BRASÍLIA – DF
2016
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE UNB DE PLANALTINA
EMISSÕES DE N2O EM ÁREA DE CANA-DE-AÇÚCAR
SUBMETIDA A DIFERENTES LÂMINAS HÍDRICAS NO
CERRADO DO PLANALTO CENTRAL
THAIS RODRIGUES DE SOUSA
BRASÍLIA – DF
2016
THAIS RODRIGUES DE SOUSA
EMISSÕES DE N2O EM ÁREA DE CANA-DE-AÇÚCAR
SUBMETIDA A DIFERENTES LÂMINAS HÍDRICAS NO
CERRADO DO PLANALTO CENTRAL
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao curso de Gestão
Ambiental, como requisito parcial à
obtenção de título de bacharel em Gestão
Ambiental.
Orientadora: Dr.ª Arminda Moreira de
Carvalho
Co-orientador: Prof. Antônio Felipe
Couto Junior
FICHA CATALOGRÁFICA
Sousa, Thais Rodrigues
Emissões de N2O em área de cana-de-açúcar submetida a diferentes lâminas hídricas no
Cerrado do Planalto Central/ Thais Rodrigues de Sousa. Brasília DF, 2016. 57 f.
Monografia - Universidade de Brasília, Faculdade UnB de
Planaltina
Curso de Bacharelado em Gestão Ambiental.
Orientadora: Arminda Moreira de Carvalho
Co-Orientador: Antônio Felipe Couto Junior
1. [Saccharum officinarum] 2. [Gases de Efeito Estufa] 3. [Irrigação]. I. Sousa, Thais
Rodrigues. II. Emissões de N2O em área de cana-de-açúcar submetida a diferentes
lâminas hídricas no Cerrado do Planalto Central.
THAIS RODRIGUES DE SOUSA
EMISSÕES DE N2O EM ÁREA DE CANA-DE-AÇÚCAR
SUBMETIDA A DIFERENTES LÂMINAS HÍDRICAS NO
CERRADO DO PLANALTO CENTRAL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Gestão
Ambiental da Faculdade UnB de Planaltina, como requisito parcial à obtenção de
título de Bacharel em Gestão Ambiental.
Banca Examinadora:
Planaltina-DF, 24 de Junho de 2016.
__________________________________________________
Drª Arminda Moreira de Carvalho - Embrapa Cerrados
(Orientadora)
__________________________________________________
Dr. Prof. Cícero Célio de Figueiredo - UnB/FAV
(Examinador)
_________________________________________________
Dr. Prof. Luiz Felippe Salemi - UnB/FUP
(Examinador)
Dedico aos meus pais, meu irmão e toda
minha família que com muito amor,
carinho, fé e perseverança não mediram
esforços para concluir mais essa etapa da
minha vida.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, pela vida e por todas as conquistas, sem ele nada seria
possível.
Aos professores, a universidade de Brasília e a FUP, pela oportunidade de cursar
um nível superior.
Aos meus pais maiores exemplos Luciene e Sinval e meu irmão Tiago, pela base
familiar que sempre tive, por todo apoio, carinho, compreensão e amor, a pessoa que me
tornei hoje é graça a vocês. Tudo por vocês e para vocês.
A toda família Rodrigues e Batista, em especial a meus avôs José Neto Rodrigues
e Francisca Fernandes, meus reis, obrigada por todo ensinamento amo vocês, a minha
madrinha Maria de Lurdes e minha tia Maria dos Remédios que são como mães, sempre
apoiando e querendo o meu bem. A minha avó Dona Francisca da Costa, que está em paz
no céu iluminando as noites e cuidando de mim. Meus primos Janiele e Junior, minha tia
Geruiza que viram o meu empenho na realização deste trabalho e estavam sempre perto,
acreditando na minha capacidade.
Ao pesquisador e mestre Cláudio Franz, por toda experiência proporcionada na
Embrapa, o apoio nas apresentações de congresso e jovens talentos com o projeto da cana-
de-açúcar.
