. ............................................................................................. 38
Figura 17 - Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento e a
média histórica (de 1993 até 2013). Ciclo 2013/14. ............................................. 41
Figura 18 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP), ureia
recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana-
de-açúcar. R: reaplicação dos inibidores na mesma área. Figuras B e D –
primeiros três meses. ............................................................................................ 42
Figura 19 - Concentração de NH4+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação
(DCD e DMPP), ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) ou nitrato de
cálcio no cultivo de cana-de-açúcar, ciclo 2013/14. R: reaplicação dos inibidores
na mesma área. ...................................................................................................... 43
Figura 20 - Porcentagem de N-NH4+ no solo (0 – 10 cm) em relação ao N inorgânico total (N-
NH4+ + N-NO3
-) pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com ou sem a
adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP). .......................................... 43
Figura 21 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia
convencional (UR) ou ureia recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana
soca 2013/14 (A). Figura B - a emissão do tratamento controle (Sem N) foi
descontada. Equação ajustada (linhas em preto) pelo modelo exponencial ou
sigmoide, p<0,0001. ............................................................................................. 45
xii
Figura 22 - Fluxo de N2O (A) e abundância de genes (B-H) pela aplicação de ureia,
incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e
DMPP), ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) ou nitrato de cálcio no
cultivo de cana-de-açúcar, ciclo 2013/14. R: reaplicação dos inibidores na mesma
área. ....................................................................................................................... 48
Figura 23 - Fluxo de N2O (A), abundância do gene AOB amoA (B), teor de NH4+ (C) e NO3
-
(D) no solo, pH do solo (F), chuva, temperatura e umidade do solo (EPPA: espaço
poroso preenchido por água) (E) pela aplicação de ureia no cultivo de cana-de-
açúcar, ciclo 2013/14. ........................................................................................... 49
Figura 24 - Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento em
Piracicaba e a média histórica (de 1991 até 2013). .............................................. 53
Figura 25 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia ou CAN
(NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
, no
cultivo de cana planta. Figuras B e D – primeiros três meses. ............................. 54
Figura 26 - Concentração de NH4+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia ou CAN (NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60 e
90 kg ha-1
, no cultivo de cana planta. ................................................................... 55
Figura 27 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia (A e B)
ou CAN (NH4NO3 + Ca) (C e D), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30,
60 e 90 kg ha-1
, no cultivo de cana planta. Figuras B e D - a emissão do tratamento
controle (Sem N) foi descontada. Equação ajustada (linhas em preto) pelo modelo
exponencial ou sigmoide, p<0,0001; ns: não significativo. ................................. 56
Figura 28 - Emissão total de N2O (A) e CO2 (B) pela aplicação de ureia ou CAN (NH4NO3 +
Ca), incorporado no solo, em função das doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
, no
cultivo de cana planta. .......................................................................................... 57
xiii
Emissão de N2O e opções de mitigação pela aplicação de fertilizantes nitrogenados no
cultivo de cana-de-açúcar
RESUMO
A emissão de N2O pela aplicação de fertilizantes nitrogenados na agricultura tem gerado
preocupação devido ao seu alto potencial de aquecimento global e destruição da camada de
ozônio, causando impacto ambiental nessa atividade, como por exemplo, na produção de
biocombustível proveniente de cana-de-açúcar. Entretanto, poucos estudos foram feitos para
caracterizar e mitigar as emissões de N2O, especialmente em relação às fontes e doses de N
aplicados à cana-de-açúcar. O trabalho foi dividido em dois estudos em que os objetivos
foram: a) quantificar a emissão de N2O, CO2 e CH4 em relação à fonte e dose do N aplicado
no cultivo de cana-de-açúcar; b) identificar a diversidade funcional da microbiota no solo e os
fatores edafoclimáticos relacionados com a emissão de N2O; c) indicar opções para mitigar a
emissão de N2O através do manejo de fertilizantes nitrogenados. No primeiro estudo foram
avaliados fertilizantes de eficiência aumentada durante três ciclos consecutivos de cana soca
cultivada em Latossolo Vermelho em Campinas/SP de 2011 a 2014. Os fertilizantes testados
foram ureia, ureia com inibidores de nitrificação (Dicianodiamida – DCD e fosfato de 3,4-
dimetilpirazole – DMPP), ureia recoberta com polímeros e enxofre (PSCU) e nitrato de
cálcio, aplicados na dose de 120 kg ha-1
de N. Os gases de efeito estufa, CO2, CH4 e N2O
foram coletados através de câmaras estáticas; foram feitas amostragem de solo e análise de
NH4+, NO3
-, pH, umidade e abundância de genes relacionados com o ciclo do N: amoA de
bactéria e arqueia oxidadora de amônia (AOB e AOA), nirK, nirS, nosZ, arqueia e bactéria
total. No segundo estudo foram testadas fontes e doses de N no cultivo de cana planta em
Latossolo Vermelho em Piracicaba/SP. As fontes testadas foram ureia e nitrato de amônio e
cálcio (CAN), nas doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
. No primeiro estudo, o tratamento com
aplicação de ureia resultou em emissão de N2O de 1% do N aplicado, média dos três ciclos; o
tratamento com PSCU não diferiu de ureia; e a aplicação dos inibidores de nitrificação ou a
fonte de nitrato de cálcio reduziu em 95% (média) a emissão de N2O quando comparado com
ureia, não sendo diferente da emissão de N2O do tratamento sem aplicação de N. A
abundância dos genes funcionais mostrou que apenas o AOB amoA teve correlação
significante com a emissão de N2O, sugerindo que a nitrificação foi a principal via de emissão
de N2O nas condições do presente estudo. No segundo estudo a emissão de N2O foi ajustada
pelo modelo exponencial em função do aumento da dose de N aplicada na forma de ureia,
enquanto que a aplicação da fonte CAN o ajuste foi quadrático. Na média das três doses, a
xiv
emissão de N2O pela aplicação de ureia foi de 1,1% do N aplicado, sendo superior à aplicação
do CAN, que foi de 0,4%. O presente trabalho mostrou que a emissão de N2O pode ser
reduzida em 95% pela adição de inibidores de nitrificação na ureia e que fonte contendo N na
forma de NO3- pode resultar em baixa emissão de N2O no cultivo de cana-de-açúcar. Assim o
manejo do N pode incluir essas fontes como opções de mitigação de gases do efeito estufa, a
fim de aprimorar o aspecto ambiental do biocombustível.
Palavras-Chave: ureia, nitrato de amônio, inibidores de nitrificação, fertilizante de liberação
controlada, amoA bactérias oxidadoras de amônia.
xv
N2O emissions and mitigation options from N fertilizers applied to sugarcane
ABSTRACT
The N2O emissions from nitrogenous fertilizers applied in agriculture have been of concern
because of high global warming potential and depletion of the ozone layer, causing
environmental impact in this activity, e.g. in biofuel production from sugarcane. However,
few studies were developed to characterize and mitigate N2O emissions, in especial from N
management in sugarcane. In the present work two studies were carried out aiming at: a)
quantifying N2O, CO2 and CH4 emissions due N sources and rates applied to sugarcane; b)
identifying the functional diversity of the soil microbiota, the soil and climatic factors
involving N2O emissions; c) indicating options to mitigate N2O emissions due to N
management. In the first study, enhanced-efficiency fertilizers were evaluated in three
consecutives cycles of ratoon cane in a Red Latosol (Typic Hapludox) in Campinas/SP from
2011 to 2014. The fertilizers tested were urea, urea with nitrification inhibitors (NI´s)
dicyandiamide – DCD and 3,4 dimethylpyrazone phosphate – DMPP, polymer and sulfur
coated urea (PSCU), and calcium nitrate, applied at the N rate of 120 kg ha-1
. The greenhouse
gases CO2, CH4 and N2O were sampled by static chambers; soil samples were taken for
analysis of NH4+, NO3
-, pH, moisture, and genes abundance: ammonia-oxidizing archaea and
bacteria amoA (AOA e AOB), nirK, nirS, nosZ, total archaea and bacteria. In the second
study, N sources and rates were tested in plant cane in Red Latosol (Typic Hapludox) in
Piracicaba/SP. Urea and calcium ammonium nitrate (CAN) were applied at N levels of 0, 30,
60 and 90 kg ha-1
. In the first study, the treatment with urea resulted in N2O emissions of 1%
of N applied, mean of three cycles; the emission of the PSCU treatment did not differ from
that of urea. The addition of NI´s and nitrate source reduce N2O emissions by 95% compared
to urea and did not differ from plots without N. Gene abundances showed significant
correlation just between AOB amoA and N2O emissions, suggesting that nitrification is the
main pathway of N2O emission. In the second study, the N2O emissions were adjusted by
exponential response due to N applied as urea, while quadratic response with CAN. The N2O
emission from urea was 1.1% of the N applied, higher than the 0.4% from CAN. The present
work showed 95% reduction of N2O emissions due to the addition of NI´s to urea and small
N2O emission for NO3--based fertilizers applied to sugarcane. Therefore, N management with
these sources can be options to mitigate greenhouse gases emissions and improve the
environmental impact of ethanol production.
Key Words: urea, ammonium nitrate, nitrification inhibitors, controlled release fertilizer,
ammonia-oxidizing bacteria amoA.
1
1 INTRODUÇÃO
No aspecto ambiental a cana-de-açúcar se destaca pela produção de energia renovável
e pela redução de emissão de CO2 devido à produção de biocombustível para substituir os
combustíveis fósseis (BODDEY et al., 2008; GALDOS et al., 2010; LISBOA et al., 2011).
Entretanto a emissão de óxido nitroso (N2O) oriundo da adubação nitrogenada pode reduzir
ou negar esse efeito benéfico de redução de gases do efeito estufa (CRUTZEN et al., 2008).
O N2O, o gás carbônico (CO2) e o metano (CH4) são os principais gases do efeito
estufa (GEE) emitidos devido às atividades antrópicas. O potencial de aquecimento global de
N2O é 298 vezes maior que o CO2. Além disso, o N2O é apontado como a principal molécula
destruidora da camada de ozônio (RAVISHANKARA et al., 2009).
O uso de fertilizantes nitrogenados na agricultura tem sido apontado como umas das
principais causas pelo aumento de N2O na atmosfera. A quantidade de N2O emitido pelo uso
de fertilizantes nitrogenados segundo a estimativa do IPCC é de 1% do N aplicado (IPCC,
2006). Porém, outros autores mostram que esse número pode ser maior, como no trabalho de
CRUTZEN et al. (2008), em que foi indicado fator de emissão de 3 a 5% do N aplicado, e
deste modo os autores justificaram que a quantidade de N2O emitida durante o cultivo de
biomassas negava o efeito de redução de GEE na substituição de uso de combustíveis fósseis
por biocombustíveis. Os dados com o cultivo de cana-de-açúcar no Brasil mostraram emissão
de N2O de 0,2 a 3% do N aplicado, sendo essa variação decorrente das condições
edafoclimáticas de cada local e o manejo adotado (FILOSO et al., 2015).
A emissão de N2O no solo ocorre principalmente durante os processos de nitrificação
e desnitrificação. Também pode ocorrer durante a nitrificação desnitrificante, redução
dissimilatória do NO3- para NH4
+, a quimio-desnitrificação e a co-desnitrificação (STEVENS
& LAUGHLIN, 1998); entretanto, a participação desses processos ainda não está clara. LIU
et al. (2007) mostraram que a desnitrificação contribuiu mais pela emissão de N2O em solo
com teor de umidade de 75% do espaço poroso preenchido com água (EPPA), enquanto que
em solo 60% EPPA, a nitrificação foi mais importante. DI et al. (2014) mostraram que a
emissão de N2O estava correlacionada com os genes amoA e nirK, mostrando que a
nitrificação, desnitrificação e nitrificação desnitrificante foram os principais processos
relacionados a emissão de N2O.
A maior parte dos solos do Brasil pertencente à ordem de Latossolos, em que uma das
características é fortemente a bem drenados (EMBRAPA, 2006). Assim espera-se que a
nitrificação seja importante na emissão de N2O, o que pode resultar em maior emissão de N2O
2
proveniente de fontes amoniacais em relação às nítricas. Contudo a ocorrência de microssítios
anaeróbicos no solo pode contribuir para que a desnitrificação tenha papel relevante.
Uma forma de reduzir a emissão de N2O proveniente dos fertilizantes é pelo uso de
inibidores de nitrificação. Os inibidores mantêm por um determinado período o teor de N no
solo na forma de NH4+, através de interferência na atividade de microrganismos responsáveis
pela oxidação do NH4+
à nitrito (NO2-), que corresponde à primeira fase da nitrificação
(TRENKEL, 2010). Desse modo, a planta absorve o N na forma de NH4+ durante o período
que o inibidor é eficiente, e menos N será nitrificado e desnitrificado, reduzindo a emissão de
N2O. SNYDER et al. (2009) compilaram dados da literatura e mostraram que os inibidores de
nitrificação reduziram de 33 a 96% a emissão de N2O, em avaliações feitas até 3 anos.
AKIYAMA et al. (2010) reportaram redução de 38%, média de 35 estudos, na emissão de
N2O pela adição de inibidores de nitrificação em fontes convencionais.
Os fertilizantes de liberação controlada também podem reduzir a emissão de N2O.
AKIYAMA et al. (2010) compilaram dados de 35 estudos para avaliar o efeito de fertilizantes
de liberação controlada na redução de emissão de N2O, e chegaram à média de 35% de
redução em relação às fontes convencionais de N orgânicas e minerais. A liberação gradual de
nutriente pelos fertilizantes de liberação controlada em sincronia com a demanda da planta
pode aumentar a eficiência de uso do N e, assim, reduzir a emissão de N2O.
Esses produtos têm participação pequena no mercado devido ao preço mais elevado
que as fontes convencionais, porém, atualmente vêm ganhando destaque pelos benefícios
ambientais e agronômicos (CHIEN et al., 2009). O IPCC considera que esses produtos são
opções de mitigação de GEE, podendo reduzir em 30% a emissão de N2O (IPCC, 2001).
Contudo poucos estudos foram feitos para comparar a eficiência desses produtos, em especial
na cultura de cana-de-açúcar. Este tema é importante para questão ambiental na produção de
biocombustíveis em substituição aos combustíveis fósseis, pela possível mitigação de GEE.
A emissão de N2O pela aplicação de diferentes fontes e doses de N em cana-de-açúcar,
bem como os fatores edafoclimáticos e a diversidade funcional da microbiota do solo
relacionados com essa emissão ainda não estão claros, e são de grande importância no balanço
ambiental de biocombustível proveniente de cana-de-açúcar. Os objetivos do presente
trabalho foram: a) quantificar a emissão de N2O, CO2 e CH4 em relação à fonte e dose do N
aplicado no cultivo de cana-de-açúcar; b) indicar opções para mitigar a emissão de N2O pela
aplicação de fertilizantes nitrogenados; c) identificar a diversidade funcional microbiana e os
fatores edafoclimáticos relacionados com a emissão de N2O.
3
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Emissão de CO2, CH4 e N2O no Presente e Passado da Terra
A preocupação mundial com o meio ambiente tem aumentado principalmente devido
aos impactos ambientais negativos causados pela atividade antrópica. Recentemente tem sido
destaque o aumento da concentração de gases do efeito estufa (GEE) na atmosfera depois da
revolução industrial.
Os principais GEE emitidos por atividade antrópica são CO2, CH4 e N2O. Cada gás
tem um potencial de aquecimento global (PAG) de acordo com sua concentração na
atmosfera, tempo de residência e absorção de raios infravermelhos em um período de tempo.
Normalmente é calculado para um período de 100 anos; os valores são expressos em relação
ao CO2 que tem valor 1. O CH4 tem PAG igual a 34 e o N2O, 298.
O setor econômico que mais emite GEE é a indústria (32%) seguida da agricultura,
que corresponde a cerca de 25% das emissões antrópicas (IPCC, 2013). Essas emissões têm
sido apontadas como a principal razão pelo aumento da concentração de (GEE) observado
depois da revolução industrial (1750) (Figura 1). Atualmente, a concentração de CO2 na
atmosfera é de 398 ppm, de CH4 é de 1833 ppb e de N2O corresponde a 327 ppb, o que
corresponde aumento de 40, 159 e 20% ao observado em 1750, respetivamente (WMO,
2015).
O aumento da concentração de GEE devido às atividades antrópicas tem sido apontado
como a maior causa para o aumento da temperatura da Terra nos últimos anos (IPCC, 2013).
Esse assunto tem gerado muita discussão, a fim de entender se é ocorrência “natural” ou se a
atividade antrópica está mudando o clima do planeta. Dados paleoclimáticos ajudam a
responder essas questões.
Eventos de insolação e a concentração de CO2 determinaram períodos glaciais e
interglaciais, tendo impacto no clima da Terra no período de 800 mil anos atrás (TZEDAKIS
et al., 2012). A concentração de CO2 nesse período variou entre 170 a 200 ppm nas eras
glaciais e nos períodos mais quentes (interglaciais) entre 240 e 300 ppm (WOLFF, 2011). Não
chegando próximo da atual concentração de CO2 na atmosfera, 398 ppm (WMO, 2015).
4
Figura 1 - Concentração de gases do efeito estufa na atmosfera de 1000 anos atrás até o
presente, obtidos de testemunhas de gelo e mais recentemente de medições na atmosfera.
(Extraída de WOLFF, 2011).
A previsão de emissão de C até o ano de 2.400 é de 5.000 Gt pela queima de
combustível fóssil, o que aumentaria a concentração de CO2 na atmosfera para 1.800 ppm
(ZACHOS et al., 2008). A última vez que ocorreu grande aumento de CO2 na atmosfera da
Terra foi no máximo termal do Paleoceno-Eoceno há 55 milhões de anos atrás, em que houve
emissão de 2.000 Gt C para atmosfera por atividades de vulcanismo e oxidação de CH4, o que
aumentou em 5 a 6ºC a temperatura do fundo do oceano (ZACHOS et al., 2001).
Entre os três principais GEE emitidos por atividades antrópicas, o metano foi o que
teve maior aumento relativo, de 1750 até 2014, de 159%, chegando a 1833 ppb (WMO,
5
2015). A variação da concentração de CH4 em 800 mil anos atrás foi de 340 a 800 ppb
(WOLFF, 2011), não chegando próximo de valores tão altos como os de hoje. As emissões de
CH4 ocorrem principalmente na indústria, solos alagados, cultivo de arroz e fermentação
entérica em criação de bovinos (IPCC, 2001).
A concentração de N2O na atmosfera atualmente é de 327 ppb (WMO, 2015),
mostrando grande aumento depois da revolução industrial (Figura 1). No passado, 650 mil
anos atrás, a concentração atingia cerca de 200 ppb durante os períodos mais frios e 280 ppb
nos interglaciais, nunca próximo aos valores atuais.
Apesar do N2O ser um gás traço, deve-se ter atenção com esse potente GEE. Sem
considerar o desmatamento, o N2O é o GEE mais emitido pela agricultura (IPCC, 2007), que
é também, a atividade antrópica que mais emite esse gás. No Brasil, por exemplo, mais de
91% da emissão de N2O é devido à agricultura, sendo que aproximadamente 7% desse valor
provêm diretamente da aplicação do fertilizante sintético no solo (MCT, 2010). O fertilizante
nitrogenado sintético é considerado uma das principais razões pelo aumento de N2O na
atmosfera (IPCC, 2007).
Nos últimos 100 anos, a humanidade dobrou a quantidade de N reativo no planeta.
ERISMAN et al. (2011) comentaram que cerca de 50% da população atual existe somente
devido ao uso de fertilizantes nitrogenados. Porém, mais atenção deve ser dada aos efeitos
desse nitrogênio reativo no meio ambiente. Efeitos diretos do N reativo no clima incluem:
emissão de N2O em fabricação e aplicação do fertilizante nitrogenado; formação de O3 a
partir de NOx na atmosfera que é um GEE; formação de aerossóis – partículas sólidas ou
líquidas que pode provocar o resfriamento. Indiretos: Sequestro ou aumento de emissão de
CO2 na matéria orgânica e no oceano; alteração na emissão ou consumo de CH4 em terras
alagadas e nos ruminantes (ERISMAN et al., 2011).
Outra questão preocupante é que o N2O está relacionado com a destruição da camada
de ozônio pela formação de NO (IPCC, 2007). Considerando o aumento da população e o uso
de fertilizantes nitrogenados, o óxido nitroso se torna a principal substância destruidora da
camada de ozônio no século 21, não havendo esforço político para controlar sua emissão
(RAVISHANKARA, 2009).
O N2O pode ser retirado da atmosfera pelo processo de desnitrificação no solo por
atividade de microrganismos, no qual é transformado em N2. No ambiente terrestre, situações
que diminuem a difusão de N2O nos solos aumentam a possibilidade do solo ser um dreno de
N2O, transformando em N2, como em solos alagados (CHAPUIS-LARDY et al., 2007).
Entretanto, CANFIELD et al. (2010) mostraram que os humanos mudaram o ciclo de N pela
6
demanda de alimentos, energia e fibra, o que resultou em aumento da quantidade de N reativo
no sistema. Desse modo, esses danos causados no ambiente podem fazer com que demore
séculos para a microbiota restaurar o balanço no ciclo de N.
2.2 Emissão de N2O pela Aplicação de Fertilizantes Nitrogenados no Solo
2.2.1 Fator de emissão, fontes e doses de N
O IPCC sugere para inventários nacionais usar o fator de emissão de N2O de 1% do N
aplicado, sem distinção de dose e forma do N no fertilizante usado (IPCC, 2006). Esse valor é
referente à média de 846 trabalhos e é calculado descontando a emissão do solo sem a
aplicação do fertilizante nitrogenado. Porém, essa quantidade de N2O emitida em relação ao
que foi aplicado é difícil de ser estimada, pois a emissão deste gás depende de vários fatores.
