oxido nitroso
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INPE-12142-TDI/968
ESTUDO DA PRODUO DE XIDO NITROSO EM CULTIVO DE FEIJO (Phaseolus vulgaris)
Caio Eduardo Azevedo Gonalves
Dissertao de Mestrado do Curso de Ps-Graduao em Geofsica Espacial, orientada pelo Dr. Plnio Carlos Alval e pela Dra. Edith Vasconcellos de Andrade Marinho,
aprovada em 27 de fevereiro de 2002.
INPE So Jos dos Campos
2005
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550.3 GONALVES, C. E. A. Estudo da produo de xido nitroso em cultivo de feijo (phaseolus vulgaris) / C. E. A. Gonalves. So Jos dos Campos: INPE, 2002. 89p. (INPE-12142-TDI/968). 1.xido Nitroso. 2.Efeito Estufa. 3.Cpulas Estticas. 4.Agricultura. 5.Cromatografia Gasosa. 6. Cpulas de Acrlico. I.Ttulo.
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AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar agradeo especialmente ao orientador Dr. Plnio Carlos Alval, pela orientao deste trabalho, auxiliando na tcnica de cromatografia, no trabalho de campo e nas constantes leituras e discusses do trabalho para o seu bom desenvolvimento e concluso. Agradeo Dra Edith V.A. Marinho, estimuladora desta pesquisa e pessoa a qual eu sempre soube que poderia contar nas horas mais difceis. Ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em especial, ao Laboratrio de Oznio do INPE de So Jos dos Campos (SP). Aos docentes e pesquisadores do Curso de Ps Graduao em Geofsica Espacial do INPE, em especial ao Dr. Marcelo Saba e Dra. Virgnia Alves. Aos tcnicos Anglica, Mangueira e Marcelo do Laboratrio de Oznio pelo apoio durante a fase experimental deste trabalho e um agradecimento muito especial ao tcnico Domingos pela grande ajuda ao longo de todo o trabalho de campo. A todo o pessoal do Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat, pela realizao do experimento, em especial aos professores Dr. Serafim Daniel Ballestero e Dr. Marcelo dos Santos Targa. bibliotecria Slvia que sempre se mostrou muito eficiente nas solicitaes de artigos. Ao aluno de Iniciao Cientfica Gustavo Porto Salbi pela ajuda nas coletas no campo. Aos colegas Kleber, Iara, Ana Paula, Jos Luiz e Manuella que direta ou indiretamente auxiliaram na realizao deste trabalho. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico pela concesso da bolsa de estudo. E, em especial minha famlia que muito me apoiou em todos os momentos.
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RESUMO
Este trabalho teve como objetivo apresentar as primeiras medidas de xido nitroso (N2O) emitido numa cultura de feijo (Phaseulos vulgaris) utilizando-se dois tipos de fertilizantes: orgnico e inorgnico, alm do controle (sem fertilizante). A importncia desse gs deve-se sua relao direta com o efeito estufa global e com a destruio do oznio estratosfrico. O experimento foi realizado no Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat (UNITAU) (23o01 S e 45o30 W) no perodo de 02/07/2001 11/10/2001 com um total de 13 campanhas de campo. Para determinar o fluxo do N2O foram usadas cpulas de acrlico transparente cobrindo 0,25m2 de rea, em parcelas de feijo com dimenses de 16m2. Trs parcelas estudadas foram fertilizadas com sulfato de amnio e trs com lodo de esgoto, separadamente, com uma taxa de fertilizao de 2g de N/m2. O xido nitroso acumulado nas cmaras foi determinado usando-se a tcnica de cromatografia gasosa, associada a um detector de captura de eltrons. A variao do fluxo foi de 1,5 a 17,6 g(N2O) m-2 h-1para a parcela no fertilizada, 3,5 a 68,8 g (N2O) m-2 h-1 para a parcela com o lodo de esgoto e entre 3,5 e 78,1 g (N2O) m-2 h-1 para a parcela do sulfato de amnio. O xido nitroso emitido representou 0,70 a 1,65% do nitrognio aplicado ao solo. Os fluxos aqui apresentados esto dentro da faixa de valores obtidos por outros pesquisadores a partir de estudos em diferentes culturas e fertilizaes.
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STUDY OF THE NITROUS OXIDE PRODUCTION IN BEANS CROP
ABSTRACT
The purpose of this work is to present the first measurements of nitrous oxide emitted in beans crop (Phaseulos vulgaris) using two types of fertilizers: an organic, another inorganic, plus control. The experiment was performed at the Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat (UNITAU) (23o01 'S and 45o30 'W) in the period from 02/07/2001 to 11/10/2001. To N2O flux determination, transparent acrylic chambers with 0.25 m2 superficial area were used in 16 m2 parcels. Three of the studied parcels had been fertilized with ammonium sulphate and three with silt of sewer with a fertilization of 2g of N/m2. For the quantitative determination of N2O concentration, gas chromatography technique was used in conjunction with electron capture detector. The fluxes variation was of 1.5 to 17.6 g(N2O) m-2 h-1 for the parcel without fertilizer, from 3.5 to 68.8 g(N2O) m-2 h-1 for the parcel with the silt of sewer and from 3.5 to 78.1 g(N2O) m-2 h-1 for the parcel of ammonium sulphate. The emitted nitrous oxide represented from 0.70 to 1.65% of the nitrogen applied to the soil. The fluxes presented here are comparable to those obtained by other researchers studies in different crops and fertilizations.
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SUMRIO
Pg. LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE SMBOLOS
CAPTULO 01 - INTRODUO..................................................................................... 17 1.1 OBJETIVOS GERAIS.......................................................................................... 20 1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................................... 21
CAPTULO 02 - XIDO NITROSO NA ATMOSFERA .............................................. 23 2.1. INTRODUO.................................................................................................... 23 2.2. O XIDO NITROSO COMO GS DO EFEITO ESTUFA ............................... 24 2.3. BALANO DO XIDO NITROSO NA ATMOSFERA.................................... 29
2.3.1. PRINCIPAIS FONTES NATURAIS ........................................................... 31 2.3.1.1. SOLOS ....................................................................................................... 31 2.3.1.2. OCEANOS .................................................................................................. 32
2.3.2. FONTES ANTRPICAS............................................................................. 32 2.3.2.1. PRTICAS AGRCOLAS E EMISSO DE N2O .............................. 34
2.4. SUMIDOUROS.................................................................................................... 36 2.5. A PRODUO DE N2O NO SOLO.................................................................... 38 2.6. PRINCIPAIS CULTURAS AGRCOLAS E USO DE FERTILIZANTES SINTTICOS NO BRASIL ............................................................................................. 40
CAPTULO 03 - METODOLOGIA ................................................................................. 43 3.1. LOCAL DE AMOSTRAGEM ............................................................................. 43 3.2. CULTURA PRATICADA ................................................................................... 44 3.3. TCNICA DE COLETA...................................................................................... 51 3.4. DESCRIO DO MTODO CROMATOGRFICO ........................................ 56 3.5. DETERMINAO DO FLUXO DE N2O........................................................... 61
CAPTULO 04 - RESULTADOS E DISCUSSO .......................................................... 65 4.1. INTRODUO.................................................................................................... 65 4.2. FLUXOS DE N2O ................................................................................................ 68
CAPTULO 05 - CONCLUSES E SUGESTES......................................................... 79
JeffersonREFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
Jefferson....................................................................... 81
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LISTA DE FIGURAS
2.1 - Concentraes atmosfricas de N2O para os ltimos 100 anos. ..................................24 2.2 - Esquema simplificado do efeito estufa.........................................................................25 2.3 - Transmisso da radiao trmica pelos gases do efeito estufa.....................................27 2.4 - Forante radiativo do N2O no perodo de 1765 a 2000................................................28 2.5 -Evoluo do consumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil, no perodo de 1996-
2000. .............................................................................................................................41 3.1 - Vista area da Fazenda Experimental da UNITAU, a flecha indica a rea onde foi
realizado o experimento. ..............................................................................................43 3.2 Croqui do campo. ........................................................................................................48 3.3 Plantio do feijo em 02/07/2001..................................................................................50 3.4 - Vista do campo experimental com as parcelas de feijo em 12/09/2001.....................51 3.5 - Cpula de acrlico e cilindro de coleta no trabalho de campo. ....................................54 3.6 - Componentes bsicos de um cromatgrafo a gs. .......................................................57 3.7 - Esquema de um DCE ...................................................................................................59 3.8 - Cromatograma produzido em anlise pelo Laboratrio de Oznio INPE/So Jos dos
Campos. ........................................................................................................................60 4.1 - Grfico da variao da concentrao de N2O para o dia 25/07/2001 na parcela de
Sulfato de Amnio no Bloco 03. ..................................................................................66 4.2 . Mdia de temperatura para os dias de coleta. ...............................................................67 4.3 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 01 (R1) com os fertilizantes sulfato
de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6). .................................................................69 4.4 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 2 (R2) com os fertilizantes sulfato
de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6). .................................................................70 4.5 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 3 (R3) com os fertilizantes sulfato
de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6) e a parcela testemunha.............................71
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LISTA DE TABELAS
1.1- Principais Gases Trao do Efeito Estufa ........................................................................ 18 2.1 - Fontes e Sumidouros de N2o ......................................................................................... 30 3.1 - Datas das Amostras Recolhidas...................................................................................... 56 4.1- Estgio Fenolgico da Planta .......................................................................................... 68 4.2 - Anlise do Solo Versus Fluxo de N 2o ............................................................................ 73 4.3 - Fluxo Integrado de N 2o no Perodo do Experimento e Produo de Feijo por Parcela
(EM G)............................................................................................................................ 73 4.4 - Comparao do Fluxo de N 2o com Outros Trabalhos ................................................... 75 4.5 - Perda de N2o a Partir da Quantidade de Fertilizante Aplicado ...................................... 76
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LISTA DE SMBOLOS
A rea, m2 Ca Razo de mistura na amostra, partes por bilho em volume Cp Razo de mistura no padro, partes por bilho em volume K Kelvin mi,a Valor mdio da rea da amostra mi, p Valor mdio da rea do padro P Presso total, atmosfera (atm) pi Presso parcial, atm ppbv partes por bilho em volume ni Nmero de moles do gs, mol l Litros h horas nt Nmero total de moles na mistura, mol m Massa da substncia, grama (g) ml Mililitros M Massa molar da substncia, g mol-1 V Volume da cpula, litros T Temperatura absoluta, Kelvin (K) t tempo, minutos (min) Tg Teragrama, 1012g g Microgramas
ONn 2 Variao do nmero de moles de N2O, mol ON2
Frao molar do xido nitroso, R Constante universal dos gases ideais, 0,082 atm.l.mol-1K-1 R2 Coeficiente de determinao W/m2 Watts por metro quadrado Fluxo, g m-2 h-1 kgN/ha ano Quilograma de Nitrognio por hectare por ano km Quilmetros keV 103 eltron-volt
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CAPTULO 1
INTRODUO
Aumentos recentes na concentrao de gases trao na atmosfera, devido atividade
antrpica, tm levado a um impacto no balano de entrada e sada de radiao solar do
planeta, tendendo ao aquecimento da superfcie da terra, tambm conhecido como efeito
estufa. Este aumento de temperatura pode causar imediatamente vrias modificaes ao
meio ambiente (Kirchhoff, 1992). Esse efeito realizado por alguns poucos gases que
existem na atmosfera que podem ser naturais, isto , gases produzidos naturalmente na
biosfera, ou podem ser introduzidos artificialmente na atmosfera, pela ao do homem.