Aos meus orientadores Professor Antônio Felipe, pela ajuda e ensinamentos, a
Doutora Arminda Moreira de Carvalho que sempre foi a mãezona da nossa equipe, pela
confiança na condução do experimento, todas as opotunidades, conhecimentos adquirido,
e por toda experiência nestes dois anos de estágio foi essencial, muito obrigada por tudo.
As doutorandas Ju Sato, Jéssica Fonseca, Divina Cléia, Vivian. Pós- Doutorados Adriano
Dicesar e Thais Coser e ao mestre Juaci por toda a ajuda, apoio e ensinamentos.
A Doutora Alexsandra Duarte, por toda ajuda prestada, conhecimentos
adquiridos, as dúvidas tiradas, pelo apoio total na realização deste trabalho e por acreditar
na minha capacidade. A doutoranda Fabiana pela paciência e está sempre disposta a
ajudar muito obrigada.
Aos amigos que a embrapa proporcionou, por todo apoio e carinho que sempre
tiveram comigo, Juliana Marques, Douglas, Cristiane, Breno, Camila Nobrega, Thayane,
Rayssa, Lucas Gonçalves, Cristiano, Lucas Siqueira, Arthur, Eduardo, Leticia, Luciana,
Lucas Rebouças, Rafael, Zaza, Áurea, Matheus Hursula, Alex, Nathalie e Emily,
compartilhamos muitos momentos e aprendi a conviver em meio a tantas diferenças,
aguentamos campo pela manhã com sol e chuva, cortes no rosto na cana, tardes exaustivas
no laboratório, uma correria diária, mas também fomos muito felizes nas festinhas de
aniversário e almoços divertidos, descobrimos que a união faz a força, e foi com a ajuda
e total apoio de vocês que realizei este trabalho, a equipe AMC, minha eterna gratidão.
A todos os colegas de curso da FUP, e as amigas de longa data Marta, Benedita,
Graziele e Barbara e minha prima Elaine, sei que posso sempre contar com vocês
independente da distância. Minha amigona e irmã de coração Helen, sua ajuda foi
imprescindível, as palavras de apoio e incentivo muito obrigada pela sua amizade.
Aos Pesquisadores e funcionários da Embrapa, Eloísa, Walter, Omar, Djalma
Fernanda, Vilderete, Diana, Cristiane, Fabiano, Poeta, Claudio, Josias e todos aqueles que
ajudaram direta e indiretamente neste trabalho. Minha gratidão eterna.
RESUMO
A cana-de-açúcar uma cultura grande importância socioeconômica e ambiental para o
Brasil, pelo seu efeito mitigador nas mudanças climáticas e pelo fato de ser matéria prima
básica para diversos produtos industrializados. O País é o principal produtor de etanol de
cana-de-açúcar do mundo. O cultivo irrigado apresenta-se como uma iniciativa de
incremento da produtividade e promove a sustentabilidade econômica da atividade
sucroalcooleira. A intensificação de gases de efeito estufa é uma das causas do
aquecimento global, sendo que o N2O é um dos principais gases de origem na agricultura
e sua concentração na atmosfera estima em mais de 130 anos. O uso de fertilizantes
agrícolas com a presença de água tem intensificado as emissões de N2O em áreas de cana-
de-açúcar no solo. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar as emissões de N2O em área
de cana-de-açúcar no Cerrado do Planalto Central submetida a diferentes lâminas
hídricas. O experimento foi instalado na Embrapa Cerrados (Planaltina-DF), com
delineamento experimental em blocos casualisados (3 blocos) e parcelas subdivididas
com as lâminas hídricas, sendo sequeiro (S), lâmina hídrica (LH17%), lâmina hídrica
(LH46%) e lâmina hídrica (LH75%) da evapotranspiração da cultura (Etc), e uma área de
Cerrado nativo adjacente ao experimento como testemunha absoluta. A cultivar de cana
foi a RB855536 e a irrigação foi aplicada conforme o sistema Line Source Sprinkler
System, modificado em barras lineares acopladas a um carretel e o método de coletas de
N2O foi das câmaras estáticas, no tempo 0, 15, 30 min respectivamente. As amostras de
solo foram coletadas na profundidade 0-10 cm, com 3 subamostras em cada parcela. As
análises de N2O foram realizadas por cromatografia gasosa, coluna Porak Q e um elétron
detector e o N-mineral, por colorimetria Lachat Quik Chen (FIA). Os fluxos diários de
N2O, variaram em média, de -41,20 a 109,95 µg m2 h-1. A intensidade diária das emissões
de N2O foi influenciada pela dinâmica de N no solo e os fatores que contribuíram para os
processos de imobilização, equilíbrio e mineralização foram a fonte de N aplicada na
adubação (sulfato de amônio), as covariavéis edafoclimáticas (espaço poroso preenchido
