fapesp, programa biota-fapesp-educação, terceiro encontro do ciclo … · desafio: devever...
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Maria Victoria Ramos Ballester & Reynaldo Luiz Victoria
“O papel dos sistemas fluviais amazônicos
no balanço regional e global de carbono”
FAPESP, Programa BIOTA-FAPESP-Educação,
Terceiro encontro do Ciclo de Conferência - 2014
Biodiversidade e Proteção a Recursos Hídricos
24 de abril 2014
Maior floresta tropical contínua do mundo: 5,1
milhões de km2
AMAZÔNIA
Fonte: NASA
Pimm & Jenkins, 2005
elevada Biodiversidade
AMAZÔNIA
Ocupação acelerada nas últimas 4 décadas:
Mudanças no uso do solo
Urbanização
Desmatamento
Assentamentos
Focos de calor
S. Salgado
A.Ferran
Garimpo de Serra
Pelada
Mineração:
Carajás
Grandes reservatórios
Abertura e
pavimentação de
estradas
Queimadas
• Drena 6.1 milhões de km²,
• Abrange parte de seis países,
• 1/5 da água doce da Terra,
• Descarga = 209,000 m3s-1
• Planícies de inundação: 100 a 300,000 km2
• Profundiade máxima 65 metros em Óbidos
• Largura máxima: 24 km na boca com 30 m de
profundiade
A bacia de drenagem do rio Amzonas: dimensões continentais
Óbidos Marajó
Dos andes até o oceano atlântico, percorre 6.992,06 km de extensão (INPE, 2008),
drenando uma diversidade de paisagens
Rio beni, Bolívia
Altitude 6500 m
Rio Madre de Dios
Fronteira Bolívia -
Brasil
Rio Iça
Alto rio Negro:
Parque do jau Tefé Rio Negro
Rio Amazonas
Rio Solimões Rio Madeira
7
• NSF
Camrex • FAPESP
• NASA
• CNPq
LBA • FAPESP: Belmont Forum e SPEC
• More Foundation PFPMCG
1981 - 1998 1999 – 2007 2008 – atual
tem um papel importante na
determinação do ciclo fluvial
do carbono
Pesquisas recentes:
• rios e águas continentais
emitem elevadas quantidades
de CO2 para a atmosfera
• Globalmente estas águas
processam, transportam e
sequestram 2.7 Pg C ano-1 (a)
• Valor semelhante ao estimado
para o sequestro de C por
ecossistemas terrestres
proveniente de ativiades
antrópicas (2.8 Pg C ano-1 (b))
(a) Battin et al., 2009; Tranvik et al., 2009, (b) Canadell et al., 2007;
10
processamento fluvial tem
papel critico no transporte
e reciaclagem do carbono
e nutrients associados
tanto nas bacias de
drenagem mas como nos
mares que recebem essas
águas.
Peter A. Raymond. Nature 436, 469-470(28 July 2005)
Desafio: devever ferramentar quepermitam decrever deforma
compreensiva a biogeoquímica dos sistemas fluviais da amazônia e seu
papel no ciclo regional do carbono de modo a prever sua resposta em um
clima em mudança
Produzir informações científicas sobre o funcionamentento dos rios da
Amazônia com a acurácia necessaria para alimentar um modelo heurístico da
biacia dedrenagem ligado ao ciclo regional de carbono, para prever as
respostas dos mesmos à mudança climática global
Objetivo Geral
Adquisiçãode dados de longa duração em 11 bases e 20 sítios amostrais extensivo
(Rede Beija-Rio), distribuídos na bacia Amazônica
Local da instalação
da torre do eddy
Local da instalação
da torre do eddy
Conjuntos de amostragem e
análises em campo
Protocolo + cursos de
trainamento decurata duração
na várias técnicas
Campanhas intensivas usando avanços tecnológicos
recentes e testes laboratoriais para monitorar os
padrões diurnos em todos os pontos da rede, pelo
menos uama vez em cada período representativo da
hidrógrafa
(Richey et al., 2002)
Os ecossistemas aquáticos liberam para a
atmofera cerca de 0,5 Gt C ano-1
13 vezes mais C do que o descarregado no
oceano:
COT: 0,036
CID: 0,035 Gt.ano-1
maior do que a quantidade liberada pelo
desmatamento reional (0,38 GtC ano-1,
~25.000 km2. ano-1)
Evasão de CO2 dos rios da Amazonia é
Substancial
(Mayorga et al., 2005); Ward et al., 2013
respiração nos canais fluviais de matéria orgânica lábeil jóvem (~5 anos)
De onde vem o CO2?