Para que um constituinte seja um gs do efeito estufa, este deve ter a propriedade de
absorver radiao eletromagntica na regio infravermelho do espectro eletromagntico (o
infravermelho a regio em que as ondas transmitem calor) e, possuindo esta propriedade,
o gs situado na troposfera absorve parte da radiao de onda longa emitida pelo planeta.
Uma parte da radiao absorvida pelo gs ser retransmitida para a superfcie. Com o
aumento da concentrao dos gases do efeito estufa, aumenta tambm a capacidade da
atmosfera em reter o calor provocando, assim, o aquecimento do planeta. De acordo com
Cotton & Pielke (1995) um aumento da temperatura global elevaria o nvel das guas do
mar, modificaria a precipitao e outras condies climticas locais. Os principais gases
responsveis pelo efeito estufa so: o dixido de carbono (CO2), o metano (CH4), o xido
nitroso (N2O), clorofluorcarbonos (CFCs) e o oznio (O3). Estima-se que, se a taxa atual de
aumento desses gases continuar, as temperaturas mdias globais subiro 0,3oC por dcada,
com uma incerteza de 0,2oC a 0,5oC por dcada, de modo que, no ano 2100, o aquecimento
global estaria compreendido na faixa de 1,0 a 3,5oC (European Comission, 1997; Lima,
2001). A Tabela 1.1 mostra as principais fontes antropognicas dos principais gases do
efeito estufa, assim como a sua importncia relativa para o aquecimento global.
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TABELA 1.1 Principais Gases Trao do Efeito Estufa.
Gs Principais Fontes Antropognicas Tempo de Vida na
Atmosfera
Razo de Mistura na Atmosfera
Contribuio Relativa
CO2 Combustveis
fsseis, desflorestamento.
50 - 200 anos 353 ppmv 60%
CH4
Cultivo de arroz inundado, pecuria,
combustveis fsseis, queima de
biomassa.
10 anos 1745 ppbv 15%
N2O Fertilizantes,
converso do uso da terra.
150 anos 314 ppbv 6%
CFC-11 CFS-12
Refrigeradores, aerossis, processos
industriais. 60 a 120 anos 260-560 pptv 12%
O3 Hidrocarbonetos
(com NOx), queima de biomassa
Semanas a meses 34 pptv 7%
Adaptada de Krupa (1997). (Obs: ppmv = partes por milho em volume, ppbv = partes por bilho em volume e pptv = partes por trilho em volume)
Nesta tabela observa-se que embora a concentrao do xido nitroso seja pequena em
relao aos outros gases, ele contribui com cerca de 6% do efeito estufa e alm disso, a sua
concentrao atmosfrica cerca de 10% maior que na era pr-industrial (287 ppbv (IPCC,
1995)), em virtude das causas antropognicas e naturais (Krupa, 1997). At cerca de duas
dcadas atrs, os estudos sobre efeito estufa levavam em conta to somente o CO2. A partir
da dcada de 80 os estudos incluem o metano (CH4) e CFCs, porm os estudos de xido
nitroso ainda so escassos e se restringiram muito s suas fontes naturais.
As emisses dos gases do efeito estufa so geralmente expressas em termos de CO2
equivalente, denominado Potencial de Aquecimento Global (GWP Global Warming
Potencial) calculado para 100 anos de integrao dos efeitos. Os GWP do CO2, do CH4 e
do N2O so 1, 21 e 310, respectivamente (IPCC, 1996a). Isto significa que o CH4 apresenta
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um potencial de aquecimento global 21 vezes superior ao do CO2, e que o N2O apresenta
um potencial de aquecimento global 310 vezes superior ao do CO2.
A agricultura contribui para o efeito estufa, com emisses de gases como o CH4, CO2, N2O
e xidos de nitrognio (NOx). Estima-se que 20% do incremento anual da forante radiativa
global so devidos ao setor agrcola considerando-se s o efeito dos gases metano, xido
nitroso e gs carbnico (IPCC, 1996a), excluda a frao correspondente s mudanas do
uso da terra relacionadas com atividades agrcolas (15%) (Lima, 2001). As fontes agrcolas
de gases do efeito estufa so o cultivo de arroz irrigado por inundao, a pecuria, dejetos
animais, o uso agrcola dos solos e a queima de resduos agrcolas. Estudos indicam que
cerca de 55% das emisses antrpicas de metano provm da agricultura e da pecuria
(IPCC, 1995). Os solos agrcolas, pelo uso de fertilizantes nitrogenados, fixao biolgica
de nitrognio, adio de dejetos animais, incorporao de resduos agrcolas, entre outros
fatores, so responsveis por significativas emisses de xido nitroso (Lima, 2001).
O balano global de xido nitroso proveniente da agricultura bastante incerto, no que se
refere prtica agrcola. Considerando-se que uma grande quantidade de fertilizante
adicionada ao solo e nem todo aproveitado pela plantao, podem ocorrer grandes perdas
de nitrognio em forma de N2O para a atmosfera. As taxas de emisso deste gs podem
variar dependendo do fertilizante usado, da plantao, do tipo e preparo do solo, de fatores
ambientais e pela variao natural de ponto a ponto (Clayton et al, 1994; Bouwman, 1990;
Mosier et al. 1983). Em 1970 aproximadamente 32 milhes de toneladas (Tg ou1012g) de
fertilizante a base de nitrognio foram produzidas globalmente, e a maior parte dele foi
aplicada em pases em desenvolvimento na zona temperada. Em 1990, cerca de 80 Tg
foram produzidas, e cerca de 40% foi aplicado em pases nos trpicos e subtrpicos
(Matson et al. 1996). Projees correntes sugerem que 100 Tg/ano de fertilizantes a base de
nitrognio sero aplicadas em pases em desenvolvimento no ano 2025 (Matson et al.
1996). Entretanto, a partir da assinatura do Protocolo de Kyoto, os estudos nesta rea vem
sendo coordenados para que ocorra um melhor aproveitamento dos fertilizantes e a
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diminuio do seu uso. Segundo Kroeze e Mosier (1999), com o Cenrio de Reduo
proposto, as emisses devero ser reduzidas em at 20% relativas ao ano 2000.
As influncias do uso dos fertilizantes, sobre as emisses de xido nitroso, tem sido
avaliadas por diversos pesquisadores (Cole et al. 1997; Kroeze, 1996; Mosier et al. 1998).
Matson et al. (1996), estudaram as emisses de N2O e NO em plantaes de cana-de-acar
no Hawai. Clayton et al. (1994), fizeram medidas em um solo na Esccia, inicialmente
pouco drenado e posteriormente fertilizado. Uma das caractersticas mais claramente
visveis nestes trabalhos foi o aumento na emisso de N2O aps a fertilizao.
No Brasil, os estudos sobre N2O restringem-se s medidas do fluxo a partir de diferentes
ecossistemas naturais (Marinho, 1993) e nos solos da floresta equatorial Amaznica (Keller
et al.1986; Luizao et al.1989), em diversas localidades. Eles constataram que as florestas
tropicais contribuem com uma frao significativa das fontes globais de xido nitroso
atmosfrico, ou seja, cerca de 40% da fonte atual, e possivelmente 75% da fonte pr-
industrial. Sanhueza et al. (1990), atravs de medidas no solo do cerrado venezuelano,
constataram que este tipo de solo contribui com uma grande frao da produo de xido
nitroso (0 36,9 gN2O.m-2h1). Esses trabalhos restringiram-se fonte natural de N2O, mas no que se refere ao fluxo de xido nitroso proveniente do uso de fertilizantes na
agricultura ainda no existem trabalhos realizados no Brasil. Considerando-se que o Brasil
possui grande extenso de terras destinadas agricultura e est entre os principais
produtores de gros do planeta (IBGE, 2002) faz-se necessrio estudar a emisso de N2O na
agricultura para melhor caracterizar esta fonte, estimar a sua contribuio em termos de
Brasil e no seu balano global.
1.1 Objetivos Gerais
Este trabalho tem como objetivo geral apresentar a primeira determinao do fluxo de
xido nitroso em cultivo de feijo no Brasil, utilizando-se dois tipos de fertilizao, uma
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inorgnica (Sulfato de Amnio) e outra orgnica (Lodo de Esgoto). As medidas foram
feitas tambm, sobre parcelas de feijo sem fertilizante para controle e comparao.
1.2 Objetivos Especficos
1) Construir as cpulas de coleta de gs N2O.
2) Realizar coletas de amostras de ar usando os mtodos de cmara esttica
durante as vrias fases da cultura do feijo.
3) Analisar as amostras de ar coletadas por cromatografia gasosa.
4) Determinar os fluxos de N2O em cultura de feijo nas diversas fases de
adubao e crescimento.
5) Avaliar o potencial de emisso de N2O na cultura de feijo no Brasil e em
termos globais.
O Captulo 2 apresenta uma reviso da literatura sobre os dados de concentrao de xido
nitroso, suas fontes e sumidouros e a descrio da produo do xido nitroso pela
agricultura destacando-se as reaes que ocorrem nas razes da planta e a relao da sua
produo com os fertilizantes. No Captulo 3 trata-se da metodologia de trabalho, onde so
descritas as cpulas usadas no experimento, bem como o equipamento para obteno da
razo de mistura do xido nitroso. No Captulo 4 apresentam-se os resultados e comparao
com outros trabalhos da literatura feitos fora do Brasil. Por fim no Captulo 5 so
apresentadas as concluses e sugestes.
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CAPTULO 2
XIDO NITROSO NA ATMOSFERA
2.1. Introduo
A substncia qumica mais importante contendo nitrognio, do ponto de vista climtico, o
N2O (Ramanathan et al. 1985). O xido nitroso um gs trao ativo qumica e
radiativamente, pois participa de reaes na atmosfera terrestre e absorve radiao
eletromagntica. Ele produzido por ampla variedade de fontes no solo e na gua, sendo
removido na estratosfera principalmente por meio de fotlise e reaes com tomos de
oxignio eletronicamente excitados (Watson et al. 1990).
O xido nitroso um gs trao com uma razo de mistura na atmosfera de
aproximadamente 314 partes por bilho por volume (ppbv),cuja concentrao atmosfrica
tem crescido de 0,2-0,3% ao ano nos ltimos 20-30 anos (Watson et al. 1990), sendo que
sua concentrao na poca pr-industrial era cerca de 287 ppbv (IPCC, 1995). um dos
importantes gases do efeito estufa, pois na baixa atmosfera o xido nitroso absorve
eficientemente a radiao infravermelha vinda da superfcie terrestre, e na estratosfera este
gs tem papel fundamental em ciclos de destruio cataltica do oznio (Cicerone, 1987;
Isaksen & Stordal, 1986). A Figura 2.1 mostra a variao na concentrao de N2O ao longo
dos ltimos 100 anos, com dados de superfcie.