por água (EPSA), temperaturas do solo (TS), teores de amônio (NH4+) e nitrato (NO3
-) no
solo). Houve efeito da lâmina hídrica aplicada, sendo que a de 75% (LH75%) resultou
nos maiores fluxos de N2O. A forma de nitrogênio mineral predominante no solo foi NH4+
devido ao sulfato de amônio utilizada como fonte de N na adubação, associado à eventos
de fertilização, precipitação pluviométrica e/ou irrigação. Os maiores picos de N2O foram
observados depois da segunda adubação, possivelmente, devido ao efeito combinado das
temperaturas mais elevadas com C/N e lignina/N mais favoráveis à mineralização de N
dos resíduos vegetais da cana-de-açúcar. A presença de água, fertilização e decomposição
da palhada promovem impactos sobre os fluxos de N2O e sua magnitude depende das
condições específicas.
Palavras-chave: Saccharum officinarum, Gases de Efeito Estufa, Irrigação
ABSTRACT
The Sugarcane is a great socio-economic and environmental importance to Brazil, as a
result, it’s effect is mitigator on climate changes, and it is the basic raw material for many
industrial products. The Country is the leading producer of ethanol from sugarcane in the
world. The irritaged cultivation is an initiative improvement of productivity and promotes
the economic sustainability in the sugar and alcohol activity.The intensification of
greenhouse gases emission is one of the causes the global warming, the N2O is one of
the principal gas of agriculture and your concentration in the atmosphere is estimated in
more than 130 years ago. The use of agricultural fertilizers with the presence of water
have increased the N2O emissions in sugarcane’s areas. Thus, this research aimed to
evaluate the emissions of N2O in the area of sugar cane in the Cerrado of Central Plateau
under different water slides. The experiment was installed in Embrapa Cerrados
(Planaltina-DF), with deliniate experimental in randomized blocks (3 blocks) and plots
subdivided in dryland water blades (S), water blade (LH17%), Blade (Blade LH75
LH46%) and (%) of the evapotranspiration of culture (Etc), and a native bushland area
adjacent to the experiment as absolute witness. The variety of sugarcane was the
RB855536. The irrigation was applied as the system Line Source Sprinkler System and it
was modified linear bars coupled to a spool the method of collection N2O was static
cameras in time 0, 15, 30 respectively. The soil samples were collected at 0-10 cm depth,
with 3 subsamples in each installment. The analyses of N2O were make by gas
chromatography, Porak Column Q and an electron detector and the N-mineral, by
Colorimetry Lachat Quik Chen (FIA). The daily flows of N2, ranged on average-41.20 to
109.95 µ g m2 h-1. The daily intensity of these emissions of N2O were influenced by the
dynamics of N in the soil. The factors that contributed to the processes of standstill,
balance and mineralization were the N’s chemistry formula aplieyed in the technical on
fertilizer (ammonium sulfate), the soil and climate covariavéis (porous space filled by
water (EPSA), soil temperatures (TS), levels of ammonium (NH4+) and nitrate (NO3
-) in
the soil). The water blade’s effect applied happened and the, 75%’s blade (LH75%)
resulted in higher values of N2O. the chemistry form of mineral nitrogen in soil was NH4+
as a consequently of the formula of ammonium sulfate used as a source of N fertilization,
associated with the events of fertilisation, rainfall and/or irrigation. The highest peaks of
N2O were observed after the second fertilization, possibly, it was happened as a result for
the combined effect of higher temperatures with C/N and lignin/N, because it more
favourable to mineralization of N at vegetable residues of sugar cane. The presence of
water, nitrogen fertilization and decomposition of straw promoted impacts over N2O’s
flows and its magnitude is from soil and climate conditions. Keywords: Saccharum officinarum, Greenhouse Gases, Irrigation.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Ciclo do nitrogênio resumido. ......................................................................... 24 Figura 2. Modelo hole-in-the pipe (DAVIDSON et al, 2000) ....................................... 25 Figura 3. Localização da área experimental das coletas de N2O no solo em cana-de-