EICHNER (1990) listou os seguintes fatores: (i) técnicas de manejo – tipo do fertilizante,
dose, modo de aplicação, momento da aplicação, tipo de plantio, uso de outros produtos
químicos, cultura, irrigação, N e C residual; (ii) fatores ambientais – temperatura, chuva,
umidade do solo, C orgânico, disponibilidade de oxigênio, porosidade, pH e microrganismos.
Assim, uma grande variação de fator de emissão é encontrada na literatura, que
depende de cada situação. EICHNER (1990) encontrou valores de 0,001 a 7% do N aplicado
ao compilar dados de 104 trabalhos na literatura. No cultivo de cana-de-açúcar na Austrália,
WANG et al. (2016) reportaram fatores de emissão de 1,3% e de 10% em solos distintos
quanto ao teor de matéria orgânica DENMEAD et al. (2010) mostraram fator de emissão de
21% do N aplicado. LISBOA et al. (2011) compilaram dados da literatura de emissão de N2O
no cultivo de cana-de-açúcar em vários países e chegaram na média de 3,87% do N aplicado,
nesse estudo os autores não descontaram a emissão do solo sem aplicação do fertilizante
nitrogenado para o cálculo do fator de emissão.
Um aspecto importante na emissão de N2O é a fonte de N aplicada, que pode ser na
forma orgânica, e nas formas inorgânicas de amônio, ureia ou nitrato. A emissão de N2O está
correlacionada com o teor de N-NH4+ e N-NO3
- no solo (BAIRD, 2002; CARMO et al., 2005;
MCSWINEY & ROBERTSON, 2005; TENUTA & BEAUCHAMP, 2003). TENUTA &
BEACHAMP (2003) concluíram que a emissão de N2O foi maior pela aplicação de fontes
amoniacais do que nítricas no solo. Contudo, o tempo de avaliação foi de 21 dias, tempo curto
para avaliar a desnitrificação. SNYDER et al. (2009) citaram vários trabalhos que comparam
7
fontes de N na emissão de N2O; e alguns estudos mostram que a emissão de N2O com o uso
de ureia é geralmente maior que de outras fontes, devido ao acúmulo de nitrito durante algum
tempo no solo (VENTEREA et al., 2015).
Alguns fatores ambientais podem contribuir para que ocorra diferença na emissão de
N2O em relação à fonte de N aplicada. LIU et al. (2007) em estudo com 15
N sob condições
controladas mostraram que a emissão de N2O foi maior com a aplicação de nitrato em solo
com umidade de 75% do espaço poroso preenchido por água (EPPA). Por outro lado, a
emissão de N2O com fonte amoniacal foi o dobro em relação à fonte de nitrato em solo com
60% EPPA. VENTEREA et al. (2015) mostraram que a emissão de N2O pela aplicação de
ureia é maior em solos com menor adsorção de NH4+. MÜLLER et al. (2014) observaram
maior emissão de N2O derivado do N orgânico do solo do que da fonte de N inorgânico
aplicada. Deste modo, os fatores edafoclimáticos podem influenciar na emissão de N2O em
relação à fonte de N aplicada. Esse é um importante fator a ser investigado, pois pode gerar
recomendações diferentes em relação à fonte de N a ser aplicada de acordo com a condição
edafoclimática do sistema agrícola adotado.
Outro aspecto relacionado à emissão de N2O diz respeito à dose de N aplicada. O
IPCC (2006) considera como efeito linear o aumento de dose de N na emissão de N2O, porém
alguns autores vêm questionando esse valor padrão. MCSWINEY & ROBERTSON (2005)
não encontraram resposta linear entre emissão de N2O e dose de N aplicada, mas mostraram
que dose de N acima da exigência da cultura aumenta exponencialmente a emissão de N2O.
Dados semelhantes foram compilados na revisão feita por SNYDER et al. (2009). Em uma
publicação mais recente, KIM et al. (2013) sugerem que a emissão de N2O pode ter efeito
linear, exponencial e depois hiperbólico. Ocorre efeito linear quando planta e microrganismos
competem pelo N; no caso em que a dose de N aplicada é superior ao exigido pela planta, o
efeito será exponencial por haver mais N disponível para os microrganismos; porém, caso o C
seja limitante, a emissão será em forma de hipérbole, com pouca variação na emissão de N2O
pela adição de N.
Há dúvidas se a relação entre emissão de N2O e a dose de N pode ser dependente da
fonte de N aplicada, devido aos diferentes fatores de emissão reportados na literatura. Esse é
um assunto que merece atenção, visto que o consumo de nitrogênio tem aumentado para
elevar a produtividade das culturas, juntamente com a pressão da sociedade por medidas que
reduzem a emissão de GEE.
8
2.2.2 Fertilizantes de eficiência aumentada
Recentemente, a Associação Americana de Nutrição de Plantas (AAPFCO) criou o
termo “fertilizantes de eficiência aumentada” para produtos desenvolvidos para reduzir as
perdas de N em relação às fontes solúveis (HALL, 2005). Os fertilizantes são divididos em
duas categorias: 1) fertilizantes estabilizados que contêm compostos para controlar a taxa de
transformação dos fertilizantes no solo, apresentando três fertilizantes distintos: i) com adição
de inibidores de urease; ii) adição de inibidores de nitrificação; iii) combinação dos dois
inibidores; 2) fertilizantes de liberação lenta ou controlada, que são divididos em duas
categorias: i) fertilizante de liberação controlada, que incluem os fertilizantes solúveis
encapsulados com S elementar, resinas ou polímeros sintéticos; ii) fertilizante de liberação
lenta, que são compostos de baixa solubilidade em água.
Os inibidores de urease retardam a hidrólise da ureia no solo, com o propósito de
reduzir a perda de N por volatilização de NH3. Milhares de compostos, orgânicos e
inorgânicos, têm sido testados com esse propósito (KISS & SIMIHĂIAN, 2002; RADEL et
al., 1988), sendo que o produto fabricado de maior sucesso até o momento é o tiofosfato de N-
(n-butil) triamida – NBPT - (CANTARELLA, 2007; WATSON, 2000). Apesar de se
encontrar na literatura dados que mostram que a adição de NBPT na ureia reduz a emissão de
N2O (ZAMAN et al., 2008), a maioria dos estudos indica que os inibidores de urease não têm
efeito na emissão desse gás quando comparado com fontes convencionais a base de ureia
(AKIYAMA et al., 2010, SNYDER et al., 2014).
Por outro lado, os inibidores de nitrificação mostram resultados bem positivos na
redução de emissão de N2O (SNYDER et al., 2009; 2014). Esses inibidores retardam por um
determinado período o processo de nitrificação no solo, evitando a formação de nitrato que
acarretaria em perdas de N por lixiviação, emissão de N2O e N2 (CHIEN et al., 2009). A
maioria dos inibidores de nitrificação age na enzima amônia monooxigenase (AMO), presente
em microrganismos que participam da primeira fase da nitrificação, transformação de amônio
para hidroxilamina (RUSER & SCHULZ, 2015; SUBBARAO et al., 2006; TRENKEL,
2010).
Há vários inibidores de nitrificação patenteados e empregados em fertilizantes
comerciais, especialmente a nitrapirina, a dicianodiamida (DCD) e o fosfato de 3,4-
dimetilpirazole (DMPP). O modo de ação desses três produtos é formação de quelato com o
cobre contido na enzima amônia monooxigenase, retardando a transformação do N no solo
9
(SUBBARAO et al., 2006). O período de efetiva inibição varia de 3 a 10 semanas,
dependendo do produto, do tipo de solo, da temperatura e outros fatores (TRENKEL, 1997;
WEISKE et al., 2001).
O inibidor de nitrificação dicianodiamida é empregado em várias formulações
comerciais por ser barato, pouco volátil, relativamente solúvel em água e é eficiente em
fertilizantes nitrogenados nas doses de 5 a 10% do nitrogênio aplicado (SLAGEN &
KERKHOFF, 1984). O DCD é uma amida (C2N4H4), que além de inibir a nitrificação, é um
fertilizante de liberação lenta que tem 65% de N (SLAGEN & KERKHOFF, 1984). O DCD
tem baixa toxidez, sendo a dose letal (LD50) > 10.000 mg kg-1
é considerado praticamente
não-tóxico (TRENKEL, 1997). Tem efeito bacteriostático sobre as Nitrosomonas e não afeta
a comunidade microbiana do solo (DI & CAMERON, 2004; O'CALLAGHAN et al., 2010).
No solo é degradado por enzimas específicas sendo convertido em ureia (TRENKEL, 2010).
O DMPP é classificado como nova substância química (Figura 2; ZERULLA et al.,
2001) e teve que passar por diversos testes de toxicidade para animais e para o meio ambiente
para ser registrado, apresentando dose letal (LD50) que varia de 300 a 2.000 mg kg-1
(TRENKEL, 2010). O DMPP tem a vantagem de ser eficiente em dose menor que a do DCD
e ter mobilidade mais baixa no solo, sendo semelhante à do amônio; assim, a dose de 0,5 a 1,5
kg/ha ou 1% do N aplicado tem se mostrado eficiente em inibir a nitrificação (TRENKEL,
2010; WEISKE et al., 2001, ZERULLA et al., 2001). O DMPP é degradado no solo, tendo o
CO2 como produto final (FETTWEIS et al., 2001).
Figura 2 - Estrutura química do fosfato de 3,4-dimetilpirazole – DMPP. (Extraída de
ZERULLA et al., 2001).
10
No período de tempo em que o inibidor é eficiente, o N é mantido na forma de NH4+,
que é absorvido pelas plantas, e assim reduz a emissão de N2O que ocorreria pelas
transformações de N no solo. Dados recentes da literatura mostram que a adição de inibidores
de nitrificação pode reduzir de 19 até 100% a emissão de N2O em comparação às fontes
convencionais, dependendo do solo, fonte de N aplicada e condições ambientais (SNYDER et
al., 2014). WEISKE et al (2001) compararam o inibidor de nitrificação DMPP com o DCD e
mostraram que o DMPP foi mais eficiente, reduzindo em 49% a emissão de N2O, enquanto
que o DCD reduziu em 26%. Porém, no trabalho de AKIYAMA et al. (2010), com dados
compilados, houve pouca diferença entre os inibidores de nitrificação, apontando para média
de 38% de redução da emissão de N2O. Em estudo mais recente usando meta análise,
GILSANZ et al. (2016) chegaram à média de 42% de redução com uso de DCD e 40%, com
DMPP.
Essa variação da eficiência dos inibidores, como por exemplo, mostrado na revisão de
SNYDER et al (2014) pode ocorrer devida sua eficiência ser afetada por diversos fatores,
como as propriedades do inibidor, pH do solo, matéria orgânica do solo, porosidade,
temperatura, umidade, etc (SINGH et al., 2008; SUBBARAO et al., 2006; TRENKEL, 1997;
WEISKE et al., 2001). Por exemplo, SINGH et al. (2008) mostraram que a redução de
emissão de N2O pela adição de DCD em urina foi de 90% em solo com baixo teor de matéria
orgânica (carbono orgânico: 3,4 g/kg), por outro lado a redução caiu para 45% em solo com
alto teor de matéria orgânica (carbono orgânico: 8 g/kg). Assim dependendo das condições do
local o inibidor é degradado no solo mais rapidamente que a demanda da cultura pelo N,
ficando nitrogênio no solo suscetível a nitrificação e desnitrificação ocorrendo maiores
emissões de N2O após o período que o inibidor é eficiente (HU et al., 2013; JUMADI et al.
2008; LIU et al., 2013; WEISKE et al., 2001). Em outros trabalhos os inibidores de
nitrificação foram usados em fontes que contém parte do N na forma de NH4+ e parte como
NO3-; desse modo o inibidor só irá reduzir a emissão de N2O proveniente da nitrificação do
N-NH4+, não tendo efeito diretamente na desnitrificação, em que o N2O é formado a partir do
NO3- e assim a eficiência do inibidor será menor (SNYDER et al., 2009; 2014).
Na outra categoria dos fertilizantes de eficiência aumentada estão os produtos com
liberação gradual do nutriente, divididos em dois produtos, de liberação controlada e os de
liberação lenta. Os fertilizantes de liberação controlada incluem ureia revestida com
encapsulados de enxofre e/ou revestida com polímeros. A liberação de N depende da
espessura e qualidade do encapsulado, sendo que falhas do revestimento, na manipulação e no
11
processo de fabricação podem afetar as propriedades do fertilizante (GOULD et al., 1996;
SHAVIV et al., 2005).
Essa barreira física vai aos poucos sendo degradada no solo por ação da água,
temperatura e microrganismos e assim libera lentamente os nutrientes pelos microporos dos
fertilizantes (TRENKEL, 2010). A liberação gradual de nutriente, pelos fertilizantes de
liberação controlada, em sincronia com a demanda da planta pode reduzir as perdas de N e,
consequentemente, aumentar a eficiência de uso do N e a produtividade das culturas
(CARRERES et al., 2003; FAN et al., 2004; MUNOZ et al., 2005; SHOJI et al., 2001; WEN
et al., 2001). Porém, caso a demanda da planta seja em período diferente da liberação de N
pelo fertilizante, o produto pode não ter efeito positivo em relação às fontes solúveis
(RODRIGUES et al., 2010).
Os fertilizantes de liberação controlada também podem reduzir a emissão de N2O.
AKIYAMA et al. (2010) compilaram dados de 35 estudos para avaliar o efeito de fertilizantes
de liberação controlada na redução de emissão de N2O, observando uma média de 35% de
redução em relação às fontes convencionais de N orgânicas e minerais. Entretanto, em recente
revisão, SNYDER et al. (2014) discutem que os efeitos desses fertilizantes na emissão de N2O
não são consistentes; pois em alguns casos o fertilizante de liberação controlada reduz a
emissão de N2O e em outros não tem esse efeito benéfico quando comparado com uma fonte
convencional.
Os fertilizantes de liberação lenta são formados pela condensação de produtos de ureia
e ureia-aldeído, que pode gerar produtos com diferentes tempos de liberação do nutriente por
alterar a solubilidade do fertilizante (CHIEN et al., 2009). Uma das vantagens dos fertilizantes
de liberação lenta é a redução na volatilização de NH3 (CHRISTIANSON et al., 1988). Em
geral esses fertilizantes são mais eficientes que os tradicionais, quando o fornecimento
gradual de N é vantajoso, como em grãos, culturas perenes, pastagens e gramados. Entretanto,
CAHILL et al. (2007), em oito experimentos, nos EUA, com trigo e milho, mostraram que a
aplicação de ureia formaldeído líquido resultou no mesmo rendimento quando as culturas
foram adubadas com o fertilizante convencional fluído de ureia com nitrato de amônio.
Devido à menor participação desses produtos no mercado, poucos estudos foram feitos em
relação à emissão de N2O. JIANG et al. (2010) mostraram redução na emissão de N2O com o
uso de ureia formaldeído em comparação à ureia convencional; contudo o fertilizante de
liberação lenta resultou em aumento da produtividade de milho pelo aumento da eficiência do
uso do N. Em outras situações em que a liberação lenta não resulte em aumento da eficiência
12
do uso do N dificilmente irá resultar em redução na emissão de N2O, pois a mesma
quantidade de N estará disponível para microbiota do solo.
Apesar de esses produtos terem participação pequena no mercado, devido ao preço
mais elevado que as fontes convencionais (TRENKEL 2010), atualmente vêm ganhando
destaque pelos benefícios ambientais e agronômicos (CHIEN et al., 2009). O IPCC considera
os inibidores de nitrificação e os fertilizantes de liberação controlada como opções de
mitigação de GEE, podendo reduzir em 30% a emissão de N2O (IPCC, 2001). Essa redução
depende de diversos fatores e pode ser superior a esse valor.
2.3 Processos Bióticos e Abióticos Envolvidos na Emissão de N2O no Solo
A emissão de N2O no solo ocorre principalmente pelos processos de nitrificação e
desnitrificação, havendo, entretanto, outras transformações do N solo como a nitrificação
desnitrificante, redução dissimilatória do nitrato para amônio, quimio-desnitrificação e co-
desnitrificação (Figura 3). Esses processos envolvem reações abióticas e reações feitas por
microrganismos autotróficos e heterotróficos, pertencentes aos domínios Bactéria e Arqueia e
ao reino Fungo (BAGGS, 2008; BRAKER & CONRAD, 2011; CANFIELD et al., 2010;
FRAME & CASCIOTTI, 2010; HAYATSU et al., 2008; STEVENS & LAUGHLIN, 1998;
MÜLLER et al., 2014; SPOTT et al., 2011; ZHAO et al., 2012).
Os estudos feitos para diferenciar esses processos utilizam isótopo marcado como N15
e O18
(BAGGS et al., 2008; MÜLLER et al., 2014), inibidores ou antibióticos (CHEN et al.,
2014; SAGGAR et al, 2013) e as técnicas moleculares (HAYATSU et al., 2008). A
metagenômica permitiu maior acesso às informações sobre a microbiota no solo, visto que a
maioria dos microrganismos não é cultivável em laboratórios (CARDENAS & TIEDJE, 2008;
RAJENDHRAN & GUNASEKARAN, 2008).
Os genes que codificam algumas enzimas e transformações do N no solo são para o
processo de nitrificação: amônia monooxigenase (amoA), hidroxilamina oxidoredutase (hao)
e nitrito oxidoredutase (nxr), e para desnitrificação: nitrato redutase (narG), nitrito redutase
(nirK/nirS), óxido nítrico redutase (norB) e óxido nitroso redutase (nosZ), conforme mostrado
na figura 3 (CANFIELD et al., 2010).
13
Figura 3 - Transformações do N no solo, genes relacionados e vias de produção de N2O: 1)
Nitrificação; 2) Desnitrificação; 3) Redução dissimilatória do nitrato para amônio; 4)
Nitrificação desnitrificante; 5) Co-desnitrificação; 6) Quimio-desnitrificação. Figura adaptada
de BAGGS (2008); BRAKER & CONRAD (2011), CANFIELD et al. (2010), FRAME &
CASCIOTTI (2010), HAYATSU et al. (2008), STEVENS & LAUGHLIN (1998), MÜLLER
et al. (2014), SPOTT et al. (2011) e ZHAO et al. (2012).
14
A nitrificação é a oxidação de NH3/NH4+ para NO3
-, que de acordo com o modelo
clássico ocorre por duas etapas principais; a formação do nitrito, através da hidroxilamina, e a
formação do nitrato, ocorrendo em condições aeróbicas. Recentemente foi descoberto que a
nitrificação pode ocorrer durante uma única etapa, realizada por bactérias do gênero
Nitrospira (KESSEL et al., 2015); porém, ainda não se sabe se ocorre emissão de N2O nesse
processo de uma única etapa. No modelo clássico de nitrificação, a primeira etapa é feita
principalmente por bactérias e arqueias oxidadoras de amônia, que são organismos
autotróficos – obtém carbono do CO2 presente na atmosfera. Diversos trabalhos foram feitos
para avaliar a abundância do gene amoA que codifica a primeira etapa da nitrificação e está
presente em bactérias e arqueias, com o intuito de saber qual microrganismo está mais
envolvido na nitrificação e emissão de N2O em diferentes condições edafoclimáticas (JIANG
et al., 2015; MARTENS-HABBENA et al., 2010; NICOL et al, 2008; PEREIRA & SILVA et
al., 2012; SANTORO et al., 2011; HE et al., 2007; YANG et al., 2013; ZHANG et al., 2012).
Na segunda etapa da nitrificação, a oxidação do nitrito é feita por bactérias
autotróficas, não ocorrendo essa função em arqueias (HAYATSU et al., 2008). Esse processo
é importante para emissão de N2O, pois em casos que o NO2- se acumula devido ao efeito
tóxico de alta concentração de NH3, ocorre queda nesse processo, codificado pelo gene nxr e
há aumento da emissão de N2O (VENTEREA et al., 2015). As duas etapas da nitrificação
também podem ser feitas por bactérias e fungos heterotróficos – obtém carbono orgânico, e
contribuem para produção de N2O (JORDAN et al., 2005; HAYATSU et al., 2008;
LAUGHIN et al, 2008; MARUSENKO et al, 2013; ISLAM et al, 2007; RUTTING et al.,
2013). O N2O durante a nitrificação formado através da hidroxilamina também pode ocorrer
por processo químico (SPOTT et al., 2011), também chamado de quimio-desnitrificação
(BRAKER & CONRAD, 2011). A quimio-desnitrificação também se refere à formação
química de N2O através do nitrito e um agente orgânico, como a amida, ou inorgânico, como
o ferro e o cobre (BRAKER & CONRAD, 2011).
Durante a nitrificação pode ocorrer a desnitrificação através do nitrito, antes de formar
nitrato. Processo conhecido como nitrificação desnitrificante, realizado por bactérias
oxidadoras de amônia que tem o gene nirK e/ou norB e assim realizam a desnitrificação
também, ocorrendo emissão de N2O (HAYATSU et al., 2008; DI et al., 2014; KOOL et al.,
2010). Outro processo envolvido na oxidação do amônio é o chamado “ANAMMOX” (Do
inglês anaerobic ammonium oxidation), que ocorre em condições anaeróbicas formando NO2-
e N2, não sendo uma via de produção de N2O (HAYATSU et al., 2008).
15
O processo de desnitrificação envolve as etapas de redução do nitrato, do nitrito, do
óxido nítrico e do óxido nitroso para N2, codificadas pelos genes narG, nirK/nirS, norB e
nosZ, respectivamente. Essas etapas são feitas predominantemente por bactérias heterotróficas
em condições anaeróbicas (BRAKER & CONRAD, 2011). Há indícios que as arqueias
também realizam a desnitrificação (HAYATSU et al., 2008). Fungos heterotróficos também
desnitrificam e contribuem para emissão de N2O, pois contém o gene nirK (WEI et al., 2015)
e norB (MOTHAPO et al., 2013; SHOUN et al., 2012) e não contém o nosZ, assim o produto
final é o N2O e não N2 (BRAKER & CONRAD, 2011). A desnitrificação pode ocorrer
também em condições aeróbicas por bactérias desnitrificantes adaptadas às flutuações entre
condições anaeróbicas e aeróbicas (HAYATSU et al., 2008).