Pesquisadores tm estudado desde os anos 70 o ciclo biogeoqumico do N2O e procurado
entender as perturbaes antrpicas neste ciclo. Embora muito avano tenha sido obtido em
identificar as fontes desconhecidas, especialmente as associadas com atividades humanas, o
balano global de N2O estimado ainda mostra uma incerteza entre as taxas de destruio na
estratosfera e as taxas estimadas de produo antrpica nos solos e oceanos atualmente
aceitas (Kim et al. 2000). A identificao das fontes uma tarefa complexa, difcil de
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caracterizar e quantificar. Esta avaliao , porm, cada vez mais necessria para se prever
os efeitos a longo prazo sobre a atmosfera e sobre o clima global.
FIGURA 2.1 - Concentraes atmosfricas de N2O para os ltimos 100 anos. FONTE: IPCC (2001).
2.2. O xido Nitroso como Gs do Efeito Estufa
A fonte primria de energia do sistema Terra-atmosfera a radiao solar, emitida
essencialmente nas regies do visvel, do infravermelho e ultravioleta prximo, com o Sol
comportando-se aproximadamente como um corpo negro a 5800K (Wayne, 1985). Desta
energia, cerca de 50% atinge a superfcie terrestre aquecendo-a. A superfcie aquecida
emite energia na regio de onda longa do espectro eletromagntico (4-100 m), tambm conhecida como radiao infravermelha ou radiao terrestre. Alguns constituintes
atmosfricos absorvem parte desta radiao e a emitem em todas as direes. A emisso em
direo superfcie terrestre aquece-a novamente. Este aquecimento, resultante do
aprisionamento da radiao conhecido como efeito estufa ("greenhouse effect").
A energia radiante que chega do Sol para a Terra cerca de 236 W/m2 portanto a energia
que sai na faixa de ondas longas (infravermelho) deveria ser tambm de 236 W/m2. A
temperatura observada na superfcie de 288K, em mdia, e essa temperatura corresponde
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a uma energia de 390 W/m2. Desses, 236 W/m2 passam pela atmosfera e conseguem chegar
ao espao, enquanto que 150 W/m2 so absorvidos e reemitidos de volta pelos gases do
efeito estufa (IPCC, 1995). Em termos de energia, o efeito estufa natural pode ser definido
como estes 154 W/m2 de radiao infravermelha que as molculas dos gases de efeito
estufa aprisionam e reemitem para a Terra. este fenmeno que mantm naturalmente a
superfcie da Terra aquecida em torno dos 288K (IPCC,1995).
Com o cu claro, em torno de 60-70% do efeito estufa natural provocado pelo vapor
dgua, gs de efeito estufa dominante na atmosfera terrestre (IPCC 1995). As nuvens
tambm tm um outro papel importante no equilbrio trmico do planeta. Elas refletem boa
parte da radiao solar de volta para o espao pelas superfcies brancas, promovendo um
efeito contrrio ao das molculas dos gases causadoras do efeito estufa. Em termos gerais,
as nuvens tm um efeito de esfriamento de aproximadamente 20 W/m2, fruto do balano
entre a energia que elas refletem diretamente para o espao e a energia que elas aprisionam
(IPCC,1995). A Figura 2.2 traz um esquema das componentes do balano de radiao
terrestre e o efeito estufa.
FIGURA 2.2 - Esquema simplificado do efeito estufa. Fonte: UNEP (1997).
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A contribuio de um gs ao efeito estufa depende do comprimento de onda que o gs
absorve a radiao, do potencial de absoro por molcula do gs, e se outros gases
absorvem fortemente nos mesmos comprimentos de onda.
O CO2 e o vapor d'gua absorvem numa grande faixa de freqncias, o que em conjunto
com a alta concentrao destes gases na atmosfera assegura que vrias das suas linhas de
absoro estejam saturadas. Este fato pode ser visto na Figura 2.3 (Wang et al. 1976) que
apresenta a transmisso da radiao trmica pelo vapor d'gua, CO2, O3, CH4 e N2O. Os
gases que possuem linhas de absoro que coincidem com a regio de absoro do CO2 e
vapor dgua contribuem muito pouco para o efeito estufa, a no ser que possuam
concentraes comparveis s do CO2 ou do vapor d'gua. Entretanto, os gases que
possuem bandas de absoro dentro ou prximos da janela atmosfrica, mesmo com
concentraes relativamente baixas podem contribuir fortemente para o efeito estufa. Entre
estes gases tm-se o metano, o xido nitroso e o oznio.
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FIGURA 2.3 - Transmisso da radiao trmica pelos gases do efeito estufa. FONTE: adaptada de Wang et al. (1976, p.688).
O aumento na concentrao dos gases radiativamente ativos, com bandas na regio da
janela atmosfrica est entre os fatores que podem perturbar o balano de radiao no
sistema Terra-atmosfera. Estes fatores so denominados de forantes radiativos e dependem
da concentrao do gs, do comprimento de onda no qual ele absorve, da eficincia de
absoro e da existncia ou no de outros gases absorvendo nas mesmas bandas. A maior
contribuio do N2O para o efeito estufa devida a banda de 1285 cm-1 (57%); com
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contribuies adicionais da banda de 588 cm-1 (35%) e da banda em 224 cm-1 (8%) (Yung
et al., 1976).
Estudos recentes tm trabalhado com um ndice que possa comparar a contribuio
temporal dos diferentes gases do efeito estufa ao aquecimento global, uma vez que os
forantes radiativos no levam em conta as possveis contribuies devido aos diferentes
tempos de residncia dos gases. Este ndice denominado de potencial de aquecimento
global ("Global Warming Potential - GWP") definido como a razo entre as integrais no
tempo do forante climtico devido introduo de 1kg do gs trao em relao a
introduo de 1kg de CO2.
A Figura 2.4 apresenta a variao, entre 1765 e 2000, da forante radiativa do xido nitroso
para o efeito estufa. Nesta figura observa-se que, embora a concentrao do xido nitroso
seja pequena em relao aos outros gases, sua contribuio passou de 0,027 W/m2 entre
1765-1900 para 0,15 W/m2 entre 1765-2000, ou seja, um aumento de mais de cinco vezes.
1765-1900 1900-1960 1960-1970 1970-1980 1980-1990 1990-20000.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
For
ante
Rad
iativ
a (W
/m2 )
Ano
FIGURA 2.4 - Forante radiativo do N2O no perodo de 1765 a 2000. FONTE: modificada de Shine et al. (1990, p.55) e IPCC (2001).
-
29
2.3. Balano do xido Nitroso na Atmosfera
O xido nitroso produzido por microorganismos nos sistemas terrestres e marinhos, como
intermedirio em diversos processos do ciclo do nitrognio incluindo desnitrificao e
nitrificao (Matson & Vitousek, 1990). O xido nitroso tambm produzido pela queima
de biomassa ou de combustveis fsseis, e ainda outras fontes menores. O maior sumidouro
deste gs a reao com oxignio ativo na estratosfera.
A Tabela 2.1 apresenta o balano entre fontes e sumidouros de xido nitroso. Observa-se
que a agricultura, juntamente com a pecuria, a principal fonte antrpica do gs. Os solos,
atravs da sua vegetao tambm so responsveis por grande parcela do N2O na
atmosfera. Machida et al. (1995), estimou a emisso de xido nitroso na era pr-industrial a
partir da anlise de bolhas de ar aprisionadas em testemunhos de geleiras seculares e
concluiu que a emisso era em mdia de 11 TgN /ano, ao passo que os clculos realizados
para os anos de 1970 e 1980 indicaram uma emisso em 4 7 Tg maiores que na era pr-
industrial. Kroeze et al. (1999) mostram que o aumento do N2O na atmosfera pode ser
atribudo s mudanas nos sistemas de produo de alimentos (maior demanda por
alimentos) e segundo Matson et al. (1996), a aplicao de fertilizantes base de nitrognio
tem crescido rapidamente nas ltimas dcadas. Esta intensificao na expanso do uso de
fertilizantes pode ter conseqncias no balano do xido nitroso.
-
30
TABELA 2.1 - Fontes e Sumidouros de N2O.
Fontes Naturais TgN/ano (Variao) Solos Tropicais:
Floresta mida 3,0 (2,2-3,7) Savanas Secas 1,0 (0,5-2,0)
Solos Temperados: Florestas 1,0 (0,1-0,2) Pradarias 1,0 (0,5-2,0)
Oceanos 3,0 (1-5) Total de Fontes Naturais 9,0 (4,3-14,7)
Fontes Antrpicas Solos de agricultura 3,3 (0,6-14,8) Queima de biomassa 0,5 (0,2-1,0) Fontes Industriais 1,3 (0,7-1,8) Gado 2,1 (0,6-3,1)
Total de Fontes Antrpicas 7,2 (2,1-19,7) Total das Fontes 16,2 (6,4-34,4)
Sumidouros
Estratosfera 12,3 (9-16) AUMENTO NA ATMOSFERA 3,9 (3,1-4,7)
Adaptada de Kroeze e Mosier (1998)
Na tabela acima, as fontes naturais esto melhor caracterizadas e no apresentam tantas
incertezas quanto s fontes antropognicas, principalmente as relacionadas com as
atividades agrcolas.
Observa-se tambm que a taxa de aumento de nitrognio na atmosfera cerca de 3,9 Tg
N/ano; sabendo-se que o reservatrio de N na atmosfera cerca de 1500 TgN (Rasmussen e
Khalil (1986), Khalil e Rasmussen (1992)) esse aumento resulta numa taxa de crescimento
de 0,26% ao ano. De acordo com Matson & Vitousek (1990) a taxa de crescimento do N na
atmosfera tem aumentado de 0,2 a 0,3% nos ltimos vinte anos. Isso reflete no balano de
radiao e na qumica da estratosfera.
-
31
2.3.1. Principais Fontes Naturais
So trs as principais fontes naturais de xido nitroso: solos, sistemas aquticos e formao
qumica na atmosfera. Destas, os solos apresentam a mais importante contribuio,
aproximadamente dois teros (6 7 Tg N/ano) das emisses naturais (Bouwman et
al.1993). Aproximadamente um tero (3 4 Tg N/ano) das emisses naturais so oriundos
de oceanos (Nevison et al., 1995). Outros sistemas aquticos e formao qumica na
atmosfera contribuem com quantidades bem menores (< 1 Tg N/ano) (Dentener & Crutzen,
1994; Seitzinger & Kroeze, 1998).
2.3.1.1. Solos
Os ecossistemas tropicais tm importante funo no ciclo global de N2O, segundo Keller et
al. (1988). Alguns estudos indicam que os solos tropicais correspondem aproximadamente
metade das fontes globais de N2O. Estima-se que alteraes nas fontes biognicas de N2O
causem maior impacto nas concentraes deste gs afetando, conseqentemente, a qumica
da estratosfera e o balano de radiao da atmosfera.