açúcar no Cerrado ........................................................................................................... 27 Figura 4. Croqui da área experimental, letra (D) corresponde a posição da cultivar
escolhida. Os tratamentos S; LH17%; LH46% e LH75% da Etc, mostram a posição das
câmaras, na coleta de N2O no solo, os blocos 2 e 3 seguem as lâminas na mesma
posição correspondente ao bloco 1. ................................................................................ 29
Figura 5. Esquema da posição das câmaras estáticas na área experimental da cana-de-
açúcar. ............................................................................................................................. 30 Figura 6. Barra irrigadora com sistema autopropelido e bocais conjugados (Line Source
Sprinkler System), em destaque as lâminas de água utilizadas. Embrapa Cerrados. 0%
(S) 17% (LH17%) 46% (LH46%) 75%(LH75%) da ETc .............................................. 31 Figura 7. Câmaras estáticas para realização da coleta de N2O no solo. ......................... 32 Figura 8. Passo a passo da coleta de N2O no solo realizado na cana-de-açúcar. Modelo
de câmaras estáticas. ....................................................................................................... 33 Figura 9. Etapas para realização da coleta e extração do solo. ....................................... 35
Figura 10. Temperatura média do ar (ºC) e Umidade relativa média do ar -UR (%) da
Região Administrativa de Planaltina-DF, durante o período entre junho de 2015 a
janeiro de 2016. .............................................................................................................. 36 Figura 11. Precipitação Pluviométrica (mm) e Irrigação (mm) durante a condução do
experimento, no período de junho de 2015 a janeiro de 2016. LH17%; LH46% e
LH75% da ETc correspondem as lâminas de irrigação da cana-de-açúcar. ................... 37 Figura 12. Fluxos diários de N2O. Ampliação na escala de junho a agosto de 2015 (A);
Fluxos diários de todo o período avaliado (B); As setas indicam o início e término das
duas adubações realizadas em 22/06/15 e 27/10/15, considerando o efeito da adubação
até um mês após a data. .................................................................................................. 40 Figura 13.Variavéis edafoclimáticas. Amônio NH4
+ (A); Nitrato NO3- (B); Temperatura
do Solo ºC (C) e EPSA % (D), no período de junho 2015 a janeiro 2016. .................... 41 Figura 14. Emissões acumulados de N2O (kg ha-1), sob sistema de plantio irrigado com
cana-de-açúcar, Planaltina, DF ....................................................................................... 47
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Histórico de plantio, cortes realizados, adubações e irrigações no experimento
da Cana-de-Açúcar, na Embrapa Cerrados Planaltina, DF. ........................................... 28 Tabela 2. Correlação entre as emissões diárias de N2O e suas variáveis edafoclimáticas
por tratamento. ................................................................................................................ 46
LISTA DE ABREVIAÇÕES
GEE - Gases de Efeito Estufa
N2O - Óxido Nitroso
CH4 - Metano
CO2 - Dioxido de Carbono
N - Nitrogênio
NH4+ - Amônio
NO3- - Nitrato
NO- Óxido Nítrico
O2 - Oxigênio
EPSA- Espaço poroso preenchido por água
S – Sequeiro
LH17% - Lâmina Hídrica 17%
LH46% - Lâmina Hídrica 46%
LH75% - Lâmina Hídrica 75%
Etc - Evapotranspiração
RB - Cultivar da Cana
NPK - Nitrogênio, Fosforo e Potássio
(NH4)2SO4 - Sulfato de Amônio
KCL- Cloreto de Potássio
TS - Temperatura do Solo
MOS- Matéria Orgânica
SUMÁRIO
Resumo ............................................................................................................................. 8
1. Introdução ................................................................................................................... 15
2. Objetivos ..................................................................................................................... 17
2.1. Objetivo Geral ..........................................................................................................17
2.2. Objetivo Específicos .................................................................................................17