O processo de redução dissimilatória do nitrato para amônio é realizado por bactérias
heterotróficas fermentadoras, ocorrendo em condições anaeróbicas e com alta relação C/N no
solo. Entretanto, SCHMIDT et al. (2011) mostraram que esse processo também é importante
em solos aerados. Essas bactérias podem gerar N2O e N2 durante esse processo (HAYATSU
et al. 2008; STEVENS & LAUGHLIN, 1998; YIN et al., 2002).
O processo de co-desnitrificação pode ser abiótico e biótico, sendo realizado por
bactéria, arqueia e fungos (SPOTT et al., 2011). O processo químico é favorecido em pH < 5,
pois envolve consumo de H+, enquanto que os processos bióticos ocorrem em pH próximo a
neutralidade. No processo de co-desnitrificação ocorre a combinação de duas fontes de N no
processo de desnitrificação, assim um composto redutor como NO-, NO2
- e NO3
- combinado
com a hidroxilamina, amônio ou N orgânico gera N2O ou N2 (SPOTT et al., 2011).
2.4 Cultivo de Cana-de-açúcar e Emissão de N2O
A área com cultivo de cana-de-açúcar no Brasil supera 9 milhões de ha, sendo o
Estado de São Paulo o maior produtor com 52% da área cultivada na safra 2014/15 (CONAB,
2015). Em São Paulo a cana-de-açúcar é a cultura mais cultivada, tendo produtividade média
de 73 t/ha, sendo próxima à média nacional de 70 t/ha (CONAB, 2015).
A cultura tem grande importância econômica no país; na safra de 2014/15, 43% da
cana colhida foi destinada à produção de 36 milhões de toneladas de açúcar e 57% para gerar
29 bilhões de litros de etanol (CONAB, 2015). Esses números representam mais da metade do
açúcar proveniente de cana comercializado no mundo (CONAB, 2015), e mais de 17% da
matriz energética do Brasil – incluindo a queima de bagaço e palha (MME, 2015), sendo que
16
o consumo de etanol superou o de gasolina automotiva no período de 2008 a 2010 e ficou
abaixo de 2011 a 2013 (ANP, 2015). Em valores econômicos, o açúcar produzido nesta safra
2014/15 representa mais de R$ 60 bilhões, considerando o preço do saco de 50 kg a R$ 83,60,
e o álcool equivale a mais de R$ 54 bilhões, sendo o preço de R$1,87/L (CEPEA, 2016).
O etanol proveniente de cana-de-açúcar se destaca na questão ambiental, por ser
combustível renovável e reduzir em até 80% a emissão de gases de efeito estufa quando
comparado com gasolina (BODDEY et al., 2008; MACEDO et al., 2008). Entretanto a
emissão de N2O oriundo da adubação nitrogenada pode reduzir ou negar esse efeito.
CRUTZEN et al. (2008) relataram que o fator de emissão de N2O pelo uso de fertilizantes é
de 3 a 5% do N aplicado e assim a quantidade de N requerida pelas culturas para produzir
biocombustível iria causar maior emissão de GEE do que o CO2 emitido com o combustível
fóssil. Neste estudo os autores mostraram que para a cultura de cana-de-açúcar o balanço de
GEE ainda seria um pouco positivo, quase se equivaleria à emissão do combustível fóssil.
Vários estudos mostraram que a emissão de N2O tem grande impacto na produção de
etanol (BODDEY et al., 2008; EGESKOG et al., 2014; FILOSO et al., 2015; LISBOA et al.,
2011; MACEDO et al., 2008), podendo representar 40% da emissão total de gases (LISBOA
et al., 2011). Neste estudo os autores compilaram dados de emissão no cultivo de cana na
Austrália e Estados Unidos principalmente, e chegaram a um fator de emissão médio de 3,9%
do N aplicado. Nesse caso a emissão de N2O do solo sem fertilizante não foi descontada para
o cálculo do fator de emissão. Em estudo mais recente, EGESKOG et al. (2014) mostraram
que a emissão de N2O também representou 40% da emissão total de GEE na produção de
etanol, porém os autores utilizaram fator de emissão de N2O de 1% do N total disponível para
planta (fertilizante, mineralização da matéria orgânica do solo, resíduos adicionados, como
palha, vinhaça e torta de filtro; e emissões indiretas), em que o N proveniente diretamente do
fertilizante representou aproximadamente 50% do N disponível.
Os dados de fator de emissão de N2O no cultivo variam de acordo com o local, fonte
de N, condições ambientais entre outros. Os estudos feitos na Austrália indicam que o fator de
emissão é mais elevado que no Brasil. ALLEN et al. (2010) mostraram fator de emissão de
N2O de 1 até 7% do N aplicado. WEIER et al. (1998) reportaram valores de 0,2 a 1,5%.
WANG et al. (2016) chegaram a 1,3% e 10% em solos distintos quanto ao teor de matéria
orgânica. DENMEAD et al. (2010) reportaram fator de emissão de 21%. Nesses estudos as
áreas foram irrigadas ficando com acúmulo de água no solo por um período de tempo, o teor
de matéria orgânica no solo era elevado, além disso, a dose aplicada de N foi de 160 kg ha-1
,
superior ao que é utilizado no Brasil, em torno de 120 kg ha-1
(RAIJ et al, 1997).
17
Em recente revisão, FILOSO et al. (2015) mostraram diversos estudos de emissão de
N2O no cultivo de cana-de-açúcar no Brasil. O fator de emissão foi 0,2 a 1% do N aplicado.
Porém, nos estudos com a adição de resíduos como vinhaça, torta de filtro ou palha na
superfície do solo, o fator de emissão de N2O do fertilizante aumenta para aproximadamente
3% do N aplicado (CARMO et al., 2013; PAREDES et al., 2014; PITOMBO et al., 2015). No
estudo de SIQUEIRA-NETO et al. (2015), no entanto, mesmo com a adição de vinhaça ou
torta de filtro, o fator de emissão foi de 0,2 a 0,8% do N aplicado. A emissão de N2O,
portanto, variam muito em função das condições edafoclimáticas de cada local.
Dada à revisão de literatura, estudos com a emissão de gases do efeito estufa devem
ser feitos com o propósito de procurar medidas para reduzir o impacto ambiental de atividades
antrópicas no clima do planeta, como por exemplo, a produção de biocombustíveis, na qual só
a emissão de N2O representa 40% da emissão total de GEE considerando todo o processo de
produção do etanol proveniente de cana-de-açúcar. A maioria dos estudos com cultivo de
cana-de-açúcar no Brasil aponta para relativamente baixas emissões de N2O, menos de 1% do
N aplicado. Porém, essa emissão pode ser mais elevada em algumas situações. Entretanto,
poucos estudos foram feitos para caracterizar a emissão de N2O no cultivo de cana-de-açúcar,
especialmente, em relação ao manejo das fontes e doses de N aplicadas. Além disso, medidas
que visam reduzir a emissão são necessárias.
3 MATERIAL E MÉTODOS
Foram feitos dois estudos em condições de campo em localidades já cultivadas com
cana-de-açúcar. O primeiro estudo foi feito com fertilizantes de eficiência aumentada, sendo
avaliado durante três ciclos consecutivos de cana soca, da 1ª a 3ª soca, no município de
Campinas/SP. O segundo estudo foi feito com diferentes doses e fontes de N, durante um
ciclo de cana planta em Piracicaba/SP.
3.1 Estudo 1: Experimento com Fertilizantes de Eficiência Aumentada
Foram testados três tipos de fertilizantes de eficiência aumentada, dois que contém
inibidores de nitrificação e um de liberação controlada. Os fertilizantes foram avaliados em
três ciclos consecutivos de cana soca, nos anos de 2011/12, 2012/13 e 2013/14.
18
3.1.1 Primeiro ciclo - 2011/12
O experimento foi instalado em um bloco de uma área já cultivada com cana-de-
açúcar, variedade SP79-1011 com 1,5 m de espaçamento, no centro experimental do Instituto
Agronômico – IAC, no município de Campinas-SP (22º52’15” S, 47º04’57” O). O primeiro
ciclo (cana planta) foi plantado em abril de 2010 e colhido em dezembro de 2011; em abril de
2012, quando os fertilizantes foram aplicados na 1ª soca, as plantas já estavam com 1,5 m de
altura. A colheita foi feita em novembro de 2012, totalizando 217 dias após adubação.
O solo da área foi classificado como Latossolo Vermelho de acordo com o sistema
brasileiro de classificação de solos (EMBRAPA, 2006) e analisado no começo do
experimento em 2010 quanto às propriedades químicas (RAIJ et al., 2001) e físicas
(CAMARGO et al., 1986), que constam na tabela 1.
Os tratamentos aplicados foram: 1) Controle sem N; 2) Ureia (UR); 3) UR + DCD; 4)
UR + DMPP; 5) UR recoberta com polímeros e enxofre (PSCU). O delineamento
experimental foi inteiramente casualizado com quatro repetições para cada tratamento,
totalizando 20 parcelas experimentais.
A ureia contendo os inibidores de nitrificação foi preparada no laboratório do Instituto
Agronômico. O inibidor de nitrificação DCD, contendo 650 g kg-1
de N, de grau analítico
(Sigma Aldrich), em forma de pó, foi pesado individualmente e misturada à porção de ureia
de cada parcela experimental, sendo aplicado na dose de N-DCD correspondente a adição de
5% do N-Ureia aplicado. O DMPP de grau analítico, em forma de pó, também foi pesado
individualmente e misturado à porção de ureia de cada parcela experimental, aplicado na dose
de 1% em relação ao N-Ureia aplicado.
O fertilizante PSCU foi produzido e fornecido pela empresa de fertilizantes
Produquimica (Produquimica Ltda, Brasil). Segundo o fabricante, o polímero é derivado de
poliacrilato não hidrossolúvel e contém enxofre. O fertilizante contem 39% de N e 11% de S.
Tabela 1 – Propriedades da camada de 0-20 cm do Latossolo Vermelho na área experimental
de Campinas†.
pH CaCl2 C-org P K Ca Mg H+Al CTC V% Argila Silte Areia
g dm-3 mg dm-3 _____________________ mmolc dm-3 ______________________ % _____________ g kg-1 ____________
5,6 12 8 2,7 22 12 19 56 66 410 175 415 †
pH CaCl2: CaCl2 0,0125mol L-1
; C-org: carbono orgânico: oxi-redução.; P, K, Ca, Mg: extraído com resina de
troca iônica; H + Al: solução tampão a pH 7,0; CTC: capacidade de troca catiônica; V%: saturação por base;
Textura: método da pipeta.
19
Os fluxos de N2O foram medidos utilizando-se câmaras estáticas (Figura 4), feitas de
PVC com 20 cm de altura e 30 cm de diâmetro (0,071 m2). Cada câmara correspondeu a uma
unidade experimental, assim 20 câmaras foram instaladas a 10 cm de uma linha de cana-de-
açúcar de 25 m de comprimento, sendo 1 m a distância entre elas. Essa distância entre
câmaras foi feita devido à grande variabilidade espacial da emissão de N2O (MATHIEU et al.,
2006). Para o cálculo de emissão na área total foi considerado que as câmaras com fertilizante
nitrogenado representam 16% da área (Figura 5) e para 84% foram utilizados os dados
obtidos com a câmara do tratamento sem aplicação de N (CARMO et al., 2013).
Figura 4 - Câmaras estáticas e tampas feitas de PVC instaladas no experimento e utilizadas
para coleta de gases. Foto de Johnny R. Soares.
Figura 5 - Esquema representativo da disposição das câmaras em um bloco da área e cálculo
para emissão total da área.
20
Não foram instaladas câmaras nas entrelinhas, pois experimentos anteriores não
mostraram diferença significativa na emissão de N2O entre câmaras nas entrelinhas de
parcelas adubadas comparando com aquelas no tratamento sem fertilizante. Visto que o
fertilizante é aplicado na linha de plantio e não em área total.
A fixação das bases foi feita por meio de movimentos rotacionais até a profundidade
de 5 cm no solo, sendo instaladas um mês antes da aplicação dos fertilizantes, para evitar
emissões de gases devido a perturbação do solo. Para o cálculo exato do volume das câmaras,
a altura das bases foi medida em três pontos em cada semana de coleta de gases. A correção
da acidez do solo e a adubação de base com P, K, S e micronutrientes foi feita considerando
as características atuais de fertilidade segundo RAIJ et al. (1997).
A dose de N aplicada foi de 120 kg ha-1
, que está na faixa de valores recomendados
para cana-de-açúcar no Brasil (RAIJ et al., 1997). A palha que fica no campo foi retirada para
simular condições em que esse resíduo é coletado para produzir energia e para facilitar a
incorporação dos fertilizantes. Os fertilizantes foram incorporados no solo com auxílio de
enxada para evitar perdas de N por volatilização de NH3, visto que a adição de inibidores de
nitrificação na ureia aumenta essa perda de N (SOARES et al., 2012), o que poderia
subestimar a quantidade emitida de N2O. O fertilizante foi aplicado à mão em faixa paralela a
20 cm da linha de cana-de-açúcar, sendo que o fertilizante aplicado dentro das câmaras foi
pesado individualmente para cada unidade experimental e aplicado de forma incorporada no
solo com auxílio de uma pá.
O restante do fertilizante necessário para a cultura foi aplicado de lado oposto das
câmaras referente à mesma planta, sendo de 1 m o comprimento de cada parcela
experimental. Neste estudo não foi analisada a produtividade da cultura, pois a diferença de
perda de N (N2O, N2, lixiviação de NO3-) entre as fontes utilizadas não seria suficiente para
alterar a produtividade da cultura, visto que a dose de N aplicada corresponde a um ponto na
curva de resposta em que uma pequena variação na quantidade de nutriente fornecida não
resultaria em diferença de produtividade.
Durante os três primeiros meses do experimento, foi retirada semanalmente uma
amostra de solo da camada de 0-10 cm, utilizando-se um trado com diâmetro de 5 cm. Foram
retiradas três subamostras a fim de obter uma amostra composta de cada parcela experimental
do lado onde foi colocado o restante dos fertilizantes, oposto ao lado das câmaras. No total
foram feitas dez amostragens de solo, nas seguintes datas: 17, 31, 39, 45, 55, 62, 69, 78, 86 e
98 dias após a aplicação dos fertilizantes.
21
As amostras foram homogeneizadas e armazenadas em sacos plástico em freezer a -
20ºC, para posterior análise em laboratório de umidade, que foi feito gravimetricamente após
peso constante a 105ºC; determinação do pH do solo (relação de 1:2,5; solo:solução), em
solução de CaCl2 0,0125 mol L-1
; e dos teores de N-NH4+ e N-NO3
-, que foi feito por
destilação a vapor conforme CANTARELLA & TRIVELIN (2001). O espaço poroso
preenchido por água (EPPA) foi calculado considerando a densidade e porosidade do solo,
feitas no início do experimento; para essas análises, o solo foi amostrado (0 – 10 cm) com
anéis volumétricos, sendo retirada uma amostra por bloco da área.
Durante os três primeiros meses após a aplicação dos fertilizantes, as coletas de gases
foram feitas três vezes por semana no período da manhã (ALVES et al., 2012). Após esse
período as coletas foram semanais ou quinzenais. Durante a coleta, as câmaras foram fechadas
com tampas de mesmo diâmetro da base e altura de 7 cm, durante 30 minutos. Na tampa tem
um orifício para coleta de gases e o outro para regular a pressão interna com a externa. Com o
auxílio de seringas de plástico (60 ml) os gases foram coletados em três tempos após o
fechamento das câmaras: 1, 15 e 30 minutos, conforme MOSIER et al. (2006). Antes da
coleta, o gás dentro da câmara foi homogeneizado através de cinco repetições de sucção e
injeção do ar contido na câmara com a seringa. As amostras foram colocadas em frascos pré-
evacuados de vidro (20 ml) de penicilina vedados com tampas de borrachas e lacres de
alumínio ou em exetainers® de 12 ml (Labco Limited, United Kindom).
As amostras foram analisadas em cromatógrafo gasoso Shimadzu, modelo GC-2014,
com determinação simultânea das concentrações de N2O por meio de detector tipo ECD
(captura de elétrons) operando a 325ºC (HUTCHINSON & MOSIER, 1981) e de CH4 e CO2
tipo FID (ionização de chama) operando a 250ºC. A quantidade de moles de gases foi
corrigida pela pressão atmosférica e temperatura medidas no momento da amostragem. O
fluxo de cada gás foi calculado por meio da variação da concentração nos três tempos de
avaliação até 30 minutos, obtendo-se o coeficiente angular de uma equação de reta ajustada.
Em toda coleta de gás foram retiradas três amostras de solo da área total para
determinar a umidade do solo. A temperatura do ar e do solo também foram medidas junto
com as coletas de gases, utilizando termômetro do tipo espeto. Os dados pluviométricos
foram obtidos da estação meteorológica do IAC instalada a 200 m da área experimental.
22
3.1.1.1 Análises estatísticas
Os fluxos diários de N2O foram expressos em g ha-1
dia-1
, sendo calculados
considerando que a emissão dentro da câmara representa 16% da área total, e os dados da
emissão no tratamento controle foram utilizados para 84% (CARMO et al., 2013). Para a
emissão acumulada dos gases, foi feito interpolação linear dos dados para os dias em que não
foram medidos os fluxos e foram expressos em g ha-1
para N2O e CH4 e em kg ha-1
para CO2,
considerando o total de dias de cada ciclo de cana-de-açúcar após a aplicação dos fertilizantes.
Os dados da emissão acumulada total foram testadas quanto à normalidade dos resíduos pelo
teste Shapiro-Wilk, submetidos à análise de variância (ANOVA) e médias comparadas pelo
teste Tukey a 5% de probabilidade, usando o programa estatístico SISVAR® (FERREIRA,
2000). Os gráficos foram plotados e figuras feitas utilizando o software Sigma Plot, versão
12.5 (SYSTAT SOFTWARE, 2006).
A influência de variáveis edafoclimáticas na emissão de N2O foi determinada por de
regressão linear simples e regressão linear múltipla, sendo a seleção dos parâmetros do
modelo feita por processo passo-a-passo (stepwise), P ≤ 0,05. Os dados de pH do solo foram
transformados em H+: x = 10
-pH; antes da correlação. Os dados diários ou acumulados de N2O
foram transformados, quando necessário, em log10(X) com objetivo de estabilizar a variância
e aprimorar a distribuição normal dos resíduos (RAWLINGS et al., 1998). Após a
transformação, os dados foram reanalisados quanto à distribuição normal dos resíduos.
A emissão acumulada de N2O em função do tempo de aplicação dos fertilizantes foi
ajustada pelo modelo linear, sigmoide ou exponencial. A função linear é dada pela equação:
𝑁2𝑂 = 𝑎 + 𝑏𝑡 (1)
Em que N2O é a emissão acumulada de N-N2O, em g ha-1
, t é o tempo, em dias após a
aplicação dos fertilizantes, e a e b são parâmetros da equação, sendo que a é a interceptação
da reta (tempo zero) e b o coeficiente angular (taxa de crescimento).
A função sigmoide é semelhante à letra “S”, no início tem a fase “lag”, depois a fase
exponencial e a fase estacionária. A função exponencial ajustada apresenta uma taxa de
crescimento até atingir o máximo. As duas equações tendem ao infinito, assim extremos
devem ser evitados. A escolha pelo modelo foi feita em relação ao R2.
A função sigmoide é dada pela equação:
𝑁2𝑂 = 𝑎
1+𝑒−(
𝑡−𝑡0𝑏
) (2)
23
Em que N2O é a emissão acumulada de N-N2O, em g ha-1
, t é o tempo, em dias após a
aplicação dos fertilizantes, e a, t0 e b são parâmetros da equação, sendo que a é a perda
máxima e t0 é o tempo em que ocorrem 50% da perda máxima.
A função exponencial é dada pela equação:
𝑁2𝑂 = 𝑎(1 − 𝑒−𝑏𝑡) (3)
Em que N2O é a emissão acumulada de N-N2O, em g ha-1
, t é o tempo, em dias após a
aplicação dos fertilizantes, e a e b são parâmetros da equação, sendo que a é a perda máxima
e b é a taxa de crescimento.
Estas equações podem ser usadas para estimar parâmetros de interesse, incluindo a
perda máxima de N2O, bem como calcular o tempo em que ocorrem determinadas
porcentagens da perda. Este é um importante fator para comparar tratamentos com
fertilizantes ou adição de resíduos, e mesmo a emissão “natural” do sistema, pois permite
caracterizar o processo de emissão de N2O em função do tipo de insumo, interação com o solo
e condições ambientais.
3.1.2 Segundo ciclo - 2012/13
No segundo ciclo, o período de avaliação foi de 382 dias, de novembro de 2012 a
novembro de 2013. Os tratamentos foram aplicados na mesma área, as câmaras não foram
removidas, e foram adicionados mais dois tratamentos, UR + DCD e UR + DMPP em outra
linha de cana (Figura 6). Isso foi feito para testar se os inibidores de nitrificação perdem a
eficiência quando reaplicados em uma mesma área. Os tratamentos aplicados foram 1)
Controle sem N; 2) UR; 3) UR + DCD-R: reaplicação do inibidor na mesma área do ciclo
anterior; 4) UR + DMPP-R; 5) PSCU; 6) UR + DCD; 7) UR+DMPP. Os fertilizantes foram
aplicados um mês após a colheita do experimento e as plantas estavam com 0,5 m de altura.
Antes do corte da cana do ciclo anterior ocorreu queima acidental. As câmaras não foram
queimadas, pois o solo estava sem palha.