Bouwman (1990) calculou a emisso de N2O em solos subtropicais e temperados como
sendo de 4,5 Tg N/ano. Para solos tropicais o valor atribudo pode ser cerca de 5,5 a 6,5 Tg
N/ano, de modo que a emisso total de N2O em solos pode ser em torno de 6 3 Tg N/ano. Este nmero questionvel, em virtude da limitao de dados disponveis e a grande
variao temporal e espacial das taxas de emisso de xido nitroso, nos solos, em diferentes
climas.
O fluxo global de xido nitroso pelas florestas tropicais estimado entre 2,2 e 3,7 Tg N/ano
(Watson et al., 1990). O impacto do desmatamento sobre as emisses de N2O nos solos
desconhecido, mas alguns estudos apontam que em reas desmatadas, as emisses so
-
32
intensificadas por um fator de trs (Luizao et al. 1989), enquanto outros estudos concluem
que os fluxos desse gs diminuem, se a vegetao no retornar ( Watson et al., 1990).
Segundo Livingston et al. (1988), as concentraes de N2O troposfrico na Floresta
Amaznica so maiores do que a mdia global, embora a maioria das fontes ainda no
tenha sido identificada, mostrando a importncia da caracterizao das mesmas.
2.3.1.2. Oceanos
Os oceanos so fontes importantes de N2O, mas no as principais. Com base nas medies
dos gradientes de concentrao entre a atmosfera, superfcies aqferas (Watson et al. 1990)
e nas estimativas do coeficiente de troca do gs, estimou-se que a fonte ocenica contribuiu
com cerca de 2,8 a 3,9 Tg de nitrognio por ano, resultado significativamente inferior s
estimativas anteriores (Watson et al. 1990). difcil uma determinao precisa do fluxo
anual global do N2O no oceano, em virtude das incertezas associadas quantificao do
coeficiente de troca do gs entre o oceano e a atmosfera. Alm disso, a presso parcial do
N2O nas superfcies aqferas altamente varivel, espacial e temporariamente (Watson et
al., 1990).
2.3.2. Fontes Antrpicas
As emisses antrpicas de xido nitroso atuais so consideradas maiores que as pr-
industriais. Atualmente essas emisses so de aproximadamente 3 8 Tg N/ano (Prather et
al., 1995), sendo que a principal fonte a atividade agrcola (aproximadamente 75%),
enquanto produo de energia, produo industrial e queima de biomassa contribuem com
25% das emisses antropognicas. Contudo essas estimativas esto associadas a grandes
incertezas.
A produo de alimento para a crescente populao mundial atualmente considerada a
mais importante fonte antropognica de N2O. Trs fontes agrcolas de produo de N2O
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33
podem ser distinguidas: solos agrcolas, sistemas de produo animal e emisses indiretas
(Mosier et al., 1998a). Solos de agricultura so fontes de N2O porque, a quantidade de
nitrognio no campo est diretamente ligada aos processos de nitrificao de desnitrificao
pelas bactrias do solo que produzem o N2O. A adio de nitrognio ao solo pode ocorrer
atravs do uso de fertilizantes sintticos, de esterco animal ou de resduos de colheita.
Sistemas de manejo animal so fontes de N2O, porque o esterco produzido est sujeito a
decomposio nos estbulos ou, nos casos de animais criados soltos, no prprio campo.
Finalmente, h algumas fontes indiretas que esto associadas agricultura, como por
exemplo o aumento da produo de N2O em sistemas aquticos como resultado da
lixiviao dos solos agrcolas.
A gerao de energia outra fonte de N2O, contribuindo com 5% das emisses antrpicas.
Processos de combusto podem formar N2O pela queima de combustvel e pela oxidao
do N2 atmosfrico. Relativamente, grandes quantidades de N2O so emitidas de veculos
equipados com conversores catalticos. Usinas de energia so geralmente consideradas
fontes relativamente pequenas de N2O, em particular quando o combustvel usado leo ou
gs natural. Usinas que usam carvo mineral podem, dependendo do processo de
combusto, ser fontes moderadas de N2O.
Aproximadamente 4% das emisses atuais esto associadas com a queima de biomassa.
Esta categoria no inclui somente emisses de queima de vegetao, mas tambm queima
de lixo e efeito de desflorestamentos.
Finalmente, existem alguns processos industriais que contribuem para a produo do xido
nitroso. Destes, a produo do cido adpico e cido ntrico so os mais importantes e
contribuem com 2% das emisses globais.
-
34
2.3.2.1. Prticas Agrcolas e Emisso de N2o
Trabalhos recentes na literatura mostram que a emisso de xido nitroso em solos de
agricultura geralmente maior e mais varivel do que em terras no cultivadas ou em
ecossistemas naturais (Bouwman, 1990). Os fluxos emanados de terras no cultivadas,
ecossistemas naturais em regies temperadas ou tropicais tendem a ser menores que 3 ou 4
ng N m-2 s-1, respectivamente, enquanto que em terras cultivadas tendem a ser maiores que
10 ng N m-2 s-1 ( Bouwman, 1990). Skiba et al. (1994) encontrou que em solos que no
eram usados para fins de agricultura o fluxo de xido nitroso era de 0,6 a 1,7 ng N m-2 s-1, e
que a emisso aumentava de 2 a 7 ng N m-2 s-1 quando era depositado fertilizante no solo.
Geralmente h uma alta taxa de emisso de xido nitroso imediatamente aps a aplicao
do fertilizante, e estendendo-se pelo perodo de seis semanas. Depois desse perodo a taxa
de emisso cai e flutua ao redor de um valor menor independente da quantidade de
nitrognio aplicado ( Mosier et al., 1983). Eichner (1990) sugere que a emisso de xido
nitroso varia com o tipo de fertilizante usado e corresponde a 0,001% a 6,8% do nitrognio
aplicado. Conclui tambm que a maior emisso ocorre quando aplicado hidrxido de
amnia e a menor emisso quando so aplicadas solues de nitrognio. Mosier (1983) por
sua vez concluiu que as interaes entre as variveis fsicas, qumicas e biolgicas so
complexas por isso a emisso de N2O varivel tanto no tempo quanto no espao.
Cai et al. (1997) observaram aumentos significativos da emisso de N2O em campos de
arroz inundado sob regime intermitente de gua, com o aumento da taxa de aplicao de
nitrognio sobretudo na forma de sulfato de amnio. Esses autores levantam a possibilidade
que ciclos alternados de anaerobiose e aerobiose aumentam a emisso de N2O em relao
s condies de anaerobiose ou aerobiose permanentes (Embrapa, 2001).
Medidas de emisses de N2O, em diferentes tipos de solo e sistemas de cultivo so ainda
necessrias para se obter estimativas regionais mais precisas. Grande parte dos trabalhos
segundo Kaiser et al. (1998), no so contnuos e enfocam a estao de crescimento,
negligenciando perodos de inverno, quando ainda podem ocorrer emisses de N2O
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35
(chegando a registrar 50% das emisses nessa estao) (Embrapa, 2001). Alm disso,
diferentes culturas agrcolas influenciam distintamente na emisso de N2O. Em seus
estudos, as menores emisses de N2O foram observadas para culturas de trigo de inverno e
as maiores perdas em culturas de beterraba, embora nesta ltima cultura tenha sido
utilizado menor quantidade de fertilizante nitrogenado (Kaiser et al., 1998).
As gramneas podem contribuir com a emisso do xido de diferentes formas. O nitrognio
atmosfrico fixado por gramneas pode ser nitrificado e desnitrificado da mesma forma que
na aplicao de um fertilizante nitrogenado, constituindo-se assim em mais uma fonte de
xido nitroso. Galbally et al. (1992) sugere uma emisso de 4 kg N ha-1 ano-1 para pastos
verdes, Duxbury et al. (1992) sugere que gramneas podem aumentar a emisso de xido de
um fator de 2 ou 3 vezes, em relao a um solo limpo.
A converso de florestas tropicais em plantaes de gros ou em pastagem tem um efeito
significativo na emisso do N2O. Keller et al. (1986) mostrou que a emisso de xido
nitroso aumentou de um fator de dois quando uma rea de floresta no centro do Brasil foi
cortada. Luizao et al. (1989) relatou que solos para pastos produzem trs vezes mais xido
nitroso que um solo de floresta tropical, caindo gradualmente durante um perodo de dez a
vinte anos.
Estudos sobre o efeito de prticas agrcolas na emisso de xido nitroso, no Brasil, so
escassos. Recentemente, Vargas et al. (1997), estudaram o efeito de sistemas de cultivo em
solos da regio do cerrado (Planaltina DF) na emisso de xido nitroso, comparando-os
com os de reas de cerrado nativo. As emisses, embora tenham sido consideradas baixas
em todos os tratamentos durante o perodo experimental, foram bem maiores do que as
observadas no ecossistema natural. As maiores emisses de xido nitroso foram obtidas
durante a estao mida. Em reas de pastagens e reas cultivadas houve, na estao seca,
um aumento de 35,7% e de 51,1%, respectivamente, na emisso desse gs, quando
comparado s reas de cerrado nativo. Tais propores foram consideravelmente
aumentadas durante a estao mida (pastagens simples, 90,2%; pastagem consorciada,
-
36
94,6% e rea cultivada (milho e soja) 123,9%), enquanto no cerrado nativo no houve
variaes na emisso do xido nitroso durante a estao seca e mida. Nas reas cultivadas,
a maior emisso foi incrementada pela fixao biolgica do N2 na cultura de soja, e pela
adubao nitrogenada na cultura de milho (Embrapa, 2001).
2.4. Sumidouros
Embora as estimativas da quantidade de xido nitroso, produzido por suas diversas fontes,
tenham mudado durante a ltima dcada, o valor admitido para o seu nico sumidouro na
estratosfera, permanece constante em 12,3 Tg N/ano (Kroeze, 1998).
Na estratosfera, a concentrao do xido nitroso diminui com a altura, estabelecendo um
gradiente vertical na sua taxa de mistura. Uma frao de N2O emitido na superfcie, sofre
decomposio, principalmente por fotlise ultravioleta (Bates e Hays, 1967 citado por
Marinho, 1993), ao penetrar na estratosfera, atravs da tropopausa. A fotlise do N2O
ocorre atravs da reao:
)(122 DONhON ++ (2.2)
que se torna eficiente para comprimentos de onda menores que 220nm, mas ocorre
principalmente na janela atmosfrica prxima a 200nm. Um segundo processo que
contribui para a perda de N2O so as reaes:
1221
2 ,)( KONDOON ++ (2.3)
21
2 ,2)( KNODOON + (2.4)
onde os tomos de oxignio livre, so produzidos principalmente, na fotodissociao do
oznio, na regio de comprimento de onda entre 200-300nm. Os dois processos (Equaes
2.3.a. e 2.3.b.), tm probabilidades iguais de ocorrer. Contudo, apenas o segundo processo
produz xidos de nitrognio reativos, sendo o processo mais eficiente de introduo de NO
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37
na estratosfera. Os valores mdios atualmente aceitos para a perda de N2O, atravs da
fotodissociao na estratosfera, e da produo de xido ntrico (NO), reao 2.3.b., so
respectivamente 12,3 Tg N/ano e 1,2 Tg N/ano (Kroeze, 1998).