13
C (‰)
-30 -25 -20 -15 -10
1
4C
(‰
)
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
1
1
4
4
8
10
11
24
32
32
3233
34
37383839
40
41
43
45
46
4748
49
51
52
53
56
59
1
1
44
5
6
8
10
11
16
2428
3232
40
41
4345
4647
484951
52
53
56
58
59
1
14
5
6
8
11
13
16
24
28
45
4647
48
49
51
52
53
56
58
59
1
11
2
3
46
7
8
9
1012
13
14
15
171819
2021
22
2222
23 232424
2425
252627
28
282829
29 30
31
3232
3233
3434353636
40
41
42
43 44
45
46
47
485051 5253
54
5556
57
58
59
60
CP
OC
FP
OC
DO
C
contemporaryC4 grasses
contemporarylowland
C3 plantsatmosphere
carbonate rocks,solid earth CO2
CO
2
Legend
Mountain
Mixed
Lowland
1991
2003
old
er
carbonate weathering bycontemporary plant CO2
Evasão de CO2 foi a principal via de
exportação de carbono: 289 Gg C
ano−1,
Cerca de 2,4 vezes a quantidade de
carbono exportado como carbono
inorgânico dissolvido (121 Gg C
ano−1) e 1,6 vezes como carbono
orgânic dissolvido (185 Gg C ano−1)
Rios de pequeno porte ( < 100 m)
Ji-Paraná River Basin
Rasera et al., 2008
~92% da rede de drenagem do rio
Amazonas é composta por pequenos rios,
os quais encntra-se geralmente
supersaturados de CO2
• Area superficial dos rios pequenos (<
100m) 0,3 ± 0,05 milhões de km2,
• Evação Potencial para a
atmosfera:170 ± 42 Tg C ano−1 como
CO2.
• Esses ecossistemas tem um papel
relevante no balanço regional de
carbono
18
• descoberta mais surpreeendente:
independentemente da escala ou das
caractériticas da bacia hidrográficas, a
distribuição de espécies biogénicas
apresenta o mesmo padrão sazonal,
muito intimanete ligada à hidrógrafa
• Fluxos de CO2 sempre maiores nas águas
altas
O que controla a biogeoquímica, e em última
instância o destino, do carbono nestes
ecossistemas
Neu et al., in press
Pequenos rios com estaçao seca pronunciada os
processos que ocorrem no interior do canal sao
semelhantes aos dos systemas terrestres adjacentes
• Extremamente importantante para desenvolver
modelos adequados para descrever o ciclo do c
nesses sistemas: um padrão sazonal comum
ligado à hidrógrafa pode simplifcar o
escalonamento
• janeiro de 2006 a dezembro de 2010,
389 campanhas abrangendo todas as
fases da hidrógrafa
• Sete rios representativos da bacia sua
planície de inundação: Negro,
Solimões, Teles Pires, Cristalino,
Araguaia , Javaés e Caxiuanã, com
tamanhos de 4ta a 9na ordem
Média mesal de descarga de 2006 a 2010 (fonte:
ANA). NG, Negro River); SO, Solimões; TP, Teles
Pires; AR, Araguaia; CX, Caxiuanã
Série histórica de 5 anos de medidadas do
fluxo de CO2 em rios amazônicos
21
Grupo I- drenam terras baixas muito
inteperizadas com elevados níveis de MOD
lixiviada de baxios e solos arrenosos com
baixas concentrações de CID e valores de pH;
Estes rios podem ser separados em 3
grupos em termos de suas águas:
Solimões
Grupo II- drenam o escudo brasileio (Cristalino,
Teles Pires, Araguaia e Javaés), com baixo teores
de sedimentos e MO, concentrações
intermediárias de CID e pH ~ da neutralidade
Grupo III- transportam grande
quantidade de sedimentos dos
Andes, tem elevadas
concentrações de CID pH ~ da
neutralidade
Negro, Cristalino e
Caxiuanã
Teles Pires, Javaés
Fluxos mínimos, médios e máximos de CO2
medidos de 2006 a 2010.
