Mudanças ambientais globais e o ciclo do nitrogênio.
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Mudanças ambientais globais e o Mudanças ambientais globais e o
ciclo do nitrogêniociclo do nitrogênio
Qual a importância do N?
1) O N limita a produção primária na maioria dos ecossistemas.
2) Portanto, limita a aquisição de carbono e regula o ciclo deste elemento.
3) Conseqüentemente regula a dinâmica e a composição da maioria dos
ecos-
sistemas.
4) É extremamente móvel na natureza, seu estado de oxidação varia de -5 a
+3,
tendo inclusive uma importante fase gasosa.
5) Sendo um fator limitante na agricultura, o N passa a ter um valor
econômico,
além de ecológico.
6) O homem, na busca de alimento, tem exercido enorme influencia na sua
dinâmica
7) Eu gosto do N!!!
Tô indo no
supermercado.
Você quer
alguma coisa?
Fonte: Tattersall (2000) – Scientific American
Fonte: museum.agropolis.fr/english/pages/expos/fresque/carte_agriculture.htm
Milhi3.500 a.C.
Mandioca3.500 a.C.
Cofé?
Soja3.000 a.C.
Banana7.500 a.C.
Trigo8. 500 a.C.
http://www.roman-empire.net/maps/empire/extent/severus.html
Marcus Aurelius 161-180
Trajano98-117
Julius Caesar102 a.C. – 44 a.C.
Augustus63a.C. – 14 d.C.
MeioAquático
Atmosfera
N2
Plantas
NH3
FBNNH4 NO3
MIN. NITRIF.
DENITRIFICAÇÃON2O
Solo
FOTOSÍNTESE
N2
DENITRIFICAÇÃO
LIXIVIAÇÃO
N2 N2O
Raios
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N NN2 + 3H2 + Energia 2NH3
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Sir William Crookes
Fritz Haber (1864-1934)
•Prêmio Nobel em 1918•Síntese da amônia•Primeiro teste em escalacomercial: 1909
Carl Bosch (1874-1940)
•Prêmio Nobel em 1931•BASF – síntese da amôniaem escala industrial• Catalisador – Fe x Ur
N2(g) + 3H2(g) <--> 2NH3(g)
CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g)
T – 450oC P – 200atm
O processo Haber-Bosch
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
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(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
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(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
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Resumo: Consumo de N-fertilizantes
•2002: 85 milhões de toneladas de N
(maior consumidor – CHINA – 25 milhões de toneladas)
•50% do N necessário para a produção de alimentos vêm dos
fertilizantes. Seria difícil viver sem eles.
•65% utilizado na produção de cereais
•Distribuição não uniforme
1 hectare na HOLANDA recebe 300 toneladas de N por ano
1 hectare no HAITI recebe anualmente 9 toneladas de N por ano
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
Floresta terra-firme25 kg N/ha.ano
Soja70 a 250 kg N/ha.ano
N2
N2N2
N2
N2
N2
N2
N2
N2
Resumo: cultivo de leguminosas e outras plantas fixadoras
•2002: 30 milhões de toneladas de N
(Fixação não induzida produz cerca de 110 milhões de toneladas de N)
•Detalhe importante: fixação de N na soja ocorre principalmente no Brasil,
através de seleção de variedades fixadoras. Estima-se que no Brasil a soja
fixe cerca de 70 a 80% do N que necessita durante seu ciclo.
Produção termal
N2 + O2 = 2NO
N-orgânico pirólise
X-CH2NH2 + 3O2 = CO2 + 2 H20 + NO2 + X
NOx = NO + NO2
(2)Produção de energia
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N)
Van Aardenne, J.A., Dentener, F.J., Olivier, J.G.J., Klein Goldewijk, C.G.M. and J. Lelieveld (2001) A 1 x 1 degree resolution dataset of historical anthropogenic trace gas emissions for the period 1890-1990. Global Biogeochemical Cycles,15(4), 909-928.
(2)Produção de energia
Resumo: Produção de Energia
•2002: 30 milhões de toneladas de N
(emissão de NOx durante queima de com. fósseis)
•Detalhe importante: tempo de residência na atmosfera de 5 dias. Portanto,
maioria do N é depositado onde foi produzido.
•Observação: N2O que é um gás importante no aumento do efeito estufa é
muito pouco produzido pela queima de combustíveis fósseis.