O NO rapidamente oxidado pelo oznio e forma NO2, que fotolisado regenera o NO,
atravs da seqncia de reaes:
ONOhNO ++ 2 (2.5)
4323 ,)( KMOMOPO +++ (2.6)
5223 , KONOONO ++ (2.7)
Nestas reaes a soma de NO + NO2 = NOx permanece inalterada. A importncia do NOx,
para o oznio estratosfrico, est na competio entre NO2 e O3 por tomos de oxignio, ou
seja:
6223 ,)( KONONOPO ++ (2.8)
7233 ,2)( KOOPO + (2.9)
e o fato de que, a taxa de reao da primeira muito maior que o da segunda. A primeira
reao, portanto, favorecida, mesmo que a taxa de mistura do NO2 seja duas ordens de
magnitude menor que a do oznio. Isto leva seqncia de reaes:
23 OOhO ++ (2.10)
NOONOO ++ 2 (2.11)
-
38
223 ONOONO ++ (2.12)
Somando-se essas trs ltimas equaes chega-se a:
233 3OOO + (2.13)
Como se observa o NOx no consumido embora destrua o oznio, isto , ele age como um
catalisador na destruio de oznio numa atmosfera pura em oxignio. Devido sua
velocidade, o ciclo cataltico se processa diversas vezes, enquanto a perda de oznio devido
a outros mecanismos ocorre apenas uma vez.
2.5. A Produo de N2o no Solo
Os solos agrcolas constituem uma das mais importantes fontes de N2O para a atmosfera, o
que se d por meio de adio de fertilizantes nitrogenados sintticos, da deposio de
dejetos animais ricos em nitrognio e da fixao biolgica de nitrognio aumentada pelo
excesso de fertilizante. As emisses de N2O dos solos ocorrem como conseqncia dos
processos microbiolgicos de desnitrificao e nitrificao, a partir do nitrognio mineral
(Lima, 2001). Nas razes de leguminosas existem colnias de bactrias (gnero Rhizobium)
que durante o processo de fixao simbitica do nitrognio formam N2O, que pode ser
fixado em aminocidos ou, eventualmente, se perder por volatilizao. A transformao dos
compostos nitrogenados no solo (biomassa e fertilizantes) passam pelas fases de
amonificao (transformao do N em amnia) e nitrificao. A principal fase a
nitrificao, que realizada por bactrias do gnero Nitrosomas (transformao do amnio
em nitrito )( 2NO ) e a Nitrobacter (transformao do nitrito em nitrato )( 3
NO ), exigindo a
presena de oxignio molecular. De forma simplificada, o que acontece durante a
nitrificao (processo aerbico) : as bactrias utilizam a amnia contida em fertilizantes ou
proveniente da prpria biomassa do solo e a oxidam em NH2OH. Este composto instvel d
origem ao on )( 3NO e aos compostos NO e N2O. A planta s utiliza como fonte de
-
39
nitrognio o on 3NO , sendo os outros dois compostos liberados para a atmosfera. As
perdas de nitrognio no solo tambm podem ocorrer por volatizao da amnia (NH3) ou
atravs da desnitrificao na forma de NO, N2O e N2. Nesses processos, ao contrrio das
bactrias fixadoras de nitrognio, elas partem de compostos nitrogenados como nitratos e
nitritos e os reduzem a N2O, NO e N2 (todos gases volteis que vo para a atmosfera),
fechando o ciclo do nitrognio (Eichner, 1990). Esse processo se d em condies
anaerbicas e uma forma de sobrevivncia dessas bactrias. As bactrias que fazem este
processo so as Pseudomonas denitrificans. Resumindo:
Desnitrificao: 2223 2 NONNONONO
Nitrificao: ONNONONONH 2324 +
Uma variedade de agentes orgnicos e inorgnicos podem inibir o crescimento e ao de
bactrias nitrificantes. Altas concentraes de amnia e cido nitroso podem ser inibidores.
O efeito do pH tambm significante com uma estreita faixa tima entre 7,5 e 8,6.
Embora se acredite que o processo de desnitrificao seja a mais importante etapa do ciclo
do nitrognio e responsvel pela emisso do xido nitroso, sob certas circunstncias, o
processo de nitrificao pode ter uma importncia relativamente maior (Skiba et al., 1993).
Recentemente um mtodo baseado na sensibilidade diferencial da desnitrificao e da
nitrificao inibio do acetileno, tem sido utilizado para distinguir estes dois processos
como fontes de xido nitroso (Maag & Vinther, 1996; Embrapa, 2001). Eichner (1990),
avalia que a contribuio dos processos varia dependendo das condies locais e da prtica
agrcola.
-
40
2.6. Principais Culturas Agrcolas e Uso de Fertilizantes Sintticos no Brasil
A produo de gros no Brasil deve atingir uma safra recorde 100,9 milhes de toneladas
(CONAB, 2002). As principais culturas de gro praticadas no Brasil nos ltimos cinco anos
foram: soja, milho, arroz e feijo (IBGE, 2002). Em 2000 foram colhidas 32.734,96 mil
toneladas de soja, 32.321,0 mil toneladas de milho, 11.134,58 mil toneladas de arroz e
3.056,29 mil toneladas de feijo (IBGE, 2002). A produo de feijo atual registrou um
aumento de 60% com relao produo em 1995 (ANDA, 2001), quando a produo
girava em torno de 1.941,7 mil toneladas. Levando-se em considerao que a cultura de
feijo desempenha uma importante prtica agrcola no Brasil, o estudo da emisso de xido
nitroso nesse tipo de cultura de fundamental relevncia.
Os principais fertilizantes nitrogenados utilizados no Brasil so a uria, a amnia, o nitrato
de amnio anidro e o sulfato de amnio (baseado em ANDA, 1997). O consumo total de
fertilizantes nitrogenados sintticos no Brasil, em 2000 foi de 17,8.106 toneladas, sendo que
o principal estado consumidor foi So Paulo, seguido dos Estados do Rio Grande do Sul,
Minas Gerais e Paran (ANDA, 2001). A Figura 2.5 mostra a evoluo da quantidade de
fertilizante usada no Brasil nos perodo compreendidos entre 1996 e 2000. De acordo com
ANDA (2001) o consumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil nos ano de 2000 foi de
2,28 x 106 toneladas para uria; 1,87 x 106 toneladas para o sulfato de amnio, 1,83 x 106
toneladas para o fosfato mono amnico (MAP) e 0,72 x 106 toneladas para o nitrato de
amnio.
-
41
02468
101214161820
1996 1997 1998 1999 2000
Ano
Qua
ntid
ade
de F
ertil
izan
te(1
06 T
onel
adas
)
FIGURA 2.5 -Evoluo do consumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil, no perodo de 1996-2000.
FONTE: ANDA (2001).
Como se pode verificar nos dados acima, a quantidade de fertilizantes a base de nitrognio
usado no Brasil mostra uma tendncia de crescimento. De acordo com Ferreira (2001) a
produtividade das culturas aumentou consideravelmente nos ltimos anos devido ao maior
uso de fertilizantes e poltica de vendas e propaganda das empresas produtoras de
fertilizantes, sem aumentar significativamente a rea de cultivo.
-
42
-
43
CAPTULO 3
METODOLOGIA
3.1. LOCAL DE AMOSTRAGEM
As medidas de fluxo de xido nitroso foram coordenadas em conjunto com os
pesquisadores do Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat
(UNITAU) atravs de um convnio entre a UNITAU e o INPE. As coordenadas
geogrficas do local so: 23o01` S e 45o30` O, e altitude de 575 metros. Esse campus
localiza-se a 5 km do centro da cidade de Taubat SP a 45 km da cidade de So Jos dos
Campos SP. A Figura 3.1 mostra uma foto area do campus.
FIGURA 3.1 - Vista area da Fazenda Experimental da UNITAU, a flecha indica a rea
onde foi realizado o experimento.
-
44
Essa vista area engloba todo o campus, na parte de cima da foto se concentram as
atividades ligadas pecuria e na parte de baixo se encontram as culturas agrcolas e os
prdios da faculdade. O retngulo em branco demarca a rea usada para a cultura do feijo.
A principal razo na escolha do local para a realizao do experimento foi a infra-estrutura
e apoio logstico que o Departamento de Agronomia da UNITAU ofereceu. Essa infra-
estrutura possibilitou a realizao de todo o trabalho de preparao da terra, anlise do solo,
monitoramento contra as pragas, aplicao dos fertilizantes e irrigao.
O tipo de solo da rea onde foi instalado o experimento o Latossolo Vermelho Amarelo,
com uma textura mdia do tipo areno-argiloso com as seguintes caractersticas: 53% de
areia, 35% de argila e 12% de silte com mdia fertilidade. Esse tipo de solo apresenta uma
boa drenagem e aerao, que so recomendados para o tipo de cultura que ser estudada.
3.2. CULTURA PRATICADA
O desenvolvimento do projeto foi feito com a instalao do experimento em condies de
campo, na Fazenda Piloto do Departamento de Cincias Agrrias da UNITAU, com uma
cultura de feijo. A escolha do feijo deve-se ao fato de ser uma cultura de fcil manejo,
podendo ser plantada o ano todo e ainda levando em considerao que o cultivo do feijo
no Brasil o quarto no ranking da produo de gros, s perdendo para as culturas de
milho, soja e arroz (IBGE, 2000) e para 2001 perde tambm para o trigo.
A classificao botnica do feijo usado no experimento : Ordem: Rosales, Famlia:
Fabaceae (Leguminosae), Subfamlia: Faboidae (Papilionoidae), Tribo: Phaseoleae,
Gnero: Phaseolus e Espcie: Phaseolus vulgaris. Popularmente esse tipo de feijo
conhecido como carioquinha. Esse tipo de planta produz vagens altas em relao ao solo,
atinge uma altura de 40 a 50cm, um ciclo (perodo de tempo entre a semeadura e a colheita)
aproximado de 90 dias. A semente pequena, de cor marrom claro, com estrias de um
-
45
marrom mais escuro. O intervalo limite de temperatura de 18 a 30oC, sendo que planta
no tolera o excesso de gua.
A semeadura do feijo pode ser feito o ano todo, desde que nos meses mais secos seja feita
a irrigao. A profundidade de semeadura feita no experimento foi de 2,5 a 3 cm, pois
acima desse valor as incidncias de podrido radiculares so maiores e abaixo desse valor a
incidncia de radiao solar afeta a germinao. O preparo do solo foi feito com uma
arao com duas gradagens possibilitando, dessa forma, boas condies de aerao.