Ciclo sazonal dos fluxo de CO2
• Fluxos de CO2 na interfce água-ar nas
águas altas e baixas nos: Variabilidade
elevada entre os rios e as fases da
hidrógrafa,
• Faixa observada: -0,8 a 15,3 mmol CO2
m-2 s-1
padrões com sazonalidade
marcada: fluxos
significativamente maiores
durante águas altas 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Ris
ing
Hig
h
Falli
ng
Low
Ris
ing
Hig
h
Falli
ng
Low
Ris
ing
Hig
h
Falli
ng
Low
Ris
ing
Hig
h
Falli
ng
Low
Ris
ing
Hig
h
Falli
ng
Low
2006 2007 2008 2009 2010
pC
O2
(at
m)
Solimões
Caxiuanã
Negro
Araguaia
Javaés
Teles Pires
Cristalino
ATM
Median of pCO2 at each hydrography stage for the seven studied rivers
from 2006 to 2010. The horizontal line represents atmospheric pCO2 and
blue bars highlight values at high water.
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
A-0
4
A-0
4
N-0
4
F-0
5
M-0
5
S-0
5
D-0
5
M-0
6
J-0
6
O-0
6
J-0
7
A-0
7
A-0
7
N-0
7
F-0
8
J-0
8
S-0
8
D-0
8
M-0
9
J-0
9
O-0
9
J-1
0
pH
200
300
400
500
600
700
800
900
co
ta (
cm
)
3
4
5
6
7
8
9
A-0
4
A-0
4
N-0
4
F-0
5
M-0
5
S-0
5
D-0
5
M-0
6
J-0
6
O-0
6
J-0
7
A-0
7
A-0
7
N-0
7
F-0
8
J-0
8
S-0
8
D-0
8
M-0
9
J-0
9
O-0
9
J-1
0
O2 (
mg
L-1
)
200
300
400
500
600
700
800
900
co
ta (
cm
)
0
1
2
3
4
5
6
7
A-0
4
A-0
4
N-0
4
F-0
5
M-0
5
S-0
5
D-0
5
M-0
6
J-0
6
O-0
6
J-0
7
A-0
7
A-0
7
N-0
7
F-0
8
J-0
8
S-0
8
D-0
8
M-0
9
J-0
9
O-0
9
J-1
0
CO
D (
mg
L-1
)
200
300
400
500
600
700
800
900
co
ta (
cm
)
c)
b)
a)
• Outros parâmetros como COD,
pH e OD, também
apresentaram uma
sazonalidade associada à
hidrógrafa a qual é consistente
ao longo de todos os sistemas
fluviais
• COD: também é mais elevado
durante as águas altas
• OD e pH são mais baixos
durante as águas altas
Bacia do rio Ji-Paraná: 75. 400 km2
Estado de Rondônia - elevadas taxas de desmatamento na
Amazônia.