Neste ciclo foi alterada a amostragem do solo. Assim, os fertilizantes foram colocados
dentro das câmaras e o restante do lado oposto da mesma planta, conforme o ciclo anterior.
Para coleta de amostras de solo, os fertilizantes foram aplicados ao longo de linhas de cana-
de-açúcar próximas as linhas que foram feitas medições de gases. Cada tratamento foi
aplicado em uma linha sem repetições, com intuito de coletar mais pontos como subamostras.
Foram feitas sete subamostragens para obter uma amostra composta para cada tratamento. As
24
amostragens foram feitas: 8, 16, 23, 30, 38, 46, 53, 59, 67, 73, 81, 95, 109 e 134 dias após a
aplicação dos fertilizantes. Os demais procedimentos e avaliações foram feitos conforme o
ciclo anterior.
Figura 6 - Vista geral da área do experimento, incluindo câmaras adicionais a partir do
segundo ciclo. Foto de Johnny R. Soares.
3.1.3 Terceiro ciclo - 2013/14
O terceiro ciclo foi de dezembro de 2013 a setembro de 2014 (278 dias). No terceiro
ciclo teve a adição de mais um tratamento, aplicação de nitrato de cálcio, a fim de comparar
formas de N aplicadas. Os tratamentos aplicados foram: 1) Controle sem N; 2) UR; 3) UR +
DCD-R; 4) UR + DMPP-R; 5) PSCU; 6) UR + DCD; 7) UR+DMPP; 8) Nitrato de cálcio. O
delineamento experimental foi inteiramente casualizado com quatro repetições para cada
tratamento, totalizando 32 parcelas experimentais. Os fertilizantes foram aplicados 20 dias
após o corte.
Neste ciclo foram feitos os mesmos procedimentos e avaliações dos ciclos anteriores.
A análise de solo foi feita conforme o primeiro ciclo, ou seja, em 1 m da mesma planta em
lado oposto ao das câmaras. Isso foi feito para que a amostra de solo coletada representasse
melhor a microbiota relacionada com os gases, assim as coletas de gases e solo tiveram
influência da mesma planta. Neste ciclo foram incluídas análises moleculares para quantificar
a abundância dos genes que codificam a nitrificação e desnitrificação solo na microbiota do
solo, que foram feitas no Instituto Holandês de Ecologia (NIOO), na Holanda.
25
Para essas análises, uma porção de 20 g da amostra de solo foi separada logo após a
coleta e armazenada em freezer a - 80ºC para análise de DNA da comunidade microbiana do
solo. No total foram feitas oito amostragens de solo, nas seguintes datas: 8, 16, 18, 27, 35, 42,
60 e 158 dias após a aplicação dos fertilizantes.
O DNA foi extraído a partir de 0,25 g de solo utilizando o kit de extração Power Soil
(Mobio, Carlsbad, EUA) conforme as instruções do fabricante. A quantidade e qualidade do
DNA foi medida no espectrofotômetro NanoDrop® ND-1000 (NanoDrop Technologies,
Montchanin, EUA) e a banda foi confirmada por eletroforese em gel de agarose 1% em
tampão TAE 0,5X (0,4 M Tris-acetato/0,001 M EDTA).
As amostras de DNA foram diluídas em água livre de RNAase e DNAase (Sigma
Aldrich). A abundância dos genes que codificam a nitrificação e desnitrificação foi feita por
qPCR (Reação em cadeia da polimerase em tempo real quantitativa) com o termociclador
Qiagen Rotor-Gene QTM
6000 (RO212226). Foi feita uma reação com volume final de 12 µl,
contendo 6 µl de Sybrgreen Bioline SensiFASTTM
SYBR®
non-rox mix, 0,5 µl de cada primer
(5 pmol/reação) e 5 µl de DNA (0,3 ng/reação). Exceções incluem o gene nirK, que foi feito
com o Sybrgreen Qiagen Rotor-Gene SYBR® Green PCR Kit e o gene nosZ, o qual foi
adicionado DNA na concentração de 30 ng/reação. As reações foram feitas pelo robô
QIAgility (003516).
As condições utilizadas para amplificar cada gene estão mostradas na tabela 2. A
aquisição foi feita a 72°C ou a 82-86°C (ciclo B), a fim de evitar primer dimers. A curva de
“melt” foi feita de 55-99°C e analisada para confirmar a especificidade; foi verificado o
produto final do qPCR por eletroforese em gel de agarose para confirmar a amplificação da
banda de interesse.
A curva padrão foi feita a partir de plasmídeo de microrganismos ou de amostra
ambiental contendo o gene de interesse e clonados nos vetores descritos na tabela 2. A
quantidade e qualidade do DNA foi medida no espectrofotômetro NanoDrop® ND-1000
(NanoDrop Technologies, Montchanin, EUA) e a banda foi confirmada por eletroforese em
gel de agarose. As curvas padrões foram feitas a partir de 10 a 108 cópias do gene por µl da
reação.
Em cada corrida do aparelho foi incluído o DNA, curva padrão e controle livre de
DNA: água livre de RNAase e DNAase (Sigma Aldrich), feitos em duplicata. A eficiência da
reação foi entre 89 a 105%, e o R2 de 0,94 a 0,99.
Os dados de abundância de cada gene foram expressos em número de cópias por
grama de solo, corrigido a umidade, submetidos à análise de variância (ANOVA) e médias
26
comparadas pelo teste Tukey a 5% usando SISVAR®. Foram feitas correlações lineares
simples e múltipla entre emissão de N2O e abundância de cada gene pelo software SISVAR®
.
A distribuição normal dos resíduos e a estabilidade da variância dos dados foram verificadas
(RAWLINGS et al., 1998).
27
Tabela 2 - Primers e condições térmicas usadas na análise de abundância de genes feita por qPCR.
Gene
amplificado
Nome do
Primer Sequência do Primer1
Tamanho
(pb) Condições Térmicas Referência Fonte do padrão - Plasmídeo Vetor
AOA amoA Arch-amoAF
5’-STAATGGTCTG
GCTTAGACG-3’
635 95°C-5 min.; 40x 95°C-30s,
55°C-45s, 72°C-45s, 82°C-15s
FRANCIS et al. (2005) Arqueia do solo pGEM®-T Vector Systems
Promega
Arch-amoAR 5’-GCGGCCATCC
ATCTGTATGT-3’
AOB amoA amoA1F 5’-GGGGTTTCT
ACTGGTGGT-3’
491 95°C-5 min.; 40x 95°C-30s,
56°C-45s, 72°C-45s, 82°C-15s
ROTTHAUWE et al.
(1997)
Nitrosomonas europaea pGEM®-T Vector Systems
Promega
amoA2R 5’-CCCCTCKGSA
AAGCCTTCTTC-3’
nosZ nosZ2F 5’-CGCRACGGCAA
SAAGGTSMSSGT-3’
267 95°C-5 min.; 40x 95°C-15s,
60°C-15s, 72°C-30s, 82°C-15s
HENRY et al. (2006) Pseudomonas stutzeri
(M13R/F)
Dh5alpha pgemTeasy
PCR4-topo vector
nosZ2R 5’-CAKRTGCAKSG
CRTGGCAGAA-3’
nirK NirK876 5'-ATYGGCGG
VAYGGCGA-3'
165 95°C-5 min.; 40x 95°C-15s,
63°C-30s, 72°C-30s, 82°C-15s
HENRY et al. (2004) Paracoccus denitrificans
(DSM 413)
Dh5alpha pgemTeasy
PCR4-topo vector
NirK1040 5'-GCCTCGATCA
GRTTRTGGTT-3'
nirS nirScd3aF 5'-GTSAACGTSA
AGGARACSGG-3'
425 95°C-5 min.; 40x 95°C-10s,
60°C-10s, 72°C-20s, 86°C-5s
THROBÄCK et al.
(2004)
Pseudomonas stutzeri
(M13R/F)
PCR product
nirSR3cd 5'-GASTTCGGRT
GSGTCTTGA-3'
Bacteria total Eub338 5'-ACTCCTACGG
GAGGCAGCAG-3'
200 95°C-5 min.; 40x 95°C-5s,
53°C-10s, 72°C-20s
FIERER et al. (2005) Firmicutes Dh5alpha pgemTeasy
PCR4-topo vector
Eub518 5'-ATTACCGC
GGCTGCTGG-3'
Arqueia total Arch915 5'-AGGAATTGGC
GGGGGAGCAC-3'
112 95°C-10 min.; 40x 95°C-10s,
60°C-10s, 72°C-20s
KLINDWORTH et al.
(2013)
Arqueia do solo Dh5alpha pgemTeasy
PCR4-topo vector
Arch1017r 5'-GGCCATGCA
CCWCCTCTC-3'
1 Bases nitrogenadas: A: Adenina, C: Citosina, T: Timina; G:Guanina; K: G ou T; M: A ou C; R: A ou G; S: C ou G; V: A, C ou G; W: A ou T; Y: C ou T.
28
3.2 Estudo 2: Experimento com Diferentes Fontes e Doses de N
Neste estudo foram avaliados os efeitos de fonte e dose de N na emissão de GEE. Este
estudo foi realizado em uma área da APTA (Agência Paulista de Tecnologia dos
Agronegócios) em Piracicaba-SP (22º41’02” S, 47º38’44” O). Foi plantada a variedade
IACSP95-5000, utilizando mudas pré-brotadas.
O esquema experimental foi um fatorial duplo, com quatro doses de N (0, 30, 60 e 90
kg ha-1
) e duas fontes, ureia (UR) e nitrato de amônio e cálcio (CAN). O delineamento foi de
blocos ao acaso, sendo feitas quatro repetições. O tratamento controle não foi repetido para as
duas fontes, assim o total de parcelas foi de 28 (Figura 7). As parcelas foram feitas com 15 m
de comprimento e 5 linhas de cana-de-açúcar espaçadas a 1,5 m.
CAN 60 CAN 90
CAN 30 Ctrl
25 26
27 28
2m
Ctrl UR 30
CAN 60 UR 90
21 22
23 24
Bloco 3
Bloco 4
CAN 30 UR 90
UR 30 UR 60
17 18
19 20
CAN 60 UR 60
CAN 90 UR 90
13 14
15 16
UR 90 CAN 30
Ctrl CAN 60
9 10
11 12
Bloco 1
Bloco 2
CAN 90 Ctrl
CAN 90 UR 30
5 6
7 8
UR 30 UR 60
UR 60 CAN 30
1 2
3 4
4,5 m
Figura 7 - Delineamento experimental, Piracicaba. Tratamentos: Ctrl (Controle – sem N); UR
(Ureia) e CAN (Nitrato de amônio e cálcio) nas doses 30, 60 e 90 kg ha-1
de N.
29
O fertilizante nitrato de amônio e cálcio (Nitrocálcio) - CAN (Abreviação do inglês:
Calcium amonnium nitrate) foi fornecido pela empresa Yara (Yara International ASA) e
contém 27% de N na forma de NH4+ e NO3
- (1:1), além de 4% de cálcio e 2% de magnésio,
pela adição de calcário. Para efeito das avaliações de formas de N, foi empregada ureia como
fonte de N na forma de amida e o CAN na forma de NH4+ e NO3
-. Os fertilizantes foram
aplicados no sulco do plantio.
Este experimento faz parte de um projeto que engloba outras avaliações agronômicas,
como produtividade, quantidade de nutrientes extraídos na colheita, estoque de C, etc.
Entretanto esses dados não foram incluídos neste estudo.
A correção da acidez do solo e a adubação de base com P, K, S e micronutrientes foi
feita considerando as características atuais de fertilidade, analisada no início do experimento.
O solo da área foi classificado como Latossolo Vermelho (Embrapa, 2006) e analisado quanto
às propriedades químicas e físicas (Tabela 3) antes do plantio.
As câmaras para medições de GEE bem como a instalação das mesmas foram feitas
conforme experimento anterior e foram instaladas em dois blocos da área total do
experimento. Deste modo, foram colocadas duas câmaras dentro da mesma parcela referente a
cada tratamento, no começo da primeira e da última linha da parcela, a fim de diminuir o
pisoteio dentro da área. Foram colocadas quatro câmaras, duas em dois blocos, nas entrelinhas
dos tratamentos controle, ureia e CAN na dose de N de 90 kg ha-1
(Figura 8). No total foram
instaladas 40 câmaras.
Tabela 3 - Propriedades da camada de 0-20 cm do Latossolo Vermelho na área experimental
de Piracicaba†.
pH CaCl2 C-org P K Ca Mg H+Al CTC V% Argila Silte Areia
g dm-3 mg dm-3 _____________________ mmolc dm-3 ______________________ % _____________ g kg-1 ____________
4,9 11 15 0,8 28 14 31 74 58 519 146 335 †
pH CaCl2: CaCl2 0,0125mol L-1
; C-org: carbono orgânico: oxi-redução.; P, K, Ca, Mg: extraído com resina de
troca iônica; H + Al: solução tampão a pH 7.0; CTC: capacidade de troca catiônica; V%: saturação por base;
Textura: método da pipeta.
30
Figura 8 - Câmaras instaladas dentro da parcela (A), na linha e entrelinha (B). Foto de
Johnny R. Soares.
Os procedimentos para as avaliações dos fluxos de GEE foram feitos conforme o
experimento anterior, que incluem o tempo de coleta de gases, armazenamento, análises e
cálculos, além das medições de temperatura do ar, do solo e altura das câmaras em cada
coleta. Os dados pluviométricos foram obtidos da estação meteorológica instalada na APTA a
50 m de distância da área experimental.
Neste experimento o cálculo da emissão por área foi feito considerando que a câmara
representa 16% da área total e para 84% foi utilizado os dados das câmaras nas entrelinhas.
Como os tratamentos UR e CAN nas doses de 30 e 60 kg ha-1
não tinham câmaras nas
entrelinhas, foram utilizados os dados das câmaras nas entrelinhas do tratamento controle.
Amostragem do solo (camada de 0-10 cm) foi feita semanalmente utilizando-se um
trado com 5 cm de diâmetro durante os três primeiros meses após a aplicação dos fertilizantes.
Foram retiradas 10 subamostras nas três linhas centrais, a fim de obter uma amostra composta
de cada parcela experimental. As amostras foram homogeneizadas e armazenadas em sacos
plástico para posterior análise em laboratório de umidade, determinação do pH do solo e dos
teores de N-NH4+ e N-NO3
- conforme experimento anterior. No total foram feitas nove coletas
de solo, nas datas: 6, 13, 22, 29, 36, 44, 48 e 66 dias após a aplicação dos fertilizantes.
Os dados da emissão acumulada total foram checados quanto à distribuição normal
dos resíduos pelo teste Shapiro-Wilk, submetidos à análise de variância (ANOVA),
considerando o fatorial 4 x 2 (4 doses e 2 fontes), em que os dados do tratamento controle
(Sem N) foi utilizado para as duas fontes. O efeito de fontes foi comparado pelo teste Tukey a
5% e o efeito de dose por regressão linear, quadrática ou exponencial (p ≤ 0,05). Foram
utilizados os softwares SISVAR® e Sigma Plot, versão 12,5.
A B
31
4 RESULTADOS
4.1 Estudo 1: Experimento com Fertilizantes de Eficiência Aumentada
4.1.1 Primeiro e segundo ciclos - 2011/12 e 2012/13
Os dados climáticos mensais durante o período do experimento e histórico estão
mostrados na figura 9 e 10 para os ciclos 2011/12 e 2012/13, respectivamente. No ciclo
2011/12, nos primeiros meses do experimento a chuva foi maior que o histórico, porém no
período seco a chuva foi ainda menor (Figura 9). No ciclo 2012/13 o acumulado de chuva foi
de 1258 mm, mais de 300 mm inferior ao histórico (Figura 10). A temperatura média do ar
mensal para ambos os ciclos foi semelhante à média histórica.
Figura 9 - Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento e a
média histórica (de 1993 até 2013). Ciclo 2011/12.
0
5
10
15
20
25
30
0
50
100
150
200
250
Tem
per
atu
ra m
édia
men
sal
(ºC
)
Ch
uv
a m
ensa
l (m
m)
Meses
Ano 2012, total 712 mm Histórico, total 562 mmTemp. média 2012 Temp. média histórica
32
Figura 10 - Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento e a
média histórica (de 1993 até 2013). Ciclo 2012/13.
Nas figuras 11 e 12 estão mostrados os dados climáticos diários no período do
experimento junto com os dados de emissão de N2O. A temperatura média do ar ficou entre
15 e 30ºC e ocorreram precipitações perto de 40 mm, bem como algumas em menor volume
no ciclo de 2011/12 (Figura 11A e B). No ciclo de 2012/2013 a temperatura ficou entre 20 e
35ºC (Figura 12A e B).
Nos primeiros 10 dias após a aplicação dos fertilizantes no ciclo de 2011/12, a emissão
de N-N2O foi baixa, menor que 5 g ha-1
dia-1
(Figura 11C e D). O tratamento com UR
apresentou elevado pico de emissão de N2O no 17º dia, correspondente a 70 g ha-1
dia-1
, após
esse período houve dois picos, 40 e 30 g ha-1
dia-1
, acompanhando os eventos de chuva e a
disponibilidade de N no solo (Figura 13A). Entre esses três picos a emissão foi próxima a 15
g ha-1
dia-1
. Os tratamentos com os inibidores de nitrificação tiveram baixa emissão de N2O,
tendo valores semelhantes ao solo sem aplicação de N, cerca de 5 g ha-1
dia-1
. No tratamento
com ureia recoberta com polímeros houve um pico no 17º dia, menor que o ocorrido com
ureia, 30 g ha-1
de N-N2O aproximadamente, e nos outros dois picos a emissão foi semelhante
ao tratamento com ureia convencional (Figura 11C e D).
No período de 80 a 160 dias após a aplicação dos fertilizantes a emissão de todos os
tratamentos foi bem baixa devido à baixa precipitação neste período (Figura 11A e C).
Quando começou a chover novamente o tratamento com ureia recoberta com polímeros teve
maior emissão, apresentando pico de 30 g ha-1
de N-N2O. Os demais tratamentos tiveram
emissão de N-N2O próxima a 10 g ha-1
dia-1
(Figura 11C).
0
5
10
15
20
25
30
0
50
100
150
200
250
300
Tem
per
atu
ra m
édia
men
sal
(ºC
)
Ch
uv
a m
ensa
l (m
m)
Meses
Ano 2012/13, total 1258 mm Histórico, total = 1563 mm
33
Figura 11 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com
ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia recoberta por
polímeros e enxofre (PSCU). Figuras B e D – primeiros três meses.
No ciclo 2012/13, a emissão de N2O foi baixa nos dez primeiros dias, semelhante ao
ciclo anterior (Figura 12C e D). O tratamento com UR apresentou pico de emissão no 14º dia,
correspondente a 80 g ha-1
dia-1
de N-N2O, ocorrendo posteriormente mais dois picos, 60 e 40
g ha-1
dia-1
, de acordo com a chuva e teor de N no solo (Figura 14A). Entre os picos de
emissão, o tratamento com UR apresentou emissões de N2O mais elevadas que os demais
tratamentos. A aplicação de UR recoberta com polímeros mostrou menor emissão de N2O que
o tratamento com UR apenas nos primeiros 20 dias após a aplicação dos fertilizantes. Após
esse período os picos foram semelhantes entre esses tratamentos, e após 40 dias o tratamento
com PSCU apresentou maiores emissões de N2O que os demais tratamentos (Figura 12C e D).
34
Figura 12 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com
ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia recoberta por
polímeros e enxofre (PSCU) no cultivo de cana-de-açúcar. R: reaplicação dos inibidores na
mesma área. Figuras B e D – primeiros três meses.
Neste ciclo de 2012/13 o volume de precipitação foi maior que no ciclo anterior nos
primeiros meses da aplicação dos fertilizantes, 571 mm diante de 347 mm nos primeiros 90
dias. Assim a liberação de N pelo PSCU aconteceu nos primeiros meses após a aplicação, não
apresentando maior emissão de N2O no final da safra como observado no ciclo 2011/12. Os
tratamentos contendo inibidor de nitrificação apresentaram baixa emissão de N-N2O, por
volta de 5 g ha-1
dia-1
, semelhante ao tratamento sem aplicação de N, não havendo diferença
em relação ao tratamento com a reaplicação dos inibidores na mesma área do ciclo anterior.
35
Figura 13 - Concentração de NH4
+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP)
ou ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) no cultivo de cana-de-açúcar, ciclo
2011/12.
Figura 14 - Concentração de NH4
+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP)
ou ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) no cultivo de cana-de-açúcar, ciclo
2012/13.
Após 220 dias, no ciclo de 2011/12, o tratamento sem aplicação de N causou emissão
acumulada de N-N2O de 1100 g ha-1
. O tratamento com ureia apresentou emissão de N-N2O
de aproximadamente 2000 g ha-1
, correspondendo a 0,7% do N total aplicado. A adição dos
inibidores de nitrificação à UR resultou em redução na emissão de N2O de 95 e 98%, não
diferindo do tratamento sem aplicação de N. O tratamento com o fertilizante de liberação
controlada apresentou emissão de N2O que não diferiu da observada no tratamento com UR
(Tabela 4).
36
Tabela 4 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia recoberta por
polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2011/12. Período de 217 dias.
Tratamentos N-N2O C-CO2 C-CH4
g ha
-1 * % do N aplicado
† Diferenças da ureia (%) kg ha
-1 g ha
-1
Sem N 1098 b - - 3849 ns -48 ns
UR 1924 a 0,69 ± 0,25 - 3935 -64
UR+DCD 1142 b 0,04 ± 0,09 - 95 3998 -78
UR+DMPP 1112 b 0,01 ± 0,09 - 98 4014 -87
PSCU 2213 a 0,93 ± 0,04 + 35 4005 -47 *Teste de Tukey, p ≤ 0,05; ns: não significativo; (-) redução, (+) aumento; coeficiente de variação: 17%; †Resultado do tratamento sem aplicação de N foi subtraído para este cálculo; ± o desvio padrão.