3. Revisão Bibliográfica ................................................................................................. 18
3.1. O bioma cerrado .......................................................................................................18
3.2. Cultivo de cana-de-açúcar ........................................................................................19
3.3. Cultivo de cana-de-açúcar irrigada ...........................................................................20
3.4. Mudanças climáticas globais ....................................................................................21
3.5. Gases de efeito estufa na agricultura ........................................................................22
3.6. Fluxos de óxido nitroso no solo................................................................................23
3.7. Variavéis Edafoclimáticas que influenciam na emissão de N2O ..............................26
4. Material e Métodos ..................................................................................................... 27
4.1. Localização e caracterização do Experimento .........................................................27
4.2. Amostragem do ar e análises dos fluxos de N2O no solo .........................................31
4.3. N-Mineral no solo.....................................................................................................34
4.4. Análise Estatística ....................................................................................................35
5. Resultados e Discussão ............................................................................................... 36
5.1.Temperatura e umidade relativa do ar .......................................................................36
5.2. Fluxos de N2O e variavéis Edafoclimáticas .............................................................37
5.2.1. Depois da primeira adubação ................................................................................37
5.2.2. Depois da segunda adubação .................................................................................42
5.3.Relação entre N2O e as variavéis edafoclimáticas ....................................................44
5.4. N2O acumulado na cana-de-açúcar ..........................................................................46
6. Conclusões .................................................................................................................. 49
7. Referências Bibliográficas .......................................................................................... 50
15
1. INTRODUÇÃO
O enfrentamento dos desafios expostos pelas mudanças climáticas tem se tornado
um tema relevante nos últimos anos no setor agropecuário e ambiental. A realização de
atividades antrópicas comprometendo os empreendimentos rurais alcançou um leque de
preocupações a nível mundial, levando a necessidade de pesquisas nesta área. Tais
mudanças associadas a emissões de gases de efeito estufa (GEE) são crescentes e o
avanço em debates nos Países de clima tropical sobre o tema (ALMEIDA et al., 2015).
A intensificação do efeito estufa é a principal causa do aquecimento global, e
embora o “efeito estufa” seja um fenômeno natural, vem sendo potencializado,
principalmente pela ação de atividades agropecuárias e industriais. A presença de GEE
na atmosfera ajuda a reter o calor do Sol, promovendo o aquecimento do planeta, porém,
quando isso acontece de forma desequilibrada, pode ocorrer um incremento da radiação
infravermelha na atmosfera (RODRIGUES FILHO & SANTOS, 2011). Hansen et al.
(2005) estimaram que ao longo de dez anos, com a taxa atual de aumento da concentração
de GEE pode ocorrer um aumento na retenção de energia de ondas longas na atmosfera
de 0,85 W m-2 o que provocaria um aumento de 0,6 ºC.
A agricultura tem um papel significativo nas variações das concentrações destes
GEE, sobretudo o óxido nitroso (N2O), que afetam a existência de vida na Terra. O N2O
é um dos principais GEE em termos de relevância, apresenta uma menor concentração na
atmosfera e um nível superior no poder de aquecimento de 300 vezes maior que o gás
carbônico (CO2) e pode permanecer por mais de 130 anos (BEUCHLE et al., 2015), ou
seja, sua meia vida é bastante longa. O principal componente do N2O é o nitrogênio (N