(2)Produção de energia
Contabilidade sobre o N convertido** pelo Homem em
2002 (milhões de toneladas por ano)**convertido: N-atmosférico não reativo N reativo
•Produção de N-Fertilizantes: 85
•Processos industriais: 15 (não mostrados)
• Produção de Energia: 30
•Cultivo de Fixadoras: 30
TOTAL Nr: 160
Fixação Biológica Natural: 110
TOTAL: 270 milhões de
toneladas
(1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
A pergunta que não quer calar…
•2002: 6.2 bilhões de habitantes
•Ser humano: 2 kg N/ano
•Humanidade: 12 milhões de toneladas de N por ano
•Nr – criado pelo Homem: 160 milhões de toneladas de N por ano
• 160 – 12 : 148 milhões de toneladas de N por ano
•Qual o destino desses 148 milhões que estão sendo criados?
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Human Activities Groundwater Effects
Surface waterEffects
CoastalEffects
PM &VisibilityEffects
Agroecosystem EffectsNFood
ProductionCrop Animal
People (Food; Fiber)
Soil
NO3
The Nitrogen Cascade
NH3
Norg
Forests &Grassland
Soil
OceanEffects
Galloway et al., 2003a
NO3
N-dep
N-dep
StratosphericEffects
N2O
N2O
EnergyProduction
OzoneEffects
Denitrificação
Galloway et al. (2004)
Fonte: Lara et al. (2004)
Deposição úmida de nitrogênio(kg N/ha.ano)
Campinas - SP 6.3
Bragança – SP 5.6
Ji-Paraná – RO 5.6
Piracicaba – SP 5.5
S.Maria da Serra – SP 4.8
Parque Intervales – SP 3.2
Balbina – AM 2.9
4.74.4
4.8pH= 4.9
Chuva ácida na bacia do rio PiracicabaChuva ácida na bacia do rio Piracicaba
4.7
Lara et al. (2003)
Amazônia – desmatamento2003: 23.000 km2
2004: 24.000 km2
Fonte: IBMA, hot pixel, 1998
Foto cedida por Paulo Artaxo
Lara et al. (submetido – Biogeochemistry)Foto cedida pelo IBAMA
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Human Activities
Agroecosystem EffectsNFood
ProductionCrop Animal
People (Food; Fiber)
Soil
The Nitrogen Cascade
Norg
Galloway et al., 2003a
Forests &Grassland
Soil
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Human Activities
Agroecosystem EffectsNFood
ProductionCrop Animal
People (Food; Fiber)
Soil
The Nitrogen Cascade
Norg
Galloway et al., 2003a
Urban centers
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Human Activities
Agroecosystem EffectsNFood
ProductionCrop Animal
People (Food; Fiber)
Soil
The Nitrogen Cascade
Norg
Galloway et al., 2003a
Urban centers
N2, N2O
NO3, NH4, Norg
Atmosphere
Terrestrial Ecosystems
Aquatic Ecosystems
Human Activities
Agroecosystem EffectsNFood
ProductionCrop Animal
People (Food; Fiber)
Soil
The Nitrogen Cascade
Norg
Galloway et al., 2003a
Urban centers
N2, N2O
NO3, NH4, Norg
R u n o ff (m m .yr-1)
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2000
3000
40005000600070008000
0,05
0,50
5,00
50,00
São PauloAm azon
Chile (Andes): 9,527mm – 0.9 kg.ha-1.yr-1 (Oyarzun et al., 2004)
•MUNDO
•852 milhões de pessoas mal nutridas no
mundo
•815 milhões em países em
desenvolvimento
•15% do mundo passa fome!!!
• 1.2 bilhões de pessoas vivem com menos
de US$ 1/dia•17% da população do mundo não tem
acesso a água potável• 40% não tem acesso a serviços de
saneamento
• BRASIL
•15.6 milhões de pessoas mal nutridas no
país
• 9% da população passa fome!!!
SERÁ QUE ESTÁ VALENDO A PENA?
Summary
-Knowledge gaps at the national level -
• Improve measurements on nitrogen biological fixation in natural systems
• Keep an eye in the four Cs (citrus – cellulose – coffee - cane)
• Monitoring network on nitrogen wet and dry deposition
• Monitoring network on euthrophication of reservoirs and estuaries
•Proposition of public policies