A perda acumulada de N2O em função do tempo após a aplicação dos fertilizantes foi
ajustada pelas equações linear, sigmoide e exponencial para os tratamentos controle (Sem N),
ureia e ureia recoberta por polímeros. O ajuste também foi feito descontando a emissão do
tratamento sem aplicação de N, a fim de avaliar somente o efeito do fertilizante na emissão
acumulada de N2O. Para os tratamentos com inibidores de nitrificação o ajuste da equação
não foi feito, pois os dados apresentaram emissão de N2O baixa, semelhante ao tratamento
sem N.
A emissão acumulada de N2O no tratamento sem aplicação de N foi ajustada pelo
modelo linear; com a aplicação do PSCU foi semelhante, porém com maior aumento na
emissão de N2O, visto que o coeficiente angular da reta foi quase o dobro em relação ao
tratamento sem N, 8,64 ante a 4,42 (Figura 15A). O tratamento com UR apresentou efeito
exponencial com crescimento até o final do experimento, em que 90% da perda máxima de
N2O segundo a equação aconteceria no 237º dia, o que ocorreria após o período do
experimento (Figura 15A). Porém, descontando a emissão do tratamento sem N, o efeito do
fertilizante na emissão mostrou comportamento sigmoidal o qual atingiu 90% da perda
máxima de N2O aos 72 dias após a aplicação do fertilizante (Figura 15B); após esse período a
emissão se estacionou e ocorreu devido à emissão do solo sem fertilizante. O ajuste foi linear
o tratamento com o PSCU descontando a emissão do tratamento controle. O que mostra que
seu efeito na emissão de N2O ocorreu em tempo maior que a aplicação de ureia convencional.
37
Figura 15 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia
convencional (UR) ou ureia recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2011/12
(A). Figura B - a emissão do tratamento controle (Sem N) foi descontada. Equação ajustada
(linhas em preto) pelo modelo linear, exponencial ou sigmoide, p<0,0001; ns: não
significativo.
No ciclo de 2012/13, a emissão de N-N2O no tratamento sem aplicação de N foi de
600 g ha-1
, após 382 dias. O tratamento com UR apresentou emissão de N-N2O de 1500 g ha-
1, que representa 0,75% do N total aplicado. A aplicação de PSCU resultou em emissão
acumulada de N2O maior que o tratamento com UR comum, atingindo quase 2000 g ha-1
de
N-N2O, correspondendo a 1,09% do N total aplicado. Os tratamentos com inibidor de
nitrificação reduziram a emissão de N2O da ureia em 81 a 100%, não havendo diferença entre
os inibidores DCD e DMPP, nem do tratamento sem aplicação de N e nem pela reaplicação
dos inibidores na mesma área que do ciclo anterior (Tabela 5).
Não houve diferença entre os tratamentos em relação à emissão de CO2 e CH4, sendo
que para o metano ocorreu consumo (Tabela 5 e 6).
38
Tabela 5 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia recoberta por
polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2012/13. Período de 382 dias.
Tratamentos N-N2O C-CO2 C-CH4
g ha
-1* % do N aplicado
† Diferenças da ureia (%) kg ha
-1 g ha
-1
Sem N 587 c - - 7813 ns -466 ns
UR 1484 b 0,75 ± 0,10 - 7771 -499
UR+DCD – R 674 c 0,07 ± 0,04 - 90 7996 -557
UR+DMPP – R 643 c 0,05 ± 0,03 - 94 7810 -491
PSCU 1901 a 1,09 ± 0,28 + 46 7910 -505
UR+DCD 759 c 0,14 ± 0,03 - 81 7846 -553
UR+DMPP 584 c 0,00 ± 0,03 - 100 7734 -514 *Teste de Tukey, p ≤ 0,05; ns: não significativo; R significa reaplicação dos inibidores na mesma área do ciclo
anterior; (-) redução, (+) aumento; coeficiente de variação: 19%; †Resultado do tratamento sem aplicação de N
foi subtraído para este cálculo; ± o desvio padrão.
A perda de N2O acumulada apresentou efeito exponencial crescente até atingir um
máximo para os tratamentos sem N, UR e PSCU (Figura 16A). Para a aplicação de UR, 90%
da perda total acumulada ocorreram em 94 dias após a aplicação do fertilizante, com o PSCU
foram em 240 dias e, no tratamento sem N, em 280 dias. Considerando o efeito do fertilizante
na emissão acumulada de N2O, o tratamento com UR apresentou efeito sigmoide, atingindo
90% da perda total em 40 dias após a aplicação. Com o PSCU o efeito na emissão de N2O foi
mais prolongado do que com a UR, a equação ajustada para o tratamento com o PSCU foi
exponencial e 90% da emissão total de N2O ocorreram em 230 dias (Figura 16B).
Figura 16 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia
convencional (UR) ou ureia recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2012/13
(A). Figura B - a emissão do tratamento controle (Sem N) foi descontada. Equação ajustada
(linhas em preto) pelo modelo exponencial ou sigmoide, p<0,0001.
39
A emissão de N2O foi significativamente correlacionada com algumas variáveis
ambientais. No ciclo 2011/12, temperatura do solo, teor de N-NO3- foram as que apresentaram
maior coeficiente de correlação (Tabela 6). Sem os tratamentos com inibidor de nitrificação, o
teor de NH4+ teve melhor correlação que o nitrato. A correlação com a umidade do solo
apresentou maior R2 que com a chuva do dia anterior e da semana. A temperatura do solo
mostrou correlação positiva, enquanto que a temperatura do ar não foi significativa, assim
como CO2 e CH4 não mostraram correlação com N2O emitido (Tabela 6).
O melhor modelo dado pela seleção passo-a-passo no ciclo 2011/12 incluiu
temperatura do solo, teor de NO3- e umidade do solo. Sem os tratamentos com inibidor de
nitrificação, o modelo incluiu o teor de N na forma de NH4+ e resultou numa regressão com
valor de R2 superior (Tabela 7).
Tabela 6 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com ou
sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia recoberta por polímeros
(PSCU) no cultivo de cana soca 2011/12 (n = 120).
Variáveis (x)† Regressão* R2 Regressão R
2
Todos tratamentos Sem inibidores de nitrificação
N-NH4+ N2O = 1,93 + 0,00032x 0,0347 N2O = 1,97 + 0,0010x 0,2646
N-NO3- N2O = 1,87 + 0,0021x 0,1179 N2O = 1,94 + 0,0025x 0,1710
EPPA N2O = 1,29 + 0,020x 0,1002 N2O = 0,96 + 0,033x 0,1667
Temp. ar ns - ns -
Temp. solo N2O = 0,84 + 0,066x 0,1487 N2O = 0,75 + 0,077x 0,1866
pH ns - ns -
Chuva dia anterior N2O = 1,95 + 0,011x 0,0804 N2O = 2,04 + 0,013x 0,1149
Chuva semana N2O = 1,93 + 0,0022x 0,0513 N2O = 2,03 + 0,0025x 0,0587
C-CO2 ns - ns -
C-CH4 ns - ns - * p ≤ 0,05; ns: não significativo; † N-N2O: µg m-2 h-1 transformado em log(X+50); C-CO2: mg m-2 h-1; C-CH4: µg m-2 h-1; N-
NH4+ e N-NO3
-: mg kg-1 0-10 cm solo; Chuva dia e semana: mm; Temperatura ar e solo: ºC; EPPA: Espaço poroso
preenchido por água, %; pH-CaCl2: transformado em H+, 10-pH.
40
Tabela 7 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes em cana-de-
açúcar, ciclo 2011/12 (n = 120).
Modelo* Parâmetros R2
Todos tratamentos†
N-N2O = β0 + βTemp.solo + βN-NO3- +
βEPPA‡ 0,32 + 0,056Temp.solo + 0,0026N-NO3
- + 0,015EPPA 0,3463
Sem inibidores de nitrificação
N-N2O = β0 + βN-NH4+ + βEPPA + βN-
NO3- + βTemp.solo
0,11 + 0,00041N-NH4++ 0,029EPPA + 0,0023N-NO3
- +
0,043Temp.solo 0,5183
* Seleção passo-a-passo, p ≤ 0,05; † Tratamentos: Sem N, Ureia (UR), UR+DCD, UR+DMPP, e Ureia recoberta com
polímeros e enxofre; ‡ N-N2O: µg m-2 h-1 transformado em log(X+50); N-NO3-: mg kg-1 0-10 cm solo; EPPA: Espaço poroso
preenchido por água, %.
No ciclo 2012/13, os teores de N na forma de NH4+ e NO3
- apresentaram maior R
2 que
as demais (Tabela 8). Retirando os tratamentos com inibidores de nitrificação, o teor de NH4+
mostrou maior R2 do que o de nitrato. A temperatura do ar e solo tiveram correlação positiva
com a emissão de N2O. Umidade do solo e os dados de chuva não mostraram correlação
significativa. O CO2 teve correlação positiva, enquanto que o CH4 não (Tabela 8). O modelo
de regressão linear múltipla ajustado para o ciclo 2012/13 incluiu os teores de N na forma de
amônio e nitrato, umidade do solo, CO2 e temperatura do solo. Sem os inibidores, foi incluído
ainda o CH4 e temperatura do ar ao invés do solo, resultando em maior R2 (Tabela 9).
Tabela 8 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com ou
sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) ou ureia recoberta por polímeros
(PSCU) no cultivo de cana soca 2012/13 (n = 392).
Variáveis (x)† Regressão* R2 Regressão R
2
Todos tratamentos Sem inibidores de nitrificação
N-NH4+ N2O = 2,08 + 0,0011x 0,2280 N2O = 2,14 + 0,0020x 0,4412
N-NO3- N2O = 2,05 + 0,0074x 0,3086 N2O = 2,12 + 0,0075x 0,4255
EPPA ns - ns -
Temp. ar N2O = 1,76 + 0,015x 0,0391 N2O = 1,30 + 0,038x 0,1979
Temp. solo N2O = 1,73 + 0,018x 0,0181 N2O = 1,26 + 0,043x 0,0814
pH ns - ns -
Chuva dia anterior ns - ns -
Chuva semana ns - ns -
C-CO2 N2O = 2,06 + 0,0009x 0,0243 N2O = 2,06 + 0,0019x 0,0846
C-CH4 ns - ns - * p ≤ 0,05; ns: não significativo; † N-N2O: µg m-2 h-1 transformado em log(X+100); C-CO2: mg m-2 h-1; C-CH4: µg m-2 h-1;
N-NH4+ e N-NO3
-: mg kg-1 0-10 cm solo; Chuva dia e semana: mm, Temperatura ar e solo: ºC; EPPA: Espaço poroso
preenchido por água, %; pH-CaCl2: transformado em H+, 10-pH.
41
Tabela 9 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes em cana-de-
açúcar, ciclo 2012/13 (n = 392).
Modelo* Parâmetros R2
Todos tratamentos†
N-N2O = β0 + βN-NO3- + βN-NH4
+ +
βEPPA + βCO2 + βTemp.solo ‡
1,87 + 0,0066N-NO3- + 0,0006N-NH4
+ + 0,012EPPA +
0,001CO2 - 0,0165Temp.solo 0,4270
Sem inibidores de nitrificação
N-N2O = β0 + βN-NH4+ + βN-NO3
- +
βEPPA + βCO2 + βCH4 + βTemp.ar
1,14 + 0,0014N-NH4+ + 0,0042N-NO3
- 0,016EPPA +
0,001CO2 + 0,002CH4 + 0,010Temp.ar 0,6560
* Seleção passo-a-passo, p ≤ 0.05; † Tratamentos: Sem N, Ureia (UR), UR+DCD, UR+DMPP, e Ureia recoberta com
polímeros e enxofre; ‡ N-N2O: µg m-2 h-1 transformado em log(X+100); C-CO2: mg m-2 h-1; C-CH4: µg m-2 h-1; N-NH4+ e N-
NO3-: mg kg-1 0-10 cm solo; Temperatura ar e solo: ºC; EPPA: Espaço poroso preenchido por água.
4.1.2 Terceiro ciclo - 2013/14
4.1.2.1 Emissão de gases
Os dados climáticos durante o período do experimento estão mostrados nas figuras 17
e 18. O acumulado de chuva no período foi de 600 mm, aproximadamente metade da média
histórica para local, que é de 1150 mm (Figura 17). A temperatura média do ar ficou entre 20
e 40 ºC e ocorreram precipitações perto de 50 mm, bem como algumas em menor volume
(Figura 18A e B).
Figura 17 - Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento e a
média histórica (de 1993 até 2013). Ciclo 2013/14.
0
5
10
15
20
25
30
0
50
100
150
200
250
300T
eper
atu
ra m
édia
men
sal
(ºC
)
Ch
uv
a m
ensa
l (m
m)
Meses
Ano 2013/14, total = 600 mm Histórico, total = 1150 mm
42
Figura 18 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com
ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP), ureia recoberta por polímeros e
enxofre (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana-de-açúcar. R: reaplicação dos
inibidores na mesma área. Figuras B e D – primeiros três meses.
Nos primeiros 10 dias após a aplicação dos fertilizantes, a emissão de N-N2O foi
baixa, menor que 5 g ha-1
dia-1
. O tratamento com UR apresentou elevado pico de emissão de
N-N2O no 14º dia, correspondente a 220 g ha-1
, após esse período houve outro elevado pico
no 29º dia, 170 g ha-1
dia-1
, e entre esses picos a emissão foi elevada, de 15-70 g ha-1
dia-1
(Figura 18C e D) acompanhando os eventos de chuva e a disponibilidade de N no solo (Figura
19). Nesse período de elevadas emissões de N2O, primeiros dois meses, os inibidores
mantiveram o N na forma de amônio principalmente (Figura 20). Os tratamentos com os
inibidores de nitrificação apresentaram baixa emissão de N2O, tendo valores semelhantes ao
solo sem aplicação de N, que foi por volta de 5 g ha-1
dia-1
. O tratamento com ureia recoberta
com polímeros apresentou picos menores que a ureia, emissão de N2O de 80 g ha-1
43
aproximadamente; nos outros dois picos a emissão foi semelhante ao tratamento com ureia
convencional (Figura 18C e D).
No período de 70 a 160 dias após a aplicação dos fertilizantes a emissão de todos os
tratamentos foi bem baixa, próxima a 5 g ha-1
dia-1
. Entretanto no tratamento com ureia
recoberta com polímeros ocorreu maior emissão, chegando a 20 g ha-1
dia-1
de N-N2O (Figura
18C e D).
Figura 19 - Concentração de NH4+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP),
ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana-de-
açúcar, ciclo 2013/14. R: reaplicação dos inibidores na mesma área.
Figura 20 - Porcentagem de N-NH4+ no solo (0 – 10 cm) em relação ao N inorgânico total
(N-NH4+ + N-NO3
-) pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de
inibidores de nitrificação (DCD e DMPP).
44
Após 278 dias, o tratamento sem aplicação de N teve emissão acumulada de N-N2O de
300 g ha-1
. O tratamento com ureia apresentou emissão de N-N2O de 2300 kg ha-1
,
correspondendo a 1,7% do N total aplicado. A adição dos inibidores de nitrificação à UR
resultou em grande redução na emissão de N2O, que não foi diferente do tratamento sem
aplicação de N; exceto no tratamento com a reaplicação de DCD, que resultou em emissão de
N-N2O de 0,5 kg ha-1
, sendo maior que a emissão do tratamento sem aplicação de N, porém
muito menor que a emissão do tratamento com ureia. A redução na emissão de N2O pela
adição dos inibidores na ureia foi de 88 a 97% reaplicados na mesma área ou não. O
tratamento com PSCU apresentou emissão de N2O não diferente em relação ao tratamento
com UR; e a aplicação de nitrato de cálcio resultou em baixa emissão de N2O, não diferente
do tratamento sem aplicação de N ou ureia com inibidores de nitrificação (Tabela 10).
Emissões totais de CO2 e CH4 não mostraram diferenças entre os tratamentos aplicados
(Tabela 10).
Neste ciclo a emissão de N2O do solo sem fertilizante nitrogenado foi mais baixa que
nos ciclos anteriores. Assim, a equação ajustada para aplicação de UR foi sigmoide nos dois
casos, considerando ou não a emissão do solo sem o fertilizante, atingindo 90% da emissão
total acumulada de N2O em 40 dias após a aplicação (Figura 21A e B). No tratamento com o
PSCU o efeito foi mais prolongado, sendo a equação exponencial que melhor explicou a
emissão de N2O, em que 90% da emissão ocorreram após 187 dias. O tratamento sem
aplicação de N atingiu 90% da perda total em 185 dias (Figura 21A).
Tabela 10 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia, incorporada no
solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP), ureia recoberta por
polímeros (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana soca 2013/14. Período de 278 dias.
Tratamentos N-N2O C-CO2 C-CH4
g ha
-1 log* % N aplicado† Redução (%) kg ha
-1 g ha
-1
Sem N 286 2,4 c - - 5835 ns -598 ns
Ureia 2301 3,4 a 1,68 ± 0,24 - 5933 -633
UR+DCD-R 531 2,7 b 0,20 ± 0,08 88 5883 -612
UR+DMPP-R 350 2,5 c 0,05 ± 0,03 97 5871 -532
PSCU 2165 3,3 a 1,57 ± 0,42 7 5912 -648
UR+DCD 410 2,6 bc 0,10 ± 0,10 94 5859 -633
UR+DMPP 353 2,5 c 0,06 ± 0,02 97 5897 -656
Nitrato de cálcio 329 2,5 c 0,04 ± 0,02 98 5973 -600 *Teste de Tukey, p ≤ 0,05; N-N2O: g ha
-1 transformado em log(X); ns: não significativo; R significa reaplicação
dos inibidores na mesma área do ciclo anterior; Coeficiente de variação: 17%; †Resultado do tratamento sem
aplicação de N foi subtraído para este cálculo; ± o desvio padrão.
45
Figura 21 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia
convencional (UR) ou ureia recoberta por polímeros (PSCU) no cultivo de cana soca 2013/14
(A). Figura B - a emissão do tratamento controle (Sem N) foi descontada. Equação ajustada
(linhas em preto) pelo modelo exponencial ou sigmoide, p<0,0001.
Análise de regressão linear simples mostrou que a variável que melhor se
correlacionou com o fluxo de N2O foi a abundância do gene AOB amoA, resultando em R2 de
0,18 (Tabela 11). Os genes AOA amoA e arqueia total tiveram correlação negativa com N2O.
O teor de NO3- apresentou correlação positiva, porém retirando os tratamentos com inibidor
de nitrificação não houve correlação significativa com nitrato, enquanto que foi significativo
com NH4+. A umidade do solo (EPPA), bem como a chuva acumulada no dia anterior e na
semana apresentaram correlação com N2O, sendo que a chuva na semana teve R2 superior às
outras duas variáveis. Temperatura do solo e do ar não tiveram correlação significativa, assim
como o CO2. O CH4 mostrou correlação positiva com o N2O (Tabela 11).
O melhor modelo dado pela seleção passo-a-passo relacionando a emissão de N2O
com as variáveis ambientais incluiu a abundância do gene AOB amoA, chuva acumulada em
uma semana antes, N-NH4+, N-NO3
-, gene para bactéria total, pH e CO2, resultando em R
2 de
0,47. Sem os tratamentos com a aplicação dos inibidores de nitrificação, o teor de N-NH4+ foi
relacionado com a emissão, enquanto o de N-NO3- não foi; além disso, aumentou o R
2 para
0,53 (Tabela 12).
46
Tabela 11 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com ou
sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP), ureia recoberta por polímeros
(PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana soca 2013/2014 (n = 256).
Variáveis (x)† Regressão* R2 Regressão R
2
Todos tratamentos Sem inibidores de nitrificação
N-NH4+ ns - N2O = 1,87 + 0,00073x 0,0879
N-NO3- N2O = 1,64 + 0,0016x 0,0389 ns -
EPPA N2O = 0,74 + 0,031x 0,1021 N2O = 0,82 + 0,034x 0,0864
Temp. ar ns - ns -
Temp. solo ns - ns -
pH N2O = 1,70 + 2,4e4x 0,0214 ns -
Chuva dia anterior N2O = 1,58 + 0,013x 0,0818 N2O = 1,77 + 0,013x 0,0609
Chuva semana N2O = 1,40 + 0,0081x 0,1589 N2O = 1,60 + 0,0078x 0,1017
C-CO2 ns - ns -
C-CH4 N2O = 1,78 + 0,0073x 0,0243 N2O = 2,02 + 0,011x 0,0422
AOA amoA N2O = 1,88 - 2,83e-8x 0,0990 N2O = 2,18 – 3,83e-8x 0,2107
AOB amoA N2O = 1,56 + 2,94e-7x 0,1786 N2O = 1,71 + 3,02e-7x 0,1944
nirK N2O = 1,82 – 1,32e-11x 0,0405 N2O = 2,03 – 1,55e-11x 0,0485
nirS ns - ns -
nosZ ns - ns -
Bactéria total N2O = 1,80 + 7,83e-11x 0,0297 ns -
Arqueia total N2O = 1,84 – 2,28e-9x 0,0532 N2O = 2,10 – 3,24e-9x 0,1076 * p ≤ 0,05; ns: não significativo; † N-N2O: µg m-2 h-1 transformado em log(X+10); C-CO2: mg m-2 h-1; C-CH4: µg m-2 h-1; N-
NH4+ e N-NO3
-: mg kg-1 0-10 cm solo; Chuva dia e semana: mm, Temperatura ar e solo: ºC; EPPA: Espaço poroso
preenchido por água, %; pH-CaCl2: transformado em H+, 10-pH; AOB amoA, AOA amoA, nirK, nirS, nosZ, bactéria total e
arqueia total: cópias do gene g-1 solo seco.