2011: 34% da floresta nativa da bacia tinham sido
convertidos em pastagens
65°0'W
65°0'W 62°30'W
62°30'W
60°0'W
60°0'W
12
°30
'S
12
°30
'S
10
°0'S
10
°0'S
1978
1986
1992
1996
2001
Desmatamento: mais intenso ao longo da BR
364, no eixo Cuibá-Porto Velho e nos
assentamentos
Fatores responsáveis pelo desmatamento:
1- crescimento populacional e projetos de
colonização
2- expansão da pecuária
3- melhoramento e pavimentação da BR-364 e
abertura de novas estradas
4- solos “mais férteis” Ballester et al., 2003; 2008
12°30' 12°30'
11°00' 11°00'
9°30' 9°30'
8°00' 8°00'
65°30'
65°30'
64°00'
64°00'
62°30'
62°30'
61°00'
61°00'
59°30'
59°30'
#
Porto Velho
#
Vilhena
#
Ji-Paraná
#
Rolim de Moura
Mato
Grosso
Acre
Rondonia
Amazonas
Bol ivia
Ji-Parana basin
City
Roads
BR 364
Pavement
Dirt
Legend
N
50 0 50 100 Kilometers
• Setores com maior cobertura de pasto
apresentam menores valores de
evapotranspiração e precipitação
• A conversão para pastagem resulta na redução
da quantidade de água disponível para a
evapotranspiração e na interceptação pela
vegetação, aumentando o escoamento
superficial
Mudanças no ciclo da água
(Victoria et al. 2007).
Variação do Déficit e Excedente Hídrico
Desmatado (%)
Conteúdo
de cátions
Conteúdo
iônico Cabeceiras
Composição química das águas do rio Ji-
Paraná
Legend
Soil unit (area)
Alfisol (12.6%)
Entisol (16.2%)
Eptisol (1.8%)
Oxisol (46.1%)
Ultisol (23.1%)
Water (0.3%)
Mais Florestado, CE e
Conteúdo iônico menores
Desmatado, CE e
conteúdo iônico
Mais elevados
P < 0.05
Ballester et al., 2003; Krusche et al., 2005;
Ballester et al., no prelo
Ca
4 - 45
46 - 90
91 - 128
K
5 - 33
34 - 66
67 - 103
Na
6 - 45
46 - 90
91 - 140
Mg
3 - 30
31 - 60
61 - 94
EC
8 - 25
26 - 50
51 - 75
Ballester et al., 2003; Krusche et
al., 2005; Ballester et al., 2013
Desmatamento: resultou na alteração do
transporte de sedimentos, matéria orgânica e
nutrientes associados para os rios
Potássio
Sódio
Cálcio
Magnésio Condutividade
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80
Co
nce
ntr
ação
(
g/L
)
Área de pastagem (%)
Na
Ca
Mg
K
Cl
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80
Co
nce
ntr
ação
(
g/L
)
CE
(
Scm
)
Area de pastagem (%)
CE COD PO4
Maiores concentrações de COD relacionadas com valores mais elevados de
STS geradas que, por sua vez ocorrem nas áreas de pastagem
concentração de carbono orgânico
dissolvido em função do impacto do uso
do solo
Impacto Area % COD Min COD MAX
Baixo 37 4 313
Médio 16 170 399
Alto 16 183 367
Muito alto 32 296 423 Ballester et al., 2010
Concentrações de COD mais elevadas estavam relacionadas com os
maiores valores de STS originados nas pastagens
• solos mais compactados,
• menor infiltração,
• maior escoamento superficial
0
100
200
300
400
500
0 20 40 60 80
CO
D (
mg
/L)
STS (mg/L)
promove lixiviação das
camadas superficiais,
carreando mais COD para os
rios
Floresta: maior infiltração nas camadas mais profundas do solo e
interceptação pelo dossel
Rios de 1ra ordem drenando
pastagem apresentam fluxos de
COD até 36 vezes maiores do que
os que drenam floresta
Gouveia Neto, 2006
A vegetação desempenha um papel fundamental na composição das
águas fluviais, particularmente dos teores de carbono trasportados para o
interior dos canais
• Canal com vegetação aquática (paspallum sp)