No experimento foram utilizados 4 tipos de fertilizantes inorgnicos, 1 tipo de fertilizante
orgnico e parcelas sem fertilizante (testemunha). O estudo do fluxo do xido nitroso foi
realizado somente com dois tipos, um orgnico e outro inorgnico. Isso deveu-se a
limitao do nmero de cpulas disponveis, dos cilindros de amostragem e ao tempo
necessrio para analisar as amostras de gs no laboratrio. O fertilizante inorgnico
escolhido foi o Sulfato de Amnio, dado que este o fertilizante mais usado pelos
produtores em nvel nacional e o mais indicado por Ferreira (2001). Como fertilizante
orgnico estudou-se o Lodo de Esgoto, uma vez que este composto um rejeito no
aproveitado e est sendo estudada a sua viabilidade como adubo em plantaes. Porm, no
existem estudos que indiquem a emisso de xido nitroso gerado a partir do seu uso.
O Sulfato de Amnio o fertilizante nitrogenado mais usado em todo o mundo (Coelho et
al., 1988) e apresenta uma srie de vantagens em relao aos outros fertilizantes, entre as
quais se destacam: inaltervel, isento de perigo de fogo e fcil de misturar em outros
fertilizantes. Alm disso, alguns solos so beneficiados com o enxofre nele contido. Por
outro lado, tende a aumentar a acidez do solo. O Sulfato de Amnio comercial apresenta-se
na forma de cristais, com uma cor varivel de branco a cinza-claro. Possui em mdia 20%
de nitrognio (N) e 24% de enxofre elementar (S). altamente estvel, no absorve
umidade e no pode ser misturado com calcrio, pois provoca perda de amnia por
volatilizao.
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46
O sulfato de amnio altamente solvel, dissolvendo-se rapidamente na umidade do solo, o
on de nitrognio contido no sulfato de amnio, fixado pelo complexo coloidal do solo.
Nesse processo, ons de amnio ( +4NH ) deslocam quantidade equivalente de ons clcio,
magnsio, potssio, sdio e hidrognio que estavam retidos no complexo coloidal. O
sulfato de amnio, de modo geral, um fertilizante muito bom para, praticamente, todos os
tipos de solo e culturas, devendo-se tomar precaues no seu uso em certas circunstncias.
Assim, quantidades excessivas, principalmente em solos arenosos, causam queima das
plantas ou resultam num supersuprimento de nitrognio, indesejvel para algumas culturas.
Solos com baixa capacidade para neutralizar a acidez do sulfato de amnio, em pouco
tempo tornam-se arruinados, se o clcio no for aplicado corretamente.
O lodo de esgoto que um resduo descartado pela Sabesp (Companhia de Saneamento
Bsico do Estado de So Paulo) de Taubat, cuja utilidade prtica como fertilizante est
sendo estudada pela UNITAU. Possui as seguintes caractersticas: 4,36% de nitrognio
total; 0,02% de nitrognio ntrico; 0,10% de nitrognio amoniacal e 4,24% (de nitrognio
orgnico).
Com base no resultado da anlise de solo e recomendao de Raij et.al. (1996) para a
cultura do feijo nas condies de inverno determinou-se a quantidade dos adubos
necessria para os diferentes tipos de tratamentos (TN). Na distribuio das parcelas foi
utilizada a sigla TN para designar o tratamento (6 tipos), sendo que TN1 refere-se parcela
sem fertilizante, TN5 parcela com sulfato de amnio e TN6 parcela com lodo de esgoto,
onde a composio dada por:
TN5 Adubao com 153 g/parcela de Sulfato de Amnio que corresponde a 32 g/parcela de N ou 2 g/m2 de N e 35,19 g/parcela de S ou 2,20 g/m2 de S; 96 g/parcela de
KCl que corresponde a 48 g/parcela de K2O ou 3 g/m2 de K2O; 355,55 g/parcela de SS
que corresponde a 64 g/parcela de P2O5.
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47
TN6 Adubao com 734 g/parcela de Lodo de Esgoto, que corresponde a 32 g/parcela de N ou 2 g/m2 de N; 96 g/parcela de KCl que corresponde a 48 g/parcela de K2O ou
3g/m2 de K2O; 355,55 g/parcela de SS que corresponde a 64g/m2 de P2O5.
As fertilizaes foram feitas com 1/3 da quantidade necessria no plantio (02/07/2001),
outro 1/3 com adubao de cobertura no dia 04/08/2001 e a terceira adubao de cobertura
dia 20/09/2001.
O terreno usado para o plantio foi dividido em 24 parcelas de 4 metros por 4 metros e
separados entre si por 5 metros de distncia. O delineamento experimental foi inteiramente
casualisado com quatro repeties para cada tratamento.
Na Figura 3.2 apresenta-se um croqui do campo, destacando-se as repeties com as
diferentes parcelas. O terreno apresentava uma pequena inclinao, de forma que o Bloco
01 ficava na parte inferior e o Bloco 03 na parte mais alta. As parcelas usadas para fazer
as medidas de xido nitroso esto destacadas em negrito.
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Bloco 03 Bloco 02 Bloco 01 (parte mais alta) (parte mais baixa)
FIGURA 3.2 Croqui do Campo.
TN2R4 TN3R4 -
TN4R4 TN5R4 -
TN6R4 TN1R4 -
TN6R3 TN6R2 TN6R1
TN1R3 TN4R2 TN5R1
TN5R3 TN5R2 TN1R1
TN3R3 TN2R2 TN3R1
TN4R3 TN3R2 TN4R1
TN2R3 TN1R2 TN2R1
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O plantio foi realizado no dia 02/07/2001 (Fig. 3.3) s 14:00 horas com o dia ensolarado e
temperatura mdia local de 26oC. As irrigaes ocorreram no dia 06/07/2001 e 07/07/2001
pelo perodo de uma hora, e no dia 17/07/2001 pelo perodo de 1h e 30min, a partir desse
dia era feita a irrigao uma ou duas vezes por semana dependendo da demanda de gua
pela cultura, procurando-se manter gua disponvel para a planta.
Nos dias de coleta de amostras de ar as condies meteorolgicas estavam bastante
estveis, com pouca ou nenhuma nebulosidade, com sol e temperatura em torno de 20oC.
Observou-se apenas um dia com temperaturas mais baixas, em torno de 15oC (27/09).
Houve um dia (12/07) com precipitao no incio do experimento inviabilizando a coleta
das amostras.
Na Figura 3.4 apresenta-se uma fotografia das parcelas, com as respectivas tabuletas de
identificao. Essa foto foi obtida no dia 12/09, quando as duas primeiras fertilizaes j
haviam ocorrido e os ps de feijo estavam com aproximadamente 25 cm de altura.
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50
FIGURA 3.3 Plantio do feijo em 02/07/2001.
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51
FIGURA 3.4 - Vista do campo experimental com as parcelas de feijo em 12/09/2001.
3.3. Tcnica de Coleta
Para avaliar o fluxo de xido nitroso emitido pelos solos cultivados usado o mtodo de
cpula esttica (Christensen, 1983), onde, os gases emitidos pelo solo ficam aprisionados
dentro de uma cpula. Essas cmaras podem ser feitas de diferentes materiais tais como
alumnio, acrlico, PVC etc, assim como ter diferentes tamanhos, dependendo da cultura
estudada. A utilizao de cpulas para medio de troca de gases trao entre a superfcie e a
atmosfera constitui a tcnica mais freqentemente empregada e citada na literatura (Matson
et al. 1996, Khalil et al. 1998, Alval, 1995). Em geral, assume-se que as concentraes do
gs obtido no interior da cpula variam linearmente no tempo (Hutchinson et al., 2000).
A partir da anlise de fontes de perturbao na utilizao de cpulas estticas, Hutchinson
et al. (2000) recomenda os seguintes procedimentos: (1) para se evitar uma alterao
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significativa na profundidade da camada de interface atmosfrica entre os perodos de
medida ou a criao de um microclima artificial no interior da base da cpula instalada
permanentemente, deve-se estabelecer uma dimenso mnima acima da superfcie do solo
para se obter uma vedao adequada no topo da cpula; (2) como as taxas de recuperao
dos gradientes de gs trao prximo superfcie aps uma perturbao so lentas, deve-se
ter cautela na colocao do topo da cpula ou na remoo de amostras de gs para anlise
no sentido de se evitar alteraes na presso interna suficientes para causarem fluxos para
dentro do solo ou a partir dele; (3) deve-se evitar o perigo potencial associado realizao
de medidas consecutivas na mesma base da cpula sem respeitar o tempo necessrio para a
recuperao do gradiente de gs trao devido s perturbaes associadas ao perodo de
montagem anterior.
Dados de simulao feitos por Hutchinson et al. (2000) revelaram tambm que qualquer
mudana que resulte efetivamente em um menor ndice de difuso do gs, reduz o potencial
de erros de medidas por influncia da cpula. Como resultado, o desempenho da cpula
tende a aumentar em solos com texturas mais finas em comparao com solos mais
arenosos, em solos compactos em relao aos no compactos, em solos midos em relao
aos secos e em solos uniformes em comparao com solos no-uniformes, com fraturas
verticais alinhadas, buracos de minhocas, etc.
Cmaras com volumes menores do que cerca de 100 litros requerem um menor tempo de
acumulao, porm as amostras devem ser colhidas em microseringas. Nas cmaras
maiores, as amostras podem ser colhidas no interior de cilindros que a tecnologia que vem
sendo usada no Laboratrio de Oznio no INPE de So Jos dos Campos. Khalil et al.
(1998) utilizou cmaras de 75l de volume nas medidas de fluxo de diversos gases. Alval
(1995) utilizou uma cmara de 125l nas anlises de fluxo de metano no Pantanal Mato-
grossense. As cpulas usadas no presente trabalho tm um formato cbico de 50cm de lado,
volume 125l e foram construdas de acrlico transparente.
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53
O ar do interior da cpula extrado, por uma bomba de ar porttil movida a bateria e
inserido em cilindros de ao-inoxidvel especiais de 800ml, e polimento interno para
impedir a aderncia ou reaes qumicas dos gases da amostra com as paredes do cilindro
(Kirchhoff e Marinho, 1989). Antes de serem enviados aos locais de coleta, os cilindros so
aquecidos e evacuados ao mesmo tempo para a retirada de qualquer resduo da amostra
anterior. No momento da nova coleta, os dutos e conexes so purgados atravs de uma
bomba e o ar pressurizado no cilindro. Esta pressurizao tem a funo de permitir a
injeo natural da amostra no sistema de anlise do xido nitroso, evitar a contaminao
externa e possibilitar a injeo em outros cromatgrafos.
A Figura 3.5 mostra a cpula colocada no solo e o detalhe do cilindro de coleta. Observa-se
tambm nesta figura que os ps de feijo esto com altura aproximada de 40 cm. A foto foi
tirada no dia 27/09/2001, quase no final do experimento. O basto de madeira prximo
cpula servia para indicar o local de colocao das cpulas no decorrer do experimento, de
modo que as cpulas eram colocadas sempre no mesmo local.
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54
FIGURA 3.5 - Cpula de acrlico e cilindro de coleta no trabalho de campo.