Tabela 12 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes em cana-de-
açúcar, ciclo 2013/14 (n = 256).
Modelo* Parâmetros R2
Todos tratamentos†
N-N2O = β0 + βAOB + βChuvasemana +
βpH - + βN-NH4
+ + βBactéria + βCO2 +
βN-NO3- ‡
0,84 + 2,96e-7AOB + 0,0097Chuvasemana + 3,3e4pH +
0,0050N-NH4+ - 0,9e-10Bactéria + 0,0019N-NO3
- +
0,00093CO2
0,4741
Sem inibidores de nitrificação
N-N2O = β0 + βAOB + βChuvasemana +
βNH4+-N + βBactéria + βpH + βCO2
0,96 + 2,93e-7AOB + 0,0096Chuvasemana + 0,0012N-
NH4+ - 1,8e-10Bactéria + 3,0e4pH + 0,0023CO2
0,5267
* Seleção passo-a-passo, p ≤ 0.05; † Tratamentos: Sem N, Ureia (UR), UR+DCD, UR+DMPP, Ureia recoberta com
polímeros e enxofre e Nitrato de cálcio; ‡ N-N2O: µg m-2 h-1 transformado em log(X+10); AOB e Bactéria: amoA de bactéria
oxidadora de amônia e bactéria total; cópias do gene g-1 solo seco; N-NH4+ e N-NO3
-: mg kg-1 0-10 cm solo; Chuvasemana:
mm; pH-CaCl2: transformado em H+, 10-pH.
47
4.1.2.2 Abundância de genes
A abundância do gene de arqueias oxidadoras de amônia (AOA) amoA mostrou que a
aplicação de N reduziu o número de cópias desse gene quando comparado ao tratamento sem
aplicação de N (Figura 22B). Praticamente nas oito coletas de solo a abundância de AOA
amoA foi maior no tratamento controle em relação aos demais tratamentos, não havendo
diferença entre as fontes de N aplicadas (Tabela 13). O gene de arqueia total mostrou resposta
semelhante ao AOA amoA (Figura 22H). Houve correlação negativa entre o gene AOA amoA
e a emissão de N2O (Tabela 11).
A abundância do gene de bactérias oxidadoras de amônia (AOB) teve correlação
positiva com a emissão de N2O, apresentando coeficiente de correlação de 0,18 (Tabela 11).
Em sete das oito amostragens de solo, a abundância de AOB amoA foi maior no tratamento
com a aplicação de ureia em relação aos demais tratamentos, acompanhado as emissões de
N2O (Figura 22A e C e Tabela 13). O pico de emissão de N2O pela aplicação de ureia
coincidiu com pico de aumento na abundância de AOB, queda do pH do solo e no teor de
NH4+ e aumento e depois queda de NO3
-. A temperatura do solo estava entre 20 a 30ºC e
ocorrerem três eventos de chuva (Figura 23A-F).
Para os genes relacionados com o processo de desnitrificação, nirK e nirS não houve
diferenças entre os tratamentos aplicados (Figura 22D e E e Tabela 13). A abundância do
gene nosZ foi maior para os tratamentos com aplicação de N em relação ao tratamento sem N
(Figura 22F e Tabela 13). Não houve correlação positiva entre emissão de N2O e os genes
nirS e nosZ. O gene nirK mostrou correlação negativa (Tabela 11). Não houve diferença
significativa entre os tratamentos em relação à abundância do gene para bactéria total (Figura
22G e Tabela 13).
48
Figura 22 - Fluxo de N2O (A) e abundância de genes (B-H) no solo após 16 dias da aplicação
de ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação (DCD e
DMPP), ureia recoberta por polímeros e enxofre (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de
cana-de-açúcar, ciclo 2013/14. R: reaplicação dos inibidores na mesma área. Médias seguidas
da mesma letra não diferem entre si pelo teste Tukey, 5%.
49
Figura 23 - Fluxo de N2O (A), abundância do gene AOB amoA (B), teor de NH4+ (C) e NO3
-
(D) no solo, pH do solo (F), chuva, temperatura e umidade do solo (EPPA: espaço poroso
preenchido por água) (E) pela aplicação de ureia no cultivo de cana-de-açúcar, ciclo 2013/14.
50
Tabela 13 - Fluxo de N2O e abundância de genes pela aplicação de ureia, incorporada no solo, com ou sem a adição de inibidores de nitrificação
(DCD e DMPP), ureia recoberta por polímeros (PSCU) ou nitrato de cálcio no cultivo de cana soca.
Tratamentos N-N2O AOA amoA AOB amoA nirK nirS nosZ Arqueia total Bactéria total
7 DAF† µg m-2
h-1
106 cópias g
-1 10
5 cópias g
-1 10
8 cópias g
-1 10
5 cópias g
-1 10
6 cópias g
-1 10
7 cópias g
-1 10
9 cópias g
-1
Sem N 3,8 c 7,5 a 2,3 b 7,8 ns 4,2 ns 15,9 ns 9,7 ns 2,6 abc
UR 82,0 a 2,0 b 12,2 a 6,8
4,6
21,3
4,5
5,9 a
UR+DCD - R‡ 12,9 c 3,5 b 2,8 b 7,1
3,9
13,9
5,1
4,9 abc
UR+DMPP - R 5,8 c 3,2 b 3,0 b 8,5
4,8
18,7
8,6
5,6 ab
PSCU 55,5 b 1,9 b 2,6 b 4,0
1,4
6,7
2,9
1,3 bc
UR+DCD 8,9 c 3,5 b 0,6 b 2,0
0,8
5,3
2,3
1,2 c
UR+DMPP 8,3 c 2,5 b 1,4 b 3,7
2,7
10,2
3,1
2,0 abc
Nitrato de cálcio 12,8 c 1,6 b 0,5 b 1,1
1,7
3,7
1,5
0,8 c
16 DAF Sem N 18,7 c 41,1 a 1,5 b 2,2 ns 5,3 ns 0,7 b 24,5 a 1,2 ns
UR 1781,3 a 8,7 b 8,7 a 1,3
7,4
3,4 a 8,3 b 1,1
UR+DCD - R 238,4 c 13,4 b 2,2 b 0,9
5,2
2,9 ab 9,7 b 0,8
UR+DMPP - R 47,7 c 12,9 b 1,2 b 2,2
6,6
2,1 ab 16,3 ab 1,1
PSCU 609,8 b 9,8 b 5,1 ab 0,9
7,4
2,8 ab 8,7 b 1,3
UR+DCD 62,2 c 11,7 b 0,9 b 0,4
3,6
2,5 ab 6,3 b 0,7
UR+DMPP 39,3 c 10,0 b 0,7 b 0,8
4,7
2,8 ab 5,7 b 0,9
Nitrato de cálcio 36,9 c 11,9 b 0,4 b 0,4
1,8
1,3 ab 6,4 b 0,5
18 DAF
Sem N 15,3 c 23,6 a 2,8 b 14,5 ns 35,2 ns 0,7 b 18,0 a 1,0 ns
UR 1187,0 a 8,5 b 10,7 ab 7,9
14,2
1,6 a 3,2 b 0,7
UR+DCD - R 110,6 c 4,3 b 16,7 a 10,0
20,0
1,0 ab 5,1 b 1,1
UR+DMPP - R 27,6 c 6,4 b 1,7 b 9,3
27,7
1,2 ab 5,2 b 1,0
PSCU 558,0 b 2,2 b 6,6 ab 2,8
6,0
0,8 b 2,0 b 0,3
UR+DCD 53,8 c 7,4 b 4,4 b 5,8
9,6
1,1 ab 7,3 b 0,9
UR+DMPP 20,9 c 3,5 b 1,9 b 5,9
6,4
1,0 ab 4,7 b 0,5
Nitrato de cálcio 27,4 c 9,0 b 1,1 b 4,1
10,7
0,5 b 9,9 ab 0,5
Médias seguidas da mesma letra na coluna por dias após a aplicação dos fertilizantes (DAF) não diferem pelo teste Tukey 5%; ns: não significativo; †Dia após a aplicação dos
fertilizantes; ‡ R: reaplicação dos inibidores na mesma parcela. Continua na próxima página.
51
Tabela 13 - Continuação.
Tratamentos N-N2O AOA amoA AOB amoA nirK nirS nosZ Arqueia total Bactéria total
27 DAF µg m-2
h-1
106 cópias g
-1 10
5 cópias g
-1 10
8 cópias g
-1 10
5 cópias g
-1 10
6 cópias g
-1 10
7 cópias g
-1 10
9 cópias g
-1
Sem N 8,1 c 27,8 a 6,8 bc 15,4 a 5,3 a 1,8 abc 14,4 a 1,3 ns
UR 1356,3 a 2,1 bc 53,8 a 7,3 ab 4,1 ab 2,2 a 2,0 c 0,9
UR+DCD - R 163,8 c 6,0 bc 31,3 ab 7,3 ab 4,9 ab 1,7 abc 4,1 bc 0,7
UR+DMPP - R 10,7 c 8,3 b 3,7 c 11,1 ab 6,5 a 2,1 ab 8,3 ab 1,4
PSCU 704,8 b 1,5 c 17,9 bc 3,9 b 2,1 b 1,3 bc 2,4 bc 0,8
UR+DCD 77,3 c 5,0 bc 10,2 bc 5,2 ab 2,2 b 1,4 abc 3,2 bc 0,8
UR+DMPP 39,3 c 6,0 bc 4,4 bc 7,1 ab 2,6 b 1,7 abc 3,1 bc 0,9
Nitrato de cálcio 36,9 c 6,8 bc 1,8 c 3,6 b 0,8 b 0,9 c 3,0 bc 0,4
35 DAF Sem N 8,4 b 12,4 a 1,2 b 5,5 ns 1,2 ns 2,1 ns 3,7 ns 0,3 ns
UR 1137,0 a 4,0 ab 11,8 a 6,2
1,3
2,0
2,4
0,5
UR+DCD - R 83,9 b 4,4 ab 5,7 b 2,6
0,9
2,2
2,0
0,3
UR+DMPP - R 42,4 b 3,8 ab 1,6 b 5,6
1,3
1,3
3,0
0,5
PSCU 1167,5 a 1,4 b 2,8 b 2,5
0,3
1,2
1,0
0,2
UR+DCD 264,5 b 4,8 ab 3,4 b 3,0
0,6
1,9
1,7
0,3
UR+DMPP 105,4 b 9,1 ab 1,6 b 4,3
1,4
3,1
2,1
0,4
Nitrato de cálcio 28,7 b 9,4 ab 1,0 b 4,7
0,7
2,0
2,8
0,3
42 DAF Sem N 4,0 b 28,1 a 1,6 ns 13,5 ns 3,4 ns 2,5 ns 7,9 a 0,7 ns
UR 225,3 ab 1,4 b 8,5
4,5
2,0
2,4
0,8 b 0,4
UR+DCD - R 10,8 b 3,3 b 8,0
10,2
2,8
1,7
3,6 ab 0,6
UR+DMPP - R 22,1 b 5,7 b 3,0
11,9
4,2
2,1
3,5 ab 0,7
PSCU 312,9 a 1,8 b 6,5
4,0
1,6
1,7
1,0 b 0,3
UR+DCD 15,3 b 6,1 b 9,7
6,0
1,4
1,7
3,3 ab 0,5
UR+DMPP 10,7 b 5,5 b 1,6
7,7
2,4
1,6
3,3 ab 0,6
Nitrato de cálcio 6,5 b 7,0 b 1,2
5,0
1,0
1,1
2,7 ab 0,4
Continua na próxima página.
52
Tabela 13 - Continuação.
Tratamentos N2O-N AOA amoA AOB amoA nirK nirS nosZ Arqueia total Bactéria total
82 DAF µg m-2
h-1
106 cópias g
-1 10
5 cópias g
-1 10
8 cópias g
-1 10
5 cópias g
-1 10
6 cópias g
-1 10
7 cópias g
-1 10
9 cópias g
-1
Sem N 0,2 b 40,7 a 1,7 b 22,1 ns 4,6 ab 0,6 c 13,8 ns 1,3 ns
UR 1,6 b 1,0 b 10,7 a 2,9
1,1 b 1,7 abc 0,8
0,2
UR+DCD - R 0,1 b 1,9 b 2,8 b 13,4
9,2 ab 1,1 bc 6,2
0,8
UR+DMPP - R 0,2 b 6,2 b 0,8 b 3,0
3,1 ab 0,8 bc 4,0
0,1
PSCU 8,8 a 1,4 b 4,8 ab 1,9
1,4 b 0,7 c 1,0
0,1
UR+DCD 0,2 b 22,4 ab 3,7 b 19,5
8,8 ab 2,2 ab 9,8
2,2
UR+DMPP 0,1 b 23,2 ab 2,4 b 29,6
13,0 ab 3,1 a 12,6
2,4
Nitrato de cálcio 0,1 b 51,3 a 2,4 b 19,7
17,4 a 2,0 abc 20,8
2,6
158 DAF
Sem N 0,1 b 35,3 a 2,9 ab 23,9 ns 14,7 ns 1,0 ns 9,2 a 1,1 ns
UR 0,3 b 2,8 b 4,2 ab 6,3
5,2
1,0
2,4 ab 0,5
UR+DCD - R 0,2 b 10,1 b 5,7 a 13,8
16,5
0,9
6,2 ab 2,0
UR+DMPP - R 0,1 b 5,2 b 1,3 b 7,0
5,1
0,8
3,7 ab 0,5
PSCU 4,6 a 7,7 b 4,1 ab 6,6
4,0
0,8
2,4 ab 0,7
UR+DCD 0,1 b 6,5 b 1,7 b 5,5
4,2
0,7
0,5 b 0,5
UR+DMPP 0,2 b 10,0 b 0,9 b 5,5
4,7
0,9
0,3 b 0,4
Nitrato de cálcio 0,0 b 11,9 b 1,3 b 13,1
4,4
0,7
0,5 b 0,6
53
4.2 Estudo 2: Experimento com Diferentes Fontes e Doses de N
As condições climáticas durante o período do experimento e média mensal histórica
estão mostradas na figura 24. A chuva total foi de 1408 mm, cerca de 400 mm abaixo do
histórico. A temperatura média mensal durante o período do experimento foi semelhante ao
registrado para a área em 12 anos. Os dados climáticos diários estão na figura 25. Ocorreram
precipitações acima de 60 mm e a temperatura do ar variou de 12 a 30 °C.
Figura 24 – Chuva e temperatura média do ar mensal durante o período do experimento em
Piracicaba e a média histórica (de 1991 até 2013).
0
5
10
15
20
25
30
0
50
100
150
200
250
300
Tem
per
atu
ra m
édia
men
sal
(ºC
)
Ch
uv
a m
ensa
l (m
m)
Meses
Ano 2013-2014, total = 1408 mm Histórico, total = 1836 mmTemp. média 2013-2014 Temp. média histórica
54
Figura 25 - Chuva, temperatura do ar, umidade do solo (EPPA = espaço poroso preenchido
por água) (A e B) e fluxo de N2O (C e D) pela aplicação de ureia ou CAN (NH4NO3 + Ca),
incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
, no cultivo de cana planta.
Figuras B e D – primeiros três meses.
As emissões de N2O foram em torno de 15 g ha-1
dia-1
nos primeiros 15 dias após a
aplicação dos fertilizantes (Figura 25C e D). Todos os tratamentos tiveram um pico de
emissão de N2O no 16º dia, mas a emissão foi maior com a aplicação de N, especialmente
ureia na dose de N de 60 e 90 kg ha-1
, que correspondeu a mais de 80 g ha-1
dia-1
de N-N2O.
Depois disso, outros elevados picos de emissão aconteceram especialmente no tratamento
com ureia na dose de N de 90 kg ha-1
, de acordo com as chuvas e disponibilidade de N
inorgânico (Figura 26A).
55
Figura 26 - Concentração de NH4+ e NO3
- no solo (A) e pH do solo (B) pela aplicação de
ureia ou CAN (NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
,
no cultivo de cana planta.
Depois de 552 dias, a emissão acumulada de N-N2O no tratamento controle foi
equivalente a 1,4 kg ha-1
. O tratamento com ureia teve emissão de N-N2O de 2 kg ha-1
, o que
equivale a 1,1% do total do N aplicado (média das doses de N). Aplicação de CAN resultou
em emissão acumulada inferior a ureia: 1,6 kg ha-1
foram emitidos como N-N2O, que
representa cerca de 0,4% do N aplicado (Tabela 14). Não houve diferenças entre ureia e CAN
nas doses de N de 30 e 60 kg ha-1
, apenas na dose mais alta de N (Tabela 14). Dados da
emissão acumulada de N2O nas entrelinhas dos tratamentos sem N, UR 90 kg ha-1
e CAN 90
kg ha-1
estão mostrados em anexo (Tabela em anexo A1).
Tabela 14 - Emissão acumulada de N2O, CO2 e CH4 pela aplicação de ureia ou CAN
(NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
, no cultivo de
cana planta. Período de 552 dias.
Dose de N Emissão de N-N2O Emissão de C-CO2 Emissão de C-CH4
UR CAN UR CAN UR CAN
kg ha-1
_____
kg ha-1
(% do N aplicado) †
______
________________________________ kg ha
-1 _____________________________
0 1,43 ( - ) ns 1,43 ( - ) ns 8195 ns 8195 ns - 0.88 ns - 0.88 ns
30 1,53 (0,3 ± 0,5) ns 1,47 (0,1 ± 0,2) ns 8014 ns 8054 ns - 0.83 ns - 0.95 ns
60 1,87 (0,7 ± 0,4) ns 1,83 (0,7 ± 0,1) ns 8012 b 9048 a - 0.83 ns - 0.93 ns
90 3,47 (2,3 ± 0,4) a 1,67 (0,3 ± 0,2) b 11837 a 8405 b - 1.00 a - 0.86 b
Média 2,07 (1,1 ± 1,0) a 1,60 (0,4 ± 0,3) b 9015 a 8426 b - 0.88 ns - 0.90 ns
Médias seguidas de letra diferente na linha diferem entre si; ns: não significativo; teste de Tukey, p ≤ 0,05; †Resultado do tratamento sem aplicação de N foi subtraído para este cálculo; ± o desvio padrão.
56
A emissão acumulada de N2O em função do tempo foi ajustada pelo modelo
exponencial crescente até um máximo (Figura 27A e C). No tratamento sem N, a perda de
N2O atingiu 90% do total em 217 dias. Com a aplicação de UR, 90% da emissão total de N2O
ocorreram em 206, 148 e 158 dias para as doses de 30, 60 e 90 kg ha-1
, respectivamente
(Figura 27A). Descontando a emissão do solo sem fertilizante, 90% das perdas de N2O no
tratamento com UR 90 kg ha-1
mostrou ocorreram em 127 dias; na dose de 60 kg ha-1
o efeito
foi sigmoide, e 90% da perda ocorreram em 27 dias (Figura 27B). Com a aplicação do CAN,
a perda acumulada de N2O atingiu 90% do total em 204, 200 e 181 dias para as doses de 30,
60 e 90 kg ha-1
respectivamente (Figura 27C). Sem considerar a emissão do tratamento sem
N, o efeito foi sigmoide no tratamento com CAN na dose de 90 kg ha-1
, atingindo 90% das
perdas em 35 dias; para a dose de 60 kg ha-1
o efeito foi exponencial e 90% das emissões
totais ocorreram em 128 dias; na menor dose o ajuste não foi significativo (Figura 27D).
Figura 27 - Emissão acumulada de N2O (pontos em vermelho) pela aplicação de ureia (A e
B) ou CAN (NH4NO3 + Ca) (C e D), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg
ha-1
, no cultivo de cana planta. Figuras B e D - a emissão do tratamento controle (Sem N) foi
descontada. Equação ajustada (linhas em preto) pelo modelo exponencial ou sigmoide,
p<0,0001; ns: não significativo.
57
Figura 28 - Emissão total de N2O (A) e CO2 (B) pela aplicação de ureia ou CAN (NH4NO3 +
Ca), incorporado no solo, em função das doses de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1
, no cultivo de
cana planta.
A emissão de N2O apresentou efeito exponencial em função da dose de N aplicada
como ureia (Figura 28A). No tratamento com a aplicação do CAN o efeito foi quadrático,
com pequeno aumento de N2O pelo aumento da dose de N e depois redução (Figura 28A).
A emissão total de C-CO2 foi maior com a aplicação de ureia do que CAN (Tabela
14). A emissão de CO2 teve uma resposta semelhante à emissão de N2O em função da dose de
N aplicada e fonte de N (Figura 28B), e foi a variável que melhor se correlacionou com a
emissão de N2O (Tabela 15). As emissões de CH4 foram negativas e não teve diferença entre
as fontes de N, média das três doses, apenas houve diferença na dose mais elevada (Tabela
14).
O teor de NH4+ teve melhor correlação com a emissão de N2O que o teor de nitrato,
sendo que para os tratamentos com a aplicação de CAN, o teor de NO3- não teve correlação
significativa (Tabela 15). A temperatura do ar e do solo tiveram correlação positiva, enquanto
que a umidade do solo não teve correlação significativa e o volume de chuva no dia e na
semana mostraram correlação negativa. Isso ocorreu devido as maiores precipitações após o
período dos picos de emissão (Figura 25A). O CO2 e CH4 mostraram alta correlação com
N2O. O pH do solo não mostrou correlação significativa, nem considerando só os tratamentos
com aplicação de ureia (Tabela 15). Os valores de pH (Figura 26B) com aplicação de ureia
ficou abaixo dos outros experimentos (Figura 13, 14 e 19), provavelmente devido a maior
profundidade do sulco de plantio, pois foi cultivo de cana planta.
y = 1,1128x2 - 63,737x + 8377,4
R² = 0,9375
y = -0,1394x2 + 17,963x + 8056,4
R² = 0,3365
7000
9000
11000
13000
0 20 40 60 80 100
C-C
O2 (
kg
ha
-1)
Dose de N (kg ha-1
)
)
A B
58
Tabela 15 - Parâmetros e coeficientes (R2) da regressão linear simples relacionando o fluxo
diário de N2O com variáveis ambientais pela aplicação de ureia ou CAN (NH4NO3 + Ca),
incorporado no solo, em função das doses de N de 30, 60 e 90 kg ha-1
, no cultivo de cana
planta. (n = 224).