• Baixos teores de OD
• Teores elevados de PO4-3 (liberação de óxidos
de Fe e Al nos sedimentos)
• Baixas concentrações de NO3- devido a um
aporte menor da bacia, onde aumenta a
desnitrificação
• N limita a PP
• Canal sem vegetação aquática
• Sombreamento do dossel
• Elevados teores de OD
• Baixos teores de PO4-3 (complexação por Fe
e Al em solos e sedimentos)
• Elevados teores de NO3- originados na bacia
de drenagem
• P e luz limitam a PP
Remoção da floresta e substituição por pasto
(Thomas et al., 2004 )
Efeito da substituição da floresta por pasto em rios de pequena ordem
Paspalum sp
F
P
Conversão de floresta para pasto: crescimento no
interior dos canais de Paspalum, valores de COD
e taxas respiratórias mais elevados
Krusche et al., 2005; Ballester et al., 2013
DO
C (
mg
.L-1
)
0
2
4
6
8
10
12
14
Min-Max
25%-75%
Median value
F
P
Re
sp
ira
tio
n R
ate
s (
µM
.h-1
)0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Min-Max
25%-75%
Median value
P
F
Na bacia do Ji-Paraná: a vegetação C3 (13C de
-28 a -34‰) foi susbtituída por plantas C4
(principalmente por Braquiária, 13C de -11 a -
14‰)
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
0 5 10 15 20 25 30 35 40
C:N
1
3C
(‰
)
WetCSS
WetFSS
WetUDOM
DryCSS
DryFSS
DryUDOM
Tree leaves
C4 - leavesPasture, 80years
Pasture, 20 years
Pasture, 7 to 13 years
Pasture, 3 to 5 yearsAmazon coarse
sediments
Amazon Fine sediments
Forest soil
Mudanças no uso da
terra relativamente
recentes já
modificaram a
composição da
MOD e MOP dos
rios,
Análise de componentes
Legend
Pasture areas
13C
-23.
-22.
-21
-20
-19
Legend
Pasture areas
13C
-23.
-22.
-21
-20
-19
Pasture ages Model isotopic
composition
1978 1986
1992 1996 2001
Ballester et al., 2013
NO 3
-
CBOM
2
FBOM
3
Live grass
53
SPOM
10
STORAGE
58%
EXPORT
21%
Unknown
21%
STORAGE
1%
EXPORT
67%
NO 3
-
CBOM
0
FBOM
0
Leaf detritus
1
NH 4
+
59
NO 3
-
8
SPOM
0.1
Unknown
32%
NH 4 +
100
NH 4 +
11
NO 3
-
0
NH 4
+
100
Deegan et al., 2011
Comunidade de
invertebrados
No. de indivíduos /amostra
Impactos na biodiversidade aquática
• 35 espécies em 800 m
de rio drenando
floresta
• 1 espécie em 500 m
rio drenando pasto
Ictiofauna
Deegan et al., 2011; 2013
Floresta Pasto
Decapodos 2 0
Efemenoptera 16 0
Tricoptera 3 0
Odonota 5 1
Heteroptera 1 0
Diptera 35 29
Coleoptera 0 76
Gastropodos 0 3
O que aprendemos em 10 anos?
• Canal principal e sua planície:
fluxos semelhantes
• Principais diferenças: tributários e
rios menores emitem o dobro do
estimado inicialmente
Consequências
Emissão de CO2nos rios à montante
de Óbidos, que cobrem ~ 70% da
bacia Fluxo :
0,5 0,8 Pg C ano-1
0
5 0
1 00
1 50
2 00
2 50
C an alpr inc ipal
Pl an íc ie deinundaç ão
Tr ibu t ár io s(c anais +pl an íc ies )
Rio s < 1 00 m
2 01 3
2 00 2
37
Este valor é 60% mais elevado que nossas estimativas anteriores
Evassão fluvial: próxima à TLE Terrestres
papel dos rios no ciclo regional do carbono:
• rios mobilizam e remineralizam um componente significativo do
reservatório considerado como sequestrado nos solos
• Papel fundamental dos rios no ciclo regional: realocam quantidades
significativas do c sequestrado nos ecossistemas terrestres e
transportam para a atmosfera
• Mudanças no uso do solo podem resultar em perdas significativas de
funções e serviços ecossistêmicos
OBRIGADA PELA ATENÇÃO