Na obteno dos fluxos nas parcelas estudadas foram utilizadas quatro cpulas de igual
tamanho. Uma foi colocada na parcela sem fertilizante (testemunha) e as outras trs cpulas
foram colocadas nas parcelas com fertilizante. A colocao das cpulas ocorria por volta
das 10:30 da manh (horrio local) quando a atmosfera j estava estabilizada. Foram
coletadas uma amostra de ar fora das cpulas e 2 amostras dentro de cada cpula no tempo
de 30 minutos e 60 minutos depois da cpula colocada no solo. Aps a segunda coleta as
cpulas eram retiradas do local e aguardavam o novo perodo de coleta, o qual ocorria por
volta das 13:00 local. As cpulas que estavam na parcela com um tipo de fertilizante eram
colocadas na parcela com outro tipo de fertilizante e seguia-se o mesmo processo de coleta.
As coletas foram realizadas uma vez por semana, totalizando 13 campanhas de
amostragem, desde o plantio (02/07/2001) at que as folhas do feijo comeassem a secar,
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55
o que ocorreu no incio de outubro, sendo que a ltima medida foi feita no dia 11/10/2001.
A Tabela 3.1 mostra as datas das campanhas e as amostras obtidas nos perodos da manh,
a partir das 10:30, e tarde, a partir das 13:00. As amostras foram obtidas de forma alternada,
ou seja, em um dia pela manh eram colhidas amostras nas parcelas com fertilizao de
lodo e no outro dia pela manh eram recolhidas nas parcelas com fertilizao de sulfato de
amnio, e assim sucessivamente.
De acordo com trabalhos da literatura, no existe uma regra estabelecida com relao a
quantos dias de coleta so necessrios. Smith et al. (1982) no estudo da influncia de
fertilizante a base de uria em plantaes de arroz coletaram desde o plantio at a colheita a
cada 7 dias. Matson et al (1996), mediram o fluxo todos os dias durante 15 dias. Khalil et al
(1998) fizeram medidas de metano e xido nitroso em campos de arroz na China, nos quais
as coletas eram feitas a cada quatro dias durante todo experimento. Esse nmero de coletas,
em geral, definido de acordo com a infra-estrutura de anlise do grupo de pesquisa, como
mencionado por Khalil at al. (1998).
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TABELA 3.1 Datas das Amostras Recolhidas.
Data Perodo Coletado Manh (10:30 at 12:00) Tarde (13:00 at 15:00) Testemunha Sulfato de
Amnio Lodo de Esgoto
Testemunha Sulfato de Amnio
Lodo de Esgoto
05/07/2001 9 9 - 9 - 9 16/07/2001 9 - 9 9 9 - 19/07/2001 9 9 - 9 - 9 25/07/2001 9 - 9 9 9 - 01/08/2001 9 9 - 9 - 9 09/08/2001 9 - 9 9 9 - 14/08/2001 9 9 - 9 - 9 23/08/2001 9 - 9 9 9 - 31/08/2001 9 9 - 9 - 9 12/09/2001 9 - 9 9 9 - 20/09/2001 9 9 - 9 - 9 27/09/2001 9 - 9 9 9 - 11/10/2001 9 9 - 9 - 9 As amostras deste trabalho foram analisadas em laboratrio e a concentrao em ppbv das
amostras determinada como ser apresentado no item 3.6. A partir dos resultados das
anlises foram construdos grficos para cada cpula da concentrao versus o tempo de
cada coleta: 0, 30 e 60 minutos. Em t = 0 colhido o ar ambiente, isto , fora da cpula.
3.4. Descrio do Mtodo Cromatogrfico
A concentrao de N2O foi obtida utilizando-se a tcnica de cromatografia gasosa. A
tcnica de cromatografia foi empregada pela primeira vez por Ramsey em 1905, para
separar misturas de gases e vapores. Utilizada inicialmente no estudo da poluio urbana,
esta tcnica passou a ser aprimorada para anlise de amostras de ar limpo, que refletissem
as condies da atmosfera em maior escala. Esta tcnica apresenta preciso, sensibilidade e
linearidade, fatores de importncia quando esto envolvidas quantidades trao de certas
substncias, como ocorre no estudo da qumica atmosfrica. Sua eficincia est
estreitamente relacionada com o tipo e as caractersticas da coluna cromatogrfica
escolhida, das vazes e pureza dos gases utilizados e do sistema de deteco.
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A cromatografia pode ser conceituada como um processo fsico-qumico de separao, no
qual os constituintes da amostra so distribudos entre duas fases, uma estacionria e outra
mvel (Ciola, 1985). A fase estacionria ocorre normalmente dentro de um tubo,
denominado coluna cromatogrfica, a qual instalada no interior do cromatgrafo. A fase
mvel sempre fluida; quando o fluido gs, o processo chamado de cromatografia
gasosa e quando o fluido um lquido o processo chamado de cromatografia lquida.
A Figura 3.6 mostra um esquema dos componentes bsicos do cromatgrafo a gs utilizado
nas anlises do xido nitroso. Suas principais partes so: reservatrio de gs de arraste; o
forno, onde a temperatura monitorada constantemente alm de ser mantida a um valor
constante; a coluna cromatogrfica, o detector e o integrador.
FIGURA 3.6 - Componentes bsicos de um cromatgrafo a gs. FONTE: modificada de Ciola (1985, pag. 03).
O gs de arraste usado uma mistura ultrapura de argnio (95%) com metano (5%), sob
alta presso o qual flui atravs do sistema a 20ml/min. Ele o responsvel pelo transporte
da amostra gasosa desde o ponto de injeo, passando pela coluna at atingir o detector. A
coluna utilizada possui 1/8 de dimetro e 3m de comprimento, preenchida com um
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polmero especial (Porapak-q) e mantida temperatura constante de 63oC, no interior da
qual ocorre a separao do N2O. A afinidade de cada componente individual com o
adsorvente determina o seu tempo de reteno, isto , o tempo de permanncia na coluna.
No trmino da coluna instala-se o detector que transmite um sinal proporcional
concentrao de cada substncia analisada. Dispositivos especiais mantm a vazo da fase
mvel com grande preciso. O detector empregado nas anlises de xido nitroso o de
captura de eltrons, DCE, (Ver Figura 3.7). Este um dos detectores mais sensveis e
seletivos em uso atualmente, podendo detectar concentraes de at um picograma (10-9g)
para determinadas substncias (McNair e Bonelli, 1968). O seu princpio de funcionamento
consiste na coliso de partculas beta relativamente energticas (67kev), emitidas por uma
fonte slida de Nquel-63, com molculas do gs de arraste. Este processo libera um grande
nmero de eltrons secundrios de baixa energia os quais, sob a ao de um campo eltrico
ativo na cavidade do detector, produzem uma pequena corrente de fundo. A passagem da
amostra gasosa altera este sinal atravs da captura de alguns eltrons secundrios por
molculas eletronegativas, no caso o xido nitroso. Aps sua passagem, a corrente retorna
ao seu valor original e apresenta um pico negativo, o qual invertido e amplificado
resultando em um cromatograma como exemplificado na Figura 3.8.
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FIGURA 3.7 - Esquema de um DCE. FONTE: adaptada de Ciola (1985, pg. 135).
Na Figura 3.8 apresenta-se um cromatograma tpico de uma anlise de xido nitroso, em
3.55 minutos o pico do N2O. A rea obtida (147210 unidades) comparada com a do
padro para determinar a concentrao do N2O. Na figura o pico maior com tempo de
reteno de 1,56 minutos se refere ao oxignio e no tem interesse prtico nas medidas
desse trabalho. Os outros valores contidos nesse cromatograma se referem ao tipo de
integrao usada, a rea de cada pico e a porcentagem referente a cada pico.
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FIGURA 3.8 - Cromatograma produzido em anlise pelo Laboratrio de Oznio
INPE/So Jos dos Campos.
Para as anlises foi usado um padro primrio de xido nitroso com concentrao de
(310,98 3,27) ppbv, adquirido da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
Devido alta sensibilidade do detector de captura de eltrons que capaz de sentir
pequenas variaes nas condies de laboratrio, a sua calibrao rotineiramente
intercalada s anlises das amostras. A primeira condio necessria para se iniciar o
trabalho, que o equipamento esteja perfeitamente estabilizado nas temperaturas
previamente estabelecida, de 63oC e 350oC, respectivamente, para a coluna e o detector. Os
valores dessas temperaturas foram atribudos depois de vrios testes com o cromatgrafo a
fim de se obter a melhor otimizao do sistema como um todo (Marinho, 1993).
A seqncia de passos para a anlise do xido nitroso :
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61
1) Faz-se a corrida em branco, isto , aciona-se o integrador sem injetar qualquer
amostra no sistema (o gs de arraste permanece fluindo pelo sistema). Este
procedimento indica o estado do equipamento e do gs de arraste, deve produzir
como resposta, uma linha reta (corrente de fundo).
2) Em seguida so realizadas cerca de 3 ou 4 injees do padro, sendo necessria a
obteno de um desvio padro relativo da mdia de 3 ou 4 injees consecutivas
menor que 1%
3) Injeta-se a mesma amostra 3 a 4 vezes e tira-se a mdia, da mesma forma, se o
desvio padro relativo for menor que 1%, prossegue-se a anlise das amostras,
intercalando a injeo de padro e amostra, e assim sucessivamente.
A determinao da razo de mistura do N2O na amostra dado por:
pi
aipa m
mCC
,
,= (3.1)
onde Ca e Cp so respectivamente a razo de mistura do N2O na amostra e no padro
utilizado, dados em ppbv, e aim , e pim , so os valores mdios das reas da amostra e do
padro respectivamente, obtidas do integrador.
3.5. Determinao do Fluxo de N2O
O fluxo de xido nitroso pode ser determinado a partir da variao temporal da razo de
mistura do xido nitroso no interior da cpula, para um dado intervalo de tempo. A razo
de mistura do xido nitroso em uma amostra de gs pode ser descrita pela razo entre a sua
presso parcial (pi) e a presso total (p), ou pela razo entre o nmero de moles do gs (ni) e
o nmero total de moles mistura (nt). O nmero de moles de uma substncia presente em
uma amostra dada pela razo entre a massa da substncia (m) e a massa molar da
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62
substncia(M) ou n = m/M. Adotando-se uma variao no nmero de moles de xido
nitroso ( ONn 2 ), e aplicando a equao dos gases ideais (PV=mRT/M), tem-se:
ONONt
n
PVM
RTm
nONON
2
2
22 == (3.2)
onde P a presso total (atm), V o volume total (l), MN2O a massa molar do xido nitroso.
R a constante dos gases ideais (0,082 atm l mol-1 K-1 ) e T a temperatura (K) e ON2 a variao da frao molar do xido nitroso. Admitindo-se que o fluxo ao atravessar a rea A
(m2) constante durante um intervalo de tempo (t, min), podemos escrever este fluxo () em ngN2O m-2min-1 como:
tRTAPVM ONON
= 22 (3.3)
A determinao do termo tON /2 obtida utilizando-se regresso linear. construdo um grfico com trs pontos, onde o primeiro ponto no tempo zero minutos, considerada a
concentrao do ar atmosfrico, no tempo 30 minutos a primeira coleta dentro da cpula e
no tempo 60 minutos a ltima coleta na cpula. Com isso o termo tON /2 dado por b na equao do tipo C = Co + bt.