Variáveis (x)† Regressão* R2 Regressão* R
2 Regressão* R
2
Todos tratamentos UR CAN
N-NH4+ y = 1,008 + 0,0061x 0,1415 y = 1,05 + 0,0058x 0,1487 y = 0,93 + 0,0064x 0,0621
N-NO3- y = 1,01 + 0,0064x 0,0331 y = 1,02 + 0,011x 0,0689 ns
EPPA ns - ns ns
Temp. ar y = 0,39 + 0,028x 0,1525 y = 0,33 + 0,033x 0,1748 y = 0,41 + 0,023x 0,1941
Temp. solo y = 0,24 + 0,036x 0,0543 y = 0,24 + 0,039x 0,0512 y = 0,12 + 0,038x 0,0997
pH ns - ns ns
Chuva dia anterior y = 1,13 - 0,003x 0,0804 y = 1,18 - 0,0031x 0,0647 y = 1,03 - 0,0028x 0,1371
Chuva semana y = 1,16 - 0,0019x 0,1099 y = 1,21 - 0,002x 0,0880 y = 1,06 - 0,0017x 0,1789
C-CO2 y = 0,77 + 0,014x 0,1835 y = 0,83 + 0,014x 0,1569 y = 0,75 + 0,012x 0,1788
C-CH4 y = 1,06 + 0,108x 0,1565 y = 1,12 + 0,17x 0,2152 y = 0,98 + 0,07x 0,1624
* p ≤ 0,05; ns: não significativo; † N-N2O: g ha-1 dia-1 transformado em log(X); C-CO2: kg ha-1 dia-1; C-CH4: g ha-1 dia-1; N-NH4+ e N-NO3
-:
mg kg-1 0-10 cm solo; Chuva dia e semana: mm, Temperatura ar e solo: ºC; EPPA: Espaço poroso preenchido por água, %; pH-CaCl2:
transformado em H+, 10-pH.
O modelo dado pela seleção passo-a-passo incluiu as variáveis CO2, CH4 e NO3-.
Considerando os tratamentos com aplicação de ureia foi incluído o teor de NH4+, temperatura
do ar e chuva na semana. Para os tratamentos com CAN não foram incluídos os teores de N
(Tabela 16).
Tabela 16 - Parâmetros (β) e coeficientes (R2) da regressão linear múltipla relacionando o
fluxo diário de N2O com variáveis ambientais após a aplicação dos fertilizantes em cana-de-
açúcar (n = 224).
Modelo* Parâmetros R2
Todos tratamentos†
N-N2O = β0 + βCO2 + βCH4 + βN-NO3- 0,79 + 0,011CO2 + 0,092CH4 + 0,0062N-NO3
- 0,3048
Ureia
N-N2O = β0 + βCH4 + βTemp.ar + βN-
NO3- + βChuvasemana + βN-NH4
+
0,39 + 0,2070CH4 + 0,0237Temp.ar + 0,0087N-NO3- +
0,0016Chuvasemana + 0,0029N-NH4+
0,4396
CAN
N-N2O = β0 + βCH4 + βTemp.solo +
βChuvasemana
- 0,04 + 0,035CH4 + 0,049Temp.solo -
0,017Chuvasemana 0,3799
* Seleção passo-a-passo, p ≤ 0.05; † Tratamentos: ureia e CAN (NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, em função das doses
de N de 0, 30, 60 e 90 kg ha-1; ‡ N-N2O: g ha-1 dia-1 transformado em log(X); C-CO2: kg ha-1 dia-1; C-CH4: g ha-1 dia-1 N-
NH4+ e N-NO3
-: mg kg-1 0-10 cm solo; Chuvasemana: mm; Temperatura ar e solo: ºC.
59
5 DISCUSSÃO
5.1 Estudo 1: Experimento com Fertilizantes de Eficiência Aumentada
5.1.1 Primeiro e segundo ciclos - 2011/12 e 2012/13
A emissão de N2O das parcelas sem aplicação de N foi de 1,1 kg ha-1
e 0,6 kg ha-1
de
N para o primeiro e secundo ciclo, respectivamente, próximo ao valor de referência de
aproximadamente 1 kg ha-1
ano-1
estimado por BOUWMAN (1996). O autor enfatiza que essa
referência de emissão do solo agrícola não é a emissão “natural” do sistema, mas também
inclui o efeito de resíduos de culturas e adições prévias de insumos. De fato, no presente
estudo o solo tem sido regularmente adubado nos anos anteriores. A menor emissão ocorrida
no segundo ciclo pode ser explicada pela baixa quantidade de resíduos no solo, pois a cana foi
queimada acidentalmente antes do corte no ciclo anterior. Visto que a palha de cana tem
mostrado aumento na emissão de N2O (CARMO et al., 2013; VARGAS et al., 2014).
Os dados com fluxos diários de N2O mostraram que ocorreram elevadas emissões
deste gás no tratamento com ureia durante os primeiros meses após a aplicação do fertilizante.
Pela equação ajustada na emissão acumulada de N2O, 90% da perda do tratamento com ureia,
descontando a emissão “natural”, ocorreram em 40 e 72 dias para os ciclos 2011/12 e
2012/13, respectivamente. Esses dados estão de acordo com CARMO et al. (2013), que
mostraram elevadas emissões diárias de N2O durante os primeiros 60 dias após a aplicação de
ureia em cana-de-açúcar no Estado de São Paulo, Brasil. Outros autores também mostraram
elevados fluxos de N2O nas primeiras semanas após a aplicação do fertilizante, atribuindo este
efeito ao aumento da disponibilidade de N, para processos microbianos como a nitrificação e
a desnitrificação, e condições ambientais favoráveis a emissão de N2O nos solos, como
umidade do solo, chuva, C disponível, temperatura, entre outros (JUMADI et al., 2008;
LINZMEIER et al., 2001; MENÉNDEZ et al., 2006; SIGNOR et al., 2013; WEITZ et al.,
2001; ZAMAN et al., 2008).
A emissão acumulada de N2O neste estudo foi de 0,7% do N total aplicado no
tratamento com ureia convencional. Este valor está próximo da estimativa de emissão de N2O
do IPCC que é de 1% do N total aplicado (IPCC, 2006). Por outro lado, os valores
encontrados neste estudo estão abaixo dos reportados na literatura com a cultura de cana-de-
açúcar em outros locais (WEIER et al., 1998; CRUTZEN et al., 2008; DENMEAD et al.,
2010; SANHUEZA et al., 2009; LISBOA et al., 2011). CARMO et al. (2013) mostraram fator
60
de emissão de 0,7% do N aplicado como ureia no cultivo de cana-de-açúcar no Brasil, porém
quando vinhaça e palha estavam presentes o fator de emissão do fertilizante subiu para 3%.
LISBOA et al. (2011) listaram diversos estudos com cana e fator de emissão médio de 3,9%
(valores de 2 a 29%, emissão do solo sem N não foi subtraída). Semelhante ao presente
estudo, outros estudos feitos no Brasil mostraram fator de emissão de N2O abaixo do 1%
sugerido pelo IPCC. Isto tem sido atribuído alta capacidade de drenagem dos Latossolos, o
que previne o acúmulo de água no solo por longo período de tempo (JANTALIA et al., 2008;
MORAIS et al., 2013).
A redução da emissão de N2O pelo uso de fertilizantes de eficiência aumentada é de
30% segundo os modelos utilizados pelo IPCC (IPCC, 2001). Os dados apresentados no
presente estudo mostraram que a redução pode ser bem maior, visto que os inibidores de
nitrificação reduziram a emissão de N2O pela aplicação de ureia em aproximadamente 95%.
SNYDER et al. (2014) com dados compilados mostraram que os inibidores de nitrificação
podem reduzir a emissão de N2O em valores de 19 a 100%, sendo que esse máximo de
redução foi encontrado neste estudo (SOARES et al., 2015).
Essa variação na redução de emissão de N2O pelos inibidores de nitrificação pode
ocorrer devida sua eficiência ser afetada por diversos fatores, como as propriedades do
inibidor, pH do solo, matéria orgânica do solo, porosidade, temperatura, umidade, etc
(HALVORSON et al., 2014; SINGH et al., 2008; SUBBARAO et al., 2006; TRENKEL,
1997; WEISKE et al., 2001). SINGH et al. (2008) mostraram que a redução de emissão de
N2O pela adição de DCD em urina de bovinos foi de 90% em solo com baixo teor de matéria
orgânica (carbono orgânico: 3,4 g/kg), por outro lado a redução caiu para 45% em solo com
alto teor de matéria orgânica (carbono orgânico: 8 g/kg) em avaliação feita em 60 dias. Assim
dependendo das condições do local o inibidor é degradado no solo mais rapidamente que a
demanda da cultura pelo N, ficando nitrogênio no solo suscetível a nitrificação e
desnitrificação ocorrendo maiores emissões de N2O após o período que o inibidor é eficiente
(HU et al., 2013; JUMADI et al. 2008; LIU et al., 2013; WEISKE et al., 2001).
A cana-de-açúcar é uma planta de desenvolvimento rápido, com capacidade de
acumular de 30 a 60 t ha-1
de matéria seca em um ciclo (CANTARELLA et al., 2012). A
demanda da cultura por N é rápida nos primeiros meses de crescimento (FRANCO et al.,
2011). No ciclo de 2011/12 os fertilizantes foram aplicados no fim do verão quando as plantas
estavam com 1,5 m em crescimento rápido; em 2012/13, o N foi aplicado 15 dias depois da
colheita no final da primavera – período quente e úmido suficiente para rápido crescimento da
planta. Deste modo, mesmo se os inibidores não tivessem um efeito longo devido às altas
61
temperaturas, o NH4+ no solo foi rapidamente absorvido pela cultura, antes do processo de
nitrificação. Provavelmente, isto explica a alta eficiência dos dois inibidores de nitrificação
em reduzir a emissão de N2O no presente estudo.
A safra de cana-de-açúcar no Brasil nessa região é de abril a novembro. De abril até
setembro (outono até começo da primavera no hemisfério sul) as chuvas são escassas e a
temperatura amena para o desenvolvimento da cana e para absorção de N. Talvez não seja
possível encontrar a mesma eficiência dos inibidores de nitrificação em reduzir a emissão de
N2O se aplicados nos meses secos comparados com os resultados mostrados aqui. Devido a
essa longa safra, muitas áreas são fertilizadas nos meses secos, estudos dos inibidores nessas
condições merecem atenção.
A reaplicação dos inibidores no mesmo local que anos anteriores não afetou a
capacidade do DCD e DMPP em reduzir a emissão de N2O (Tabela 5). RAJBANSHI et al.
(1992) mostraram que o DCD foi degradado mais rápido em solo quando reaplicado, o que
poderia reduzir a eficiência em inibir a oxidação do NH4+. Entretanto, o intervalo entre
reaplicações foi menor do que um ano feito no presente estudo. Outros autores reportaram
resultados opostos, indicando que a reaplicação de DCD em 57 dias (WAKELIN et al., 2013)
ou reaplicação durante 3 anos (WEISKE et al., 2001) não afetaram a eficiência dos inibidores.
Assim, a maioria dos estudos indicou que o uso contínuo dos inibidores não oferece riscos
para diminuir a eficiência em reduzir a emissão de N2O.
Além disso, em alguns estudos a adição dos inibidores de nitrificação foi feita em
fertilizantes que contém parte do N na forma de nitrato, o que pode subestimar a eficiência
dos inibidores, visto que a emissão de N-N2O pode ocorrer pelo processo de desnitrificação na
qual o inibidor não teria efeito (LINZMEIER et al., 2001; MENÉNDEZ et al., 2006;
SNYDER et al., 2009; WEISKE et al., 2001).
Não houve diferença entre os inibidores DCD e DMPP. WEISKE et al. (2001)
mostraram que o DMPP foi mais eficiente que o DCD em reduzir a emissão de N2O, devido
ao DCD ter sido degradado no solo mais rápido que o DMPP. SUBBARAO et al. (2006)
enfatizaram que a mobilidade do DCD no solo é maior que a do NH4+, enquanto que a
mobilidade do DMPP é semelhante ao amônio, o que poderia deixar o DMPP potencialmente
mais eficiente que o DCD. Entretanto no presente estudo os dois inibidores tiveram grande
eficiência em reduzir a emissão de N2O, provavelmente devido às condições edafoclimáticas.
O fertilizante de liberação controlada utilizado neste estudo não mostrou redução na
emissão de N2O quando comparado com a ureia. Isto foi inesperado, apesar de não ser
novidade na literatura. No segundo ciclo inclusive, a emissão de N2O pela aplicação do PSCU
62
foi maior que a UR convencional (Tabela 5). Ao liberar lentamente o nutriente em sincronia
com a demanda da planta, quantitativamente menos N será nitrificado e desnitrificado,
reduzindo a emissão de N2O nos primeiros dias após a aplicação do fertilizante (DELGADO
& MOSIER, 1996). O aumento da dose aplicada de N pode resultar, dependendo da
disponibilidade de C no solo, em aumento exponencial de N2O (KIM et al., 2013). Assim a
liberação gradual do N pelo fertilizante de liberação controlada ou o parcelamento de N pode
reduzir a emissão de N2O dependendo das condições ambientais e propriedades do produto
(AKIYAMA et al., 2010; BURTON et al., 2008; HALVORSON et al., 2014; HYATT et al.,
2010; YANG et al., 2012).
A sincronia entre a liberação do nutriente pelo fertilizante de liberação controlada, das
condições ambientais e da demanda da planta pelo N pode afetar a quantidade de N no solo, e
assim os riscos de fluxos de N2O para atmosfera (VENTEREA et al., 2012). No primeiro
ciclo, os fertilizantes foram aplicados em abril – final da época das chuvas. A emissão de N2O
pela aplicação do PSCU foi menor que a ureia convencional nos primeiros 60 dias (Figura
11D), quando provavelmente menos N do PSCU estava disponível. Entretanto, após o período
de seca, em outubro, um pico de emissão de N2O indica que provavelmente o N permanecido
nos grânulos do PSCU foi liberado. No segundo ciclo os fertilizantes foram aplicados antes
do longo período quente e chuvoso do verão, e a maior parte do N do PSCU foi
provavelmente liberado antes: aproximadamente 40 dias após a aplicação, a emissão de N2O
do PSCU foram superiores ao da UR (Figura 12D). Entretanto, ocorreram emissões de N2O
mais tardias que no tratamento com ureia convencional, o que resultou em efeito mais
prolongado na emissão acumulada de N2O pela aplicação de PSCU do que a ureia; assim 90%
da perda total de N2O pela aplicação do PSCU ocorreram após 220 dias, enquanto que com
ureia ocorreram em 72 dias (Figura 15 e 16). Deste modo, as condições ambientais e demanda
da cultura não favoreceram o PSCU e a emissão de N2O foi semelhante ou superior ao da UR
convencional.
Outros autores reportaram situações em que a emissão de N2O de solos que receberam
a aplicação de fertilizantes de liberação lenta ou controlada foi semelhante àquelas fontes de
N prontamente disponível (DELGADO & MOSIER, 1996; HALVORSON et al., 2014; HU et
al., 2013; JUMADI et al., 2008; VENTEREA et al., 2011), na maioria dos casos devido à
falta de sincronia da liberação do nutriente e a demanda da planta.
No presente estudo, foram conduzidas intensas medições da emissão de N2O para
comparar a emissão derivada de um fertilizante nitrogenado convencional (ureia) com aquelas
de ureia contendo dois inibidores, e um fertilizante de liberação controlada. Os resultados
63
indicam menor fator de emissão de N2O para o fertilizante convencional que a maioria dos
resultados reportados na literatura internacional para cana-de-açúcar, sugerindo que as
emissões de N2O de Latossolos com alta capacidade de drenagem nessa região do Brasil
podem ser menores que a maioria dos outros solos. Além disso, foi demonstrado que os
inibidores diminuíram severamente as emissões de N2O, mas que o fertilizante de liberação
controlada foi ineficiente em reduzir a emissão. Os resultados mostrados foram os primeiros
da literatura em testar essa classe de fertilizantes em solo tropical e em particular cana-de-
açúcar no Brasil (SOARES et al., 2015). A eficiência dos inibidores em reduzir a emissão de
N2O deverá ser testada no futuro, incluindo áreas onde as fontes são aplicadas nos meses
secos do ano e em combinação com palha e vinhaça – práticas comuns na maioria das
indústrias de cana – que aumenta substancialmente as emissões de N2O (CARMO et al.,
2013).
Tem havido interesse crescente da comunidade internacional nos dados de emissões de
GEE na produção de bioetanol derivado de cana-de-açúcar, pois a emissão de N2O é um
importante componente nos cálculos do balanço de GEE pela produção de etanol (BODDEY
et al., 2008; MACEDO et al., 2008). Deste modo, os inibidores de nitrificação podem ser uma
opção para aumentar os indicadores de sustentabilidade. Há indícios que a cana-de-açúcar
prefere NH4+ em relação ao NO3
- em nutrição mineral (DEARMAS et al., 1992; PARASHAR
et al., 1980), o que pode futuramente justificar o uso dos inibidores.
Recentemente, YANG et al. (2016) selecionaram 81 artigos publicados com DCD e
DMPP em estudos feitos com a cultura do milho em vários países e, fizeram análise de custo
e benefício, considerando as perdas de N e a produtividade das culturas. Ambos os inibidores
de nitrificação resultaram em aumento de lucro, sendo o DCD com melhor resultado,
aumentando em 6% o ganho monetário em relação à produtividade de grãos para cultura do
milho. Testes conduzidos no Brasil com o DCD não evidenciaram aumento do rendimento na
cultura do milho (MARCELINO, 2009). No estudo de MARCELINO (2009), embora o
rendimento de grãos de milho não tenha sido afetado, os tratamentos com o DCD
apresentaram maior absorção do N fertilizante do que aqueles sem o inibidor. Assim o uso
dos inibidores de nitrificação tem grande potencial de resultar em ganhos para o agricultor
além dos benefícios ambientais. Esse é um assunto que merecer ser mais explorado, visto a
atual preocupação mundial com o meio ambiente.
Entretanto, os inibidores de nitrificação não são comumente usados no Brasil devido à
adição do custo dos fertilizantes, e não é sempre que esses produtos aumentam a
produtividade (TRENKEL, 2010), especialmente em situações onde a perda de N por
64
lixiviação de nitrato é baixa. CANTARELLA (2007), GHIBERTO et al. (2009; 2011)
observaram pequena lixiviação do NO3- proveniente de fertilizantes nitrogenados no cultivo
de cana-de-açúcar usando fertilizante marcado com 15
N. Apesar das perdas de N como N2O
serem bastante importante para o meio ambiente, essas perdas são uma pequena parte do custo
do fertilizante, e os produtores de cana-de-açúcar talvez não irão pagar esse custo dos
inibidores de nitrificação se nenhum aumento de produtividade acompanhar esse benefício
ambiental. A mitigação das emissões de N2O da agricultura possa, portanto, requerer
abordagens mais amplas, como a internacionalização de custos de abatimento dos GEE
(CAVIGELLI et al., 2012; VENTEREA et al., 2012), em adição às soluções técnicas
encontradas pelos pesquisadores.
No Brasil, por exemplo, o governo federal tem o plano ABC (Plano Setorial de
Mitigação e de Adaptação às Mudanças Climáticas para a Consolidação de uma Economia de
Baixa Emissão de Carbono na Agricultura). Porém, neste plano não está incluído o uso
eficiente de fertilizantes, como por exemplo, a adição de inibidores de nitrificação para
reduzir as emissões de N2O. Assim, esperam-se mais esforços políticos para estimular o
produtor a usar essas tecnologias.
5.1.2 Terceiro ciclo - 2013/14
5.1.2.1 Emissão de gases
A emissão de N2O no tratamento com aplicação de ureia foi maior que o encontrado
nos dois ciclos anteriores. O fator de emissão foi de 1,7% do N aplicado, que é superior ao
reportado em outros estudos com cana-de-açúcar no Brasil, entre 0,7 – 1% do N aplicado
como ureia (CARMO et al., 2013; FILOSO et al., 2015; SOARES et al., 2015). Neste ciclo
2013/14 a chuva acumulada foi próxima a 500 mm, sendo muito menor que o histórico para
região, em torno de 1000 mm. Neste sentido, o desenvolvimento da planta foi afetado nas
primeiras semanas e a absorção de N provavelmente foi menor que normalmente. Assim a
quantidade de N no solo foi maior, ocorrendo maiores emissões de N2O que o esperado. Os
picos de N2O ocorreram após duas chuvas seguidas de alto volume (40 + 25 mm e 50 + 40
mm) em solo seco (15 a 20% EPPA), esse efeito pode ser observado pela alta correlação entre
N2O e a chuva acumulada da semana. Assim, as condições climáticas neste ciclo levaram às
maiores emissões de N2O.
65
De maneira semelhante aos ciclos anteriores, neste ciclo ocorreu grande redução na
emissão de N2O pela adição dos inibidores de nitrificação, e também falta de efeito benéfico
do fertilizante de liberação controlada. A emissão de N2O no tratamento com PSCU foi menor
do que com ureia nas primeiras semanas, porém o PSCU apresentou efeito mais prolongado
na emissão de N2O que a aplicação de ureia (Figura 21), provavelmente devido à liberação
gradual do N. Assim no final do experimento, a emissão acumulada de N2O foi semelhante
entre os tratamentos com ureia e com PSCU.
