Princípios da dinâmica de carbono no solo

Fernando Antonio Fernandes

Princípios da dinâmica e quantificação do carbono no solo

Fernando Antonio Fernandes

Espaço poroso Água

20-30%

Ar 20-30%

Mineral 45% Sólidos do solo

Volume dos constituintes da camada superficial do solo

Orgânico 5%

MOS  passiva      C/N  =  7-­‐10    400-­‐2000  anos  

MOS  lenta              C/N  =  10-­‐25            20-­‐50  anos  

MOS  a:va              C/N  =  15-­‐30                    1-­‐2  anos  

Resíduos vegetais Componente  metabólico  pouca  lignina,  muito  N  C/N  =  10-­‐25  Turnover  :me  0,1-­‐0,5  anos  

Componente  estrutural  muita  lignina,  pouco  N  C/N  =  100-­‐200  Turnover  :me  2-­‐4  anos  

Compartimentos funcionais da MOS

Fatores que afetam a capacidade do solo em armazernar carbono

Fatores que controlam a decomposição da MOS

Umidade Oxigênio pH do solo Relação C/N do material orgânico incorporado Conteúdo de lignina e polifenóis do material Temperatura % de argila Argilo-minerais

Água  no  solo  (%)  

18%  de  argila  no  solo  

Mineraliza

ção  do

 nitrogên

io    

(mg  NH 4+  NO3)-­‐N  100

g-­‐1  solo  seco)  

75  50  25   Tensão    (cm  de  água)  

Umidade

3  

2  

1  

0   10   20  

Efeitos   da   umidade   sobre   a   mineralização   do  nitrogênio  do  solo  (Jenkinson,  1981)  

O  efeito  do  pH  do  solo  na  decomposição  do  reygrass  em  campo        (Jenkinson,  1977)  

pH do solo

10  0   2   8  

40  

pH  6,9  

Carbon

o  do

material  vegetal  

remanescente  no

 solo  (%

)  

60  

100  

80  

20  

4   6  

pH  3,7  

pH  4,8  

Período  de  incubação  (anos)  

Relação C/N do material orgânico incorporado

Material  orgânico   %C   %N   C/N  Serragem   50   0,005   600/1  Palha  de  trigo   38   0,5   80/1  Milho   40   0,7   57/1  Resíduos  de  cana-­‐de-­‐açúcar   40   0,8   50/1  Grama  fer:lizada   40   1,3   31/1  Feno  de  alfafa  maduro   40   1,8   25/1  Esterco  de  curral  cur:do   41   2,1   20/1  Composto  maduro   40   2,5   16/1  Feno  de  alfafa  jovem   40   3,0   13/1  Lodo  de  esgoto  digerido   31   4,5   7/1  Microorganismos  do  solo   Bactérias 50 10,0 5/1 Actinomicetos 50 8,5 6/1 Fungos 50 5,0 10/1 Matéria  orgânica  do  solo              Horizonte  Ap  de  Molisol   56   4,9   11/1              Horizonte  A1  de  Ul:sol   52   2,3   23/1              Horizonte    B  médio   46   5,1   9/1  

Taxa  de  decomposição  de  diferentes  resíduos  

0  

100  

80  

60  

40  

20  

20   40   60   80   100   120  

%  re

manescente  do

 resíd

uo  

C/N  =  10/1  C/N  =  28/1  

C/N  =  38/1  

Dias  após  incorporação  do  material  

Relação C/N do material orgânico incorporado

Conteúdo de lignina e polifenóis do material

Relação C/N do material orgânico incorporado

Evolução  de  CO2  de  um  solo  siltoso  subtropical                        Bunt  e  Rovira,  1955      

Temperatura

0  

10  

20  

30  

40  

20   40   60   80      

Taxa  de  evolução  do  CO

2  

 (mm

3  CO2  g

-­‐1  so

lo  h

-­‐1)  

Temperatura  (oC)  

Decomposição  de  cevada  incubada  em  solos  com  diferentes  porcentagem  de  argila                                                                                    (Jenkinson,  1977)  

Período  de  decomposição  (anos)  

0   2   4   6   8   10  

80  

60  

20  

40  18%  de  argila  no  solo  

8%  de  argila  no  solo  Carbon

o  re:d

o  no

 solo  (%

)  

% de argila

Effect of soil texture

litter decomposition rates

net N mineralization

clay soils physically protect organic matter

clay soils are more efficient at stabilizing N in organic matter

Nature 2011

Protocolo de Quantificação dos Estoques Carbono Do solo

4import harvest CH LW leachNBP SOC F F F F F= Δ − + + + +

Onde:  NBP  –  produ:vidade  liquida  do  bioma;  ∆SOC  –  estoque  de  carbono  do  solo;    Fimport  –  entrada  de  adubos  orgânicos  ;Fharvest  –  saída  por  colheita;  FCH4  –  perda  por  metano  entérico  FLW  –  biomassa  produtos  animais;  Fleach  –  perda  por  lixiviação  Baseado  em  Soussana  et  al.  (2007)  

SOIL SAMPLING PROTOCOL TO CERTIFY THE CHANGES OF ORGANIC CARBON STOCK IN MINERAL SOIL OF

THE EUROPEAN UNION

Version 2

Vladimir Stolbovoy, Luca Montanarella, Nicola Filippi, Arwyn Jones, Javier Gallego* and Giacomo

Grassi

Institute for Environment and Sustainability, *Institute for the Protection and the Security of the Citizen

2007

EUR 21576 EN/2

6

3.2 Adaptation of the template8

For effective implementation of the randomised sampling template (Figure 1), the

user has to:

x Represent the plot (field/pasture/forest) margins in X and Y coordinates of the

standard local projection used for topographic or cadastral maps.

x Define the X and Y extents of the plot and take the longest axis (Maxis). Setup

a square frame having Maxis size and match it with the plot. The coordinates

of the corners of this square frame should be preferably integer values.

x Overlay the template with 100 grids numbered from 1 to 100, as represented in

Figure 1.

x Determine the number (n) of sampling sites (grids) that is conditioned by the

plot area and the need to minimise costs (Table 1).

x Select the first sampling site (grid) having the lowest number within the plot.

If the next site (grid) falls outside the plot, the next sampling site (grid) must

be selected until ‘n’ sites (grids) will be identified.

Table 1. Recommended number of sampling sites (grids of the template) depending

on the plot area.

Size of the plot Number of sampling sites (n)

< 5 ha 3

5 - 10 ha 4

10-25 ha 5

> 25 ha 6

3.3 Sampling location

Following the adaptation procedure, the geographical position of the plot

(field/pasture/forest), together with the location of the sampling sites and soil profiles

are presented in the local coordinate system. To keep a consistent register of each

reliable data. We suggest relying on the experience of the local specialists to select either direct field

cylinder sampling or make use of available pedo-functions to define soil bulk density. 7 High stone content might be a constraint for the widespread application of the AFRSS method in the

stony soil. This is especially relevant for mountainous regions with fragmented soil cover and abundant

rock outcrops. 8 To apply the present procedure, a specific ESRI ArcGis script is available at

http://arcscripts.esri.com/details.asp?dbid=14781

Estudo do Solo representa até hoje um desafio para a ciência

o solo forma um "continuum” no espaço o solo tem uma dimensão vertical (profundidade) suas propriedades variam lentamente no tempo Matéria Orgânica- Mediação por Atividade Biológica

Rede  PECUS  

Para o escopo do projeto – Balanço de C 2 amostragens – ano1 e ano 4

Padronização de procedimentos de amostragem e métodos de análise

Conceitos  

Mudanças dos estoques do carbono no solo Situação ideal - Experimentos de longo prazo

onde foi registrado o manejo Outra opção é “cronossequências” mas a

validação é mais difícil. Homogeneidade do solo Histórico da área

Áreas de Referência (positivo e negativo)

Amostragem Profundidade : 100 cm Intervalos: 0-5, 5-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-60,

60-80 e 80-100cm – 8 camadas Variações podem ocorrer na definição das

camadas a serem amostradas Mas é essencial ter subcamadas que permitam

calcular os estoques de carbono de 0-20 cm, 0-30 cm e de 0-100 cm.

Amostras indeformadas Para calculo da densidade Abertura de trincheiras até 120 cm Amostragem com anéis volumétricos Na abertura da trincheira preservar 3 lados

3 repetições de cada profundidade Amostras devem ser secas até peso constante a 110

oC

Amostras deformadas Análise de C Estabelecer um grid ao redor do ponto de abertura

da trincheira Coleta com trados Tomar cuidado para não contaminar camadas

inferiores Secar amostras a 50 oC em estufa com circulação Peneirar o solo a 4 mm e armazenar

Preparo  das  amostras  

Método de Análise C O método padrão deve ser o analisador elementar Na impossibilidade utilizar o método disponível no

laboratório – Walkey-Black, Moebius Estimar uma curva de correção para o método

padrão Aliquotas para análise devem ser moidas até

passar por peneira <100 mesh utilizar moinhos de rolos

Cálculo dos Estoques de C Baseado em uma mesma massa de solo, corrigida para

área de referência Ellert e Bettany, Sisti et al.

CtnMsiMtiMtnCtiCsn

i

n

i

n

i*

11

1

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛−−+= ∑∑∑

==

−

=

Onde/Quanto amostrar? Como protocolo mínimo sugere-se a alocação de 3

trincheiras por área Buscar áreas homogêneas – granulometria Para o grid do entorno de cada trincheira serão

coletadas 12 pontos para compor 4 amostras composta

Esse valor se refere a piquete/parcela/área de até 5 ha

Para áreas amostrais maiores existe a indicação de que o números de trincheiras deve ser aumentado 5-10 ha – 4 trincheiras 10-25 ha - 5 trincheiras >25 ha - 6 trincheiras

Batlle-­‐Bayer  et  al.  (2010)  

Tratamento estatístico dos dados Busca em literatura da taxa de alteração esperada

(faixa) Δ ± 350-800 kg ha-1 ano-1

Ardo e Olsson (2004); Stolbovoy et al. (2007);

Zuur, Ieno e Elphick (2010)

Obrigado fernando.fernandes@embrapa.br