Foram utilizados dois critrios para selecionar um experimento como vlido. O primeiro
deles que a variao da concentrao de N2O acumulada dentro da cpula no decorrer do
tempo seja crescente e que o coeficiente de determinao (R2) seja maior que 0,90. Esse
critrio tem sido usado por outros pesquisadores no estudo de emisso de gases para a
atmosfera (Sass et al. 1992, Khalil, et al.,1998). O segundo critrio que a concentrao
determinada pela reta de regresso para o tempo zero fosse prxima do valor obtido na
coleta para este tempo.
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Algumas variveis ambientais, tais como presso atmosfrica e temperatura dentro da
cpula so necessrias para o clculo do fluxo de N2O como descrito na equao 3.3. A
temperatura dentro da cpula foi medida com um termopar utilizado quando era feita a
retirada da amostra ao passo que a presso usada obtida de uma estao meteorolgica
existente prxima ao stio do experimento.
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CAPTULO 4
RESULTADOS E DISCUSSO
4.1. Introduo
Os valores de concentrao de N2O para o ar ambiente no variaram muito de um dia para
outro ou de perodo para perodo, com uma mdia de 321,9 1,5 (ppbv). Para uma atmosfera limpa e longe de fontes pode-se adotar um valor de referncia de 315,2 0,9 (ppbv), obtido em Barra de Maxaranguape, Natal-RN, que se caracteriza por receber forte
brisa martima, livre de contribuies locais, comportando-se como uma estao ocenica.
O valor de Natal mencionado foi obtido pela mdia dos dados coletados prximos
superfcie no perodo de 01/07/2001 31/08/2001. A mdia obtida nesse experimento para
razo de mistura atmosfrica mostrou-se maior que Natal, porm so amostras obtidas em
cima de uma fonte de xido nitroso.
O nmero de coletas feitas no experimento totalizou 234 (13 idas a Taubat x 8 parcelas
utilizadas, sendo que de cada parcela amostravam-se 2 cilindros de ar ambiente e mais dois
cilindros de amostra de ar por dia de coleta, um pela manh, outra a tarde). Nem todos os
fluxos resultantes mostraram-se vlidos, ou seja, no obedeciam os critrios apresentados
no item 3.5. Embora as coletas fossem conduzidas com o necessrio cuidado, algumas
curvas resultaram no lineares no experimento. As possveis causas atribudas so: (1)
perturbao nas plantas e no solo pela colocao da cpula; (2) mistura ineficiente do ar
dentro da cpula, ou seja, gradientes de N2O dentro da cmara; (3) saturao da
concentrao e (4) erros experimentais.
Como exemplo, a Figura 4.1 mostra a variao da concentrao de N2O para o dia
25/07/2001 na parcela com fertilizao de Sulfato de Amnio no Bloco 03, pode-se
observar a tima correlao entre as duas variveis, resultando numa medida vlida.
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66
0 10 20 30 40 50 60
320
325
330
335
340
345
Y = 321.50 + 0.37 * XR2=0.99SD=0.28
Con
cent
ra
o de
N2O
(ppb
v)
Tempo (min)
FIGURA 4.1 - Grfico da variao da concentrao de N2O para o dia 25/07/2001 na parcela de Sulfato de Amnio no Bloco 03. Das 13 campanhas realizadas, resultaram 104 (13 idas Taubat x 8 parcelas utilizadas,
sendo que cada dois cilindros de amostragem de uma parcela era usado para determinao
de um fluxo de xido nitroso) determinaes de fluxos de N2O, dos quais foram
descartados 12 fluxos com coeficientes de determinao inferior a 0,90. Observou-se que
nos dias 05/07/2001 e 16/07/2001 (1o e 2o dias de coleta) o nmero de medidas com
coeficiente de determinao menor que 0,90 foi maior que os outros dias. No dia 05/07, 4
medidas resultaram com coeficiente menor que 0,90 de um total de 8 medidas e no dia
16/07 3 medidas. Em todos os outros dias apenas 1 medida ou nenhuma apresentou
correlaes inferiores a 0,90. Esta diferena pode ser atribuda ao fato que nesses dois dias
iniciais utilizou-se uma canaleta de ao sob as cpulas. Esse suporte na parte de baixo tinha
como objetivo garantir que no haveria escape de gs. No suporte era colocada gua para
vedao e com isso havia uma grande evaporao de gua dentro da cpula podendo
perturbar os resultados, alm disso, a colocao dessa canaleta no solo era mais difcil do
que s a cpula. Portanto, aliado a essas dificuldades e aos resultados insatisfatrios das
anlises dos dois primeiros dias de coleta, decidiu-se retirar as canaletas ao longo do
-
67
restante do experimento. De acordo com Hutchinson et al. (2000), a utilizao da tcnica de
cpula esttica apresenta melhores resultados quanto menor for a interveno ou colocao
de objetos na cpula. Outra medida adotada foi revestir com papel alumnio as duas laterais
mais a superior que faceavam com o Sol, a fim de minimizar o efeito estufa criado dentro
da cpula, enquanto que as demais ficaram transparentes de modo a permitir a passagem de
radiao para as plantas executarem a fotossntese. A temperatura ambiente era medida pela
manh s 10:30 e tarde, s 13;00 quando se comeavam as coletas. A figura 4.2 a seguir
apresenta as mdias de temperatura para os dias de coleta.
05/07 16/07 19/07 25/07 01/08 09/08 14/08 23/08 31/08 12/09 20/09 27/09 11/10
1618202224262830323436384042 Tambmanh
Tambtarde
Tem
pera
tura
(C
)
Dia
FIGURA 4.2 . Mdia de temperatura para os dias de coleta. O estgio fenolgico da planta tambm foi acompanhado ao longo do experimento,
apresentando-se da seguinte forma:
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TABELA 4.1 Estgio Fenolgico da Planta.
Dia Testemunha (Bloco 3)
Sulfato de Amnio
(Bloco 1)
Sulfato de Amnio
(Bloco 2)
Sulfato de Amnio
(Bloco 3)
Lodo de Esgoto
(Bloco 1)
Lodo de Esgoto
(Bloco 2)
Lodo de Esgoto
(Bloco 3) 05/07/01 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 16/07/01 h = 1,5 h = 0 h = 1,8 h = 0 h = 0 h = 1,3 h = 1,5 19/07/01 h = 3,0 h = 2,8 h = 2,2 h = 2,3 h = 0 h = 2,5 h = 0 25/07/01 h = 5,0 h = 5,5 h = 5,5 h = 5,0 h = 0 h = 4,2 h = 0 01/08/01 h =, 7,5 h = 6,0 h = 8,0 h = 7,5 h = 0 h = 7,3 h = 0 09/08/01 h = 9,0 h = 9,9 h = 9,0 h = 9,5 h = 1,5 h = 9,0 h = 1,3 14/08/01 h = 10,0 h = 11,0 h = 12,0 h = 10,5 h = 4,0 h = 10,0 h = 2,5 23/08/01 h = 12,0 h = 12,2 h = 12,9 h = 12,0 h = 6,0 h = 10,8 h = 4,3 31/08/01 h = 13,2 h = 13,5 h = 13,5 h = 13,8 h = 10,0 h = 12,0 h = 5,5 12/09/01 h = 15,2 h = 16,0 h = 18,0 h = 15,5 h = 14,0 h = 15,0 h = 9,5 20/09/01 h = 26 h = 26,8 h = 29,0 h = 28,3 h = 23,0 h = 25,0 h = 16,5 27/09/01 h = 35 h = 38 h = 37 cm h = 35 h = 30 h = 32 h = 26 11/10/01 Vagem quase
seca, h = 42 Vagem quase seca, h = 41
Vagem quase seca, h = 40
Vagem quase seca, h = 42
h = 35 Vagem quase seca, h = 35
h = 32
Obs: h = emergncia (altura da planta em cm).
4.2. Fluxos de N2O
Na Figura 4.3 apresentam-se os resultados dos fluxos para o Bloco 01, com os
fertilizantes sulfato de amnio (S.A.) e lodo de esgoto. Seria esperado valor maior de fluxos
de N2O j nas primeiras medidas realizadas. Trabalhos na literatura mostram que os picos
de fluxo de xido nitroso apresentam-se nos primeiros dias depois da fertilizao (Matson
et al., 1996) e depois se mantm constante. Nas coletas feitas nos trs primeiros dias o solo
estava bastante seco, j que o experimento foi realizado no perodo de inverno e o solo no
estava irrigado. Essas trs primeiras medidas de fluxo apresentaram um valor mdio: 7 2 gm-2h-1 para sulfato de amnio e 12,1 1,6 gm-2h-1 para o lodo de esgoto. Mesmo apresentando um valor de fluxo baixo, o valor para o lodo de esgoto foi o dobro do valor de
fluxo do sulfato de amnio no incio de experimento. Como o solo apresentava-se muito
seco, aps a terceira semana do experimento, adotou-se um procedimento de irrigao que
coincidisse com as coletas no dia posterior ao da irrigao. Aps a segunda fertilizao com
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sulfato de amnio identificou-se um valor um pouco maior de fluxo de xido nitroso no dia
09/08 (29,7 1,1 gm-2h-1) que nos dias anteriores e um valor de fluxo relativamente alto no dia 23/08 (78 18 gm-2h-1). Este valor alto registrado no dia 23/08 pode ser atribudo a uma maior atividade microbiolgica, pois o solo apresentava-se bastante mido devido a
uma chuva forte no dia anterior. Observa-se tambm que no dia 12/09, os valores de fluxo
apresentam-se baixos e de praticamente de mesmo valor, 5,0 0,7 gm-2h-1 para o lodo e 5,9 1,1 gm-2h-1 para o sulfato de amnio pois nesse dia, devido a problemas tcnicos no foi feita a irrigao e as medidas foram realizadas em solo extremamente seco, tornando
difcil a vedao da cpula. Aps a terceira fertilizao nenhum pico de xido nitroso foi
observado. Uma provvel explicao para a no existncia de um novo pico que neste
perodo as plantas j estavam todas formadas (cheias de folhas, vagens e caules bem
desenvolvidos), de modo que e a atividade bacteriana tornou-se muito baixa.
05/07 16/07 19/07 25/07 01/08 09/08 14/08 23/08 31/08 12/09 20/09 27/09 10/100
20
40
60
80
1003
Ferti
liza
o
2Fe
rtiliz
ao
1Fe
rtiliz
ao
S.A.T5R1 LodoT6R1
Flux
o de
N2O
(gm
-2h-
1 )
Dia
FIGURA 4.3 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 01 (R1) com os fertilizantes sulfato de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6).
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70
A Figura 4.4 apresenta os fluxos obtidos para o bloco 02. Verifica-se que os fluxos obtidos
so menores quando comparados com os da figura anterior (bloco 01) embora os
procedimentos adotados fossem mantidos idnticos. As duas primeiras medidas sobre a