Neste ciclo foi incluída a aplicação de nitrato de cálcio e surpreendentemente essa
fonte de N mostrou emissão de N2O muito baixa, similar ao tratamento sem aplicação de N e
com aplicação dos inibidores de nitrificação. Este é o primeiro estudo em condições de campo
mostrando grande diferença entre aplicação de N na forma de NO3- em comparação com ureia
ou fonte de NH4+; a redução na emissão de N2O foi de 98% comparado com ureia. Isso pode
ser atribuído principalmente à alta capacidade de drenagem do Latossolo, que previne
acúmulo de água no perfil do solo (JANTALIA et al., 2008; MORAIS et al., 2013), e
consequentemente evita condição favorável para o processo de desnitrificação.
Em condições controladas com 15
N marcado, LIU et al. (2007) compararam as
emissões de N2O de fontes de NH4+ e NO3
- em duas diferentes umidades do solo, 60 e 75%
EPPA. O processo de desnitrificação teve maior contribuição para emissão de N2O na
umidade mais alta (75% EPPA), enquanto que a fonte de NH4+ resultou em emissão de N2O
duas vezes maior que a de NO3- no solo com 60% EPPA. No presente estudo, a umidade do
solo chegou a 40% EPPA no máximo (Figura 18), assim a concentração de O2 possivelmente
não foi baixa suficiente para favorecer o processo desnitrificação, o que resultou em baixa
emissão de N2O com a aplicação de N na forma de NO3-.
Outra hipótese pela baixa emissão de N2O no tratamento com nitrato de cálcio poderia
ser devido à lixiviação de nitrato. Apesar do teor de N no solo (10 cm) estava menor com
nitrato de cálcio do que no tratamento com ureia, as emissões de N2O são maiores com
aplicação mais profunda de N no solo (SNYDER et al., 2009; XUE et al., 2013). Além disso,
estudos com N15
mostraram muito baixa lixiviação de NO3- no cultivo de cana-de-açúcar no
Brasil (CANTARELLA, 2007; GHILBERTO et al., 2009; 2011). Resultados opostos com
redução na emissão de N2O pela aplicação mais profunda do N são mostrados na literatura,
porém em climas úmidos (KESSEL et al., 2013). Deste modo, não é esperado que a lixiviação
de NO3- tenha sido o motivo pela baixa emissão de N2O no tratamento com a aplicação de
nitrato de cálcio.
66
Outro aspecto que pode ter contribuído para a baixa emissão de N2O pela aplicação da
fonte de NO3- é o baixo teor de carbono orgânico no solo, aproximadamente 1% (Tabela 1), e
não foram adicionadas fontes de C como vinhaça, torta de filtro ou manter a palha no solo, o
que poderia favorecer o processo de desnitrificação. VARGAS et al. (2014) mostraram que a
palha de cana aumentou a emissão de N2O em solo com alto teor de umidade (75 – 100% da
EPPA). CARMO et al. (2013) reportaram aumento na emissão de N2O pela aplicação de
vinhaça. Por outro lado, esses resíduos podem favorecer não somente os desnitrificantes, mas
também os nitrificantes e outros microrganismos relacionados com o ciclo do N (PITOMBO
et al., 2015). Estudos feitos nessas condições com palha ou adição de vinhaça e torta de filtro
podem gerar resultados diferentes dos observados no presente estudo e merecem atenção.
Outros estudos reportaram menor emissão de N2O pela aplicação de nitrato de cálcio
quando comparado com ureia ou fontes amoniacais (AKIYAMA & TSURUTA, 2002;
ABALOS et al., 2014; MCTAGGARD & TSURUTA, 2003). TENUTA & BEAUCHAMP
(2003) mostraram menor emissão de N2O com nitrato de cálcio em relação à ureia em
experimento de 21 dias em condições controladas e no campo, mas a diferença ocorreu em
um pico de emissão, e a emissão total de óxido nitroso pela aplicação de ureia foi
relativamente pequena, em torno de 0,5% do N aplicado, o que dificulta comparar
tratamentos. Em estudo mais recente com milho no Brasil, MARTINS et al. (2015) chegaram
ao fator de emissão de N2O em torno de 0,2% do N aplicado, sem diferença entre as fontes
ureia e nitrato de cálcio. No presente estudo a emissão total no tratamento com ureia foi mais
alta, 1,7% do N aplicado, o que aumenta a relevância do estudo, pois a diferença entre as
fontes nitrato de cálcio e ureia foram grandes em condição com alta emissão de N2O.
Ao contrário desses resultados, ZANATTA et al. (2010) mostraram maior emissão de
N2O com nitrato de cálcio em comparação à ureia, provavelmente devido às condições
ambientais favoráveis para desnitrificação. O estudo foi feito na região sul do país, em
GLEISSOLO, e a umidade do solo foi maior que 60% EPPA na maior parte do experimento.
Nessas condições é esperado que fertilizantes à base de nitrato resultem em maior emissão de
N2O que aplicação de ureia ou fontes amoniacais. ZHU-BARKER et al. (2015) também
mostraram maior emissão de N2O pela aplicação de nitrato de cálcio em comparação com a
ureia em estudo feito nos EUA, sendo que a umidade do solo foi entre 50 e 70% EPPA
durante o experimento. Deste modo, a menor emissão de N2O devido à fonte de NO3-
encontrada no presente estudo é atribuída às condições ambientais, principalmente o tipo de
solo, que é bem drenado e evita o acúmulo de água que favoreceria a desnitrificação.
67
Em relação à emissão de CO2 e CH4, os três ciclos mostraram resultados semelhantes,
em que a aplicação dos tratamentos não alterou a mineralização de C no solo (emissão de
CO2) e nem a oxidação do CH4 – solos agrícolas em condições aeróbicas agem mais como
dreno de CH4 do que fonte (LE MER & ROGER, 2001). Apesar de possivelmente os
inibidores de nitrificação também bloquear a enzima que oxida o metano (TRENKEL, 2010),
não foi encontrado no presente estudo nenhum efeito dos inibidores na emissão desse gás,
semelhante ao reportado na literatura (WEISKE et al., 2001). Como os inibidores são
específicos para a enzima amônia mono-oxigenase, não tendo efeito biocida (SUBBARAO et
al., 2006), a emissão de CO2 também não sofreu alteração pela aplicação dos inibidores, em
que a maior parte corresponde a mineralização do C no solo (SORNPOON et al., 2013).
5.1.2.2 Abundância de genes
A abundância do gene AOA amoA foi menor nos tratamentos que receberam
fertilizante contendo N quando comparado com o tratamento sem aplicação de N.
Provavelmente a alta concentração de amônia e elevado pH do solo (Figura 19) favoreceram
as bactérias oxidadoras de amônia em relação às arqueias (DI et al., 2014; JIANG et al., 2015;
NICOL et al., 2008; O’CALLAGHAN et al., 2010). Entretanto as parcelas que receberam
nitrato de cálcio também mostraram menor abundância do gene AOA amoA; o presente
experimento foi o terceiro ciclo de cana soca, assim o efeito de nitrato de cálcio pode ter sido
o efeito acumulado da aplicação de nitrato de amônio nos três ciclos anteriores, enquanto que
o tratamento controle não recebeu N nos dois ciclos anteriores.
A emissão de N2O foi positivamente correlacionada com a abundância do gene AOB
amoA, mostrando que provavelmente as bactérias e não arqueias foram mais responsáveis
pela emissão de N2O. Além disso, a desnitrificação pareceu ser bem baixa neste estudo, visto
que não ocorreu diferença entre os tratamentos nem correlação positiva entre a emissão de
N2O e os genes nirS, nosZ e nirK - presente em desnitrificantes e também em AOB no
processo de nitrificação desnitrificante. Além disso, a aplicação do nitrato de cálcio resultou
em emissão de N2O muito baixa, estando de acordo com a abundância desses genes. Neste
sentido o modelo que melhor estimou a emissão de N2O incluiu a abundância do gene AOB
amoA e o teor de NH4+ no solo e não de nitrato, mostrando a maior importância da
nitrificação na emissão de N2O.
68
Correlação positiva entre N2O e AOB foi mostrado por DI et al. (2014) em solo
subtropical com a aplicação de urina; os autores também acharam correlação significativa
com o gene nirK, indicando que a desnitrificação também contribuiu para a emissão de N2O
e/ou AOB que tem o gene nirK. Por outro lado, o presente estudo foi conduzido em solo
tropical, em que a nitrificação pode ser mais favorecida que a desnitrificação. ZHANG et al.
(2014) mostraram menor potencial de desnitrificação no solo subtropical que de clima
temperado, assim como menor abundancia dos genes nirK e cnorB. Isso pode sugerir menor
potencial de desnitrificação nos trópicos. VENTEREA et al. (2015) mostraram grande
correlação da emissão de N2O pela aplicação de ureia ou urina com o teor de NO2- no solo,
que ficou elevado pelo aumento da abundância de AOB amoA e não aumento na abundância
do gene nxrA, que codifica a oxidação do nitrito. Contudo, os autores destacaram que a
emissão de N2O ocorreu durante o processo de nitrificação e pouco provável durante a
desnitrificação, semelhante ao mostrado no presente estudo.
No presente estudo a emissão de N2O pode ter ocorrido durante a oxidação da
hidroxilamina, (𝑁𝐻4+ → 𝑁𝐻2𝑂𝐻 → 𝑁2𝑂 → 𝑁2) por bactéria oxidadoras de amônia (FRAME
& CASCIOTTI, 2010), por microrganismos nitrificantes heterotróficos (JOO et al., 2005;
ZHAO et al., 2010; 2012) ou abiótico (SPOTT et al., 2011). Outro processo que pode estar
envolvido na emissão de N2O é a co-desnitrificação que pode ser abiótica ou biótica, sendo
realizada por bactérias, arqueia ou fungos. Nesse processo um composto redutor como NO-,
NO2- ou NO3
- combinado com N orgânico, hidroxilamina ou amônio gera N2O, ocorrendo em
condições aeróbicas e anaeróbicas (SPOTT et al., 2011; MÜLLER et al. 2014). Mais estudos
envolvendo essas reações merecem atenção e podem melhor explicar a emissão de N2O.
O presente estudo mostrou correlação significativa entre o gene AOB amoA e a
emissão de N2O, sugerindo que esse gene pode ser usado como um indicador e/ou incluído
em modelos a fim de estimar a emissão de N2O. Outros estudos em diferentes classes de solo,
fontes de N e abundância de outros genes são necessários para complementar os resultados
mostrados aqui.
5.2 Estudo 2: Experimento com Diferentes Fontes e Doses de N
Conforme o estudo anterior, esse experimento também foi conduzido em solo
pertencente à classe dos Latossolos, em que a umidade não passou de 40% EPPA (Figura 25).
69
Dessa forma, os resultados foram condizentes com o estudo anterior; a emissão de N2O pela
aplicação do CAN, que contém parte do N na forma de NO3- foi menor que a de ureia.
A emissão de N2O em função da dose aplicada de N pode ser separada em três fases
distintas: linear, exponencial e hipérbole (KIM et al., 2013). Dependendo da disponibilidade
do C no solo, dose de N aplicada, máximo de absorção de N pela planta e pelo microrganismo
pode ocorrer essas três respostas. O modelo exponencial é atribuído quando a dose de N
aplicada for superior à demanda da planta, sem ser situação com C limitante. No presente
estudo, a aplicação de ureia mostrou esse efeito exponencial na emissão de N2O pelo aumento
da dose de N (Figura 28); não houve resposta à aplicação de N na produtividade da cultura
(Dados não mostrados), o que sugere que a maior dose de N foi superior a demanda da planta;
e a emissão de CO2 também teve efeito semelhante ao N2O, sugerindo que o carbono não era
limitante. Por outro lado, a outra fonte de N testada, o CAN teve efeito diferente da ureia,
mostrando resposta quadrática da emissão de N2O em função da dose de N aplicada.
O efeito na emissão de N2O é linear ou exponencial quando o microbiota responsável
pela emissão de N2O está competindo com a planta pelo N aplicado, e hipérbole quando o C
se torna limitante. Conforme as condições ambientais deste estudo, quando a fonte de N
aplicada é na forma de nitrato, a emissão de N2O é muito baixa, assim é provável que na
aplicação de CAN, o N na forma de NO3- não estava sendo emitido como N2O.
O CAN tem metade do N na forma de NO3- e outra metade em NH4
+, assim o aumento
de amônio poderia resultar em aumento de N2O, pelo processo da nitrificação semelhante à
aplicação de ureia. Contudo a reação do CAN no solo é diferente da ureia, que aumenta o pH
em torno do fertilizante (CANTARELLA, 2007) e assim favorece a atividade de bactérias
nitrificantes (VENTEREA et al., 2015). Essa reação da ureia pode acumular NO2- por algum
tempo no solo e assim tem sido apontada como o principal motivo quando ocorre maior
emissão de N2O pela aplicação de ureia que outra fonte de N (SNYDER et al., 2009;
VENTEREA et al., 2015).
Efeito exponencial na emissão de N2O pela aplicação de ureia foi mostrado por
HOBEN et al. (2011) e MCSWINEY & ROBERTSON (2005); e efeito linear pela aplicação
de CAN por LEBENDER et al. (2014a). Porém nenhum estudo foi feito para comparar essas
duas fontes em diferentes doses. Em estudos comparando as duas fontes na mesma dose, a
emissão de N2O pela aplicação de CAN tem sido semelhante à da ureia, como nos 12 locais
cultivados com trigo no Reino Unido (SMITH et al, 2012) e em três locais na Alemanha
(LEBENDER et al., 2014b). Provavelmente devido ao tipo de solo, em que a desnitrificação
tenha contribuição na emissão de N2O.
70
Os dados de emissão de CO2 reforçam o efeito distinto da reação de ureia no solo em
comparação ao tratamento contendo o CAN. A emissão de CO2 foi maior com a aplicação de
ureia do que o CAN, tendo efeito de dose de N semelhante ao N2O. Essa maior emissão
ocorreu nos primeiros meses após a aplicação dos fertilizantes (Dados não mostrados), assim
é possível que o aumento de pH do solo estimulou a mineralização do C nos tratamentos com
a aplicação de ureia. Dificilmente o C estava numa situação limitante neste estudo, visto que o
solo foi revolvido para o cultivo de cana planta, o que aumenta a mineralização da matéria
orgânica, assim ocorreu maior emissão de CO2 e de N2O do tratamento sem aplicação de N
que os demais estudos.
O efeito distinto na emissão de N2O em relação à fonte de N e o efeito do N excedente
também pode ser vistos na emissão acumulada de N2O; as duas fontes de N nas doses que
resultaram em maior emissão de N2O atingiram 90% de sua perda total em 127 dias após a
aplicação do N, quanto nos outros estudos conduzidos essa perda era atingida em menor
tempo com a aplicação de ureia, 40 e 72 dias. Além disso, a maior dose N aplicada como
ureia resultou no maior fator de emissão encontrado dos quatros ciclos avaliados, 2,3% do N
aplicado. Esses dados indicam N excedente por um período, porém a emissão de N2O foi bem
maior com a ureia do que com o CAN, sugerindo que o efeito na emissão de N2O pela
aplicação de ureia pode estar também relacionado à reação do fertilizante no solo. Deste
modo, o presente estudo mostra que o efeito de dose de N na emissão de N2O é dependente da
fonte de N utilizada e possivelmente interação com fatores ambientais, como o tipo de solo
em relação ao teor de carbono e retenção de água. O aumento de dose de N com fonte de NO3-
em solo que retém mais água pode resultar em efeito diferente do encontrado no presente
estudo e merece atenção.
5.3 Influência das variáveis edafoclimáticas na emissão de N2O
No presente estudo foram avaliados quatro ciclos de cana-de-açúcar, que tiveram em
comum o uso de ureia como fonte de N; sem adição de fonte de C como vinhaça, torta de
filtro ou palha; solos da mesma ordem dos Latossolos e clima semelhante. Algumas variáveis
foram relacionadas com a emissão de N2O, entre elas o teor de N no solo na forma de NH4+ e
NO3-, o pH, a umidade do solo, o efeito da chuva no dia anterior e acumulada da semana,
temperatura do ar e do solo, emissão de CO2 e CH4, e em um ciclo a abundância de genes
relacionados ao ciclo do N: amoA, nirK, nirS, nosZ, bactéria total e arqueia total.
71
A influência dessas variáveis na emissão de N2O foi analisada por regressão linear
simples e múltipla, visto que mais de uma variável poderia explicar a emissão de N2O. A
análise de uma variável sozinha raramente explicou mais de 20% da emissão desse gás,
enquanto que os modelos selecionados por processo passo-a-passo na regressão múltipla
chegaram a explicar 50% ou mais da emissão de N2O.
Em cada ciclo de cana-de-açúcar foi gerado um modelo diferente para explicar a
emissão de N2O, porém com certa semelhança entre eles. Por exemplo, a influência da água
na emissão foi significativa em alguns anos pelo teor de umidade no espaço poroso no solo
(Ciclos 2011/12 e 2012/13), e em outros ciclos pela chuva acumulada na semana, ano de
2013/14 nas duas localidades. O ciclo de 2013/14 a quantidade de chuva foi menor que o
histórico para a região, assim o efeito da chuva após um período com solo seco teve maior
importância para emissão de N2O que os ciclos anteriores. Os teores de N no solo tanto NH4+
quanto NO3- têm sidos incluídos no modelo, por outro lado o pH foi significativo em apenas
um ciclo. O CO2, que em parte indica a mineralização do carbono no solo e a outra menor
parte a respiração das raízes, também foi incluído, tendo destaque no experimento de
Piracicaba, no qual era cultivo de cana planta e a mineralização da matéria orgânica teve
grande importância na emissão de N2O. Assim, em cada situação houve uma prevalência
maior de uma ou mais variáveis independentes na emissão de N2O, contudo os quatro ciclos
avaliados mostram grande importância do processo de nitrificação na emissão de N2O, visto a
melhor correlação da emissão com o amônio em relação ao nitrato no solo; com a abundância
do gene amoA no ciclo 2013/14 e não com outro gene da desnitrificação; além disso as
menores emissões de N2O quando se aplica N na forma de nitrato.
Na literatura são encontrados dados semelhantes com regressão linear múltipla para
explicar a emissão de N2O, inclusive incluindo outras variáveis não medidas no presente
estudo como teor de nitrito no solo, oxigênio dissolvido, carbono orgânico dissolvido,
densidade do solo, relação fungo/bactéria, evaporação da água, produtividade da cultura entre
outras (AHN et al., 2010; CHIRINDA et al, 2010; JAHANGIR et al., 2011; LI et al., 2012;
VENTEREA et al., 2015; VITALE et al., 2013). Em estudo mais recente, VENTEREA et al.
(2015) mostraram que o teor de NH4+ na solução do solo e o pH explicaram 89% da emissão
de N2O devido à aplicação de urina em experimento com condições controladas, e apenas o
teor de NO2- no solo explicou 83% da emissão. Contudo o estudo foi feito em condições
controladas, e os outros trabalhos feitos em condições de campo mostram menor R2, de 30 a
70%, devido à grande variabilidade na emissão de N2O e os diversos fatores que são
envolvidos na emissão (BUTTERBACH-BAHL et al., 2013). YATES et al. (2007) avaliando
72
essa variabilidade espacial e temporal, concluíram que em algumas situações não foi possível
prever a emissão de N2O sendo necessário medições diretas. BUTTERBACH-BAHL et al.
(2013) destacaram a complexidade de processos envolvidos no solo na emissão de N2O e
concluíram que a cooperação entre a modelagem e as medições de N2O devem continuar para
melhor entender os fatores que influenciam a emissão e consumo de óxido nitroso no solo.
6 CONCLUSÕES
A emissão de N2O é diferente em relação à fonte e dose de N aplicada no cultivo de
cana-de-açúcar. Com a aplicação de ureia no solo essa emissão é maior do que fontes
contendo N na forma de nitrato, principalmente nas maiores doses de N.
A adição dos inibidores de nitrificação DCD e DMPP à ureia reduz em 95% a emissão
de N2O, enquanto que o fertilizante de liberação controlada não reduz.
A emissão de N2O está relacionada com o processo de nitrificação no solo. As
bactérias oxidadoras de amônia são o principal grupo funcional da microbiota do solo
relacionado com a emissão de N2O.
Recomenda-se a adição de inibidores de nitrificação em ureia e o uso de fontes
contendo N exclusivamente na forma de NO3- como opções de mitigação de N2O.
73
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90
8 ANEXO
No estudo 2 foram colocadas câmaras nas linhas da cana-de-açúcar em todos os
tratamentos e, nas entrelinhas nos tratamentos sem N, UR 90 kg ha-1
e CAN 90 kg ha-1
. A
emissão acumulada de N2O foi maior na entrelinha do tratamento com UR 90 kg ha-1
em
comparação à entrelinha do CAN 90 kg ha-1
; apesar da diferença não ter sido significante em
relação à emissão da entrelinha no tratamento sem N, a diferença foi relevante (Tabela A1).
Tabela A1 – Emissão acumulada de N2O na linha e entrelinha no cultivo de cana planta pela
aplicação de ureia ou CAN (NH4NO3 + Ca), incorporado no solo, nas doses de N de 0, 30, 60
e 90 kg ha-1
. Período de 552 dias.
Tratamentos Emissão de N-N2O
_________________________________
g ha-1________________________________
Sem N 286 c
UR 30 386 c
UR 60 726 bc
UR 90 1382 ab
CAN 30 330 c
CAN 60 673 bc
CAN 90 473 c
Sem N entrelinha 1132 abc
UR 90 entrelinha 1942 a
CAN 90 entrelinha 922 bc Médias seguidas da mesma letra não diferem entre si pelo teste Tukey, 5% (Coeficiente de variação: 43%;
diferença mínima significativa: 860). Câmara utilizada para medições de gases na faixa de adubação (linha)
representa 16% da área e a câmara da entrelinha foi considerada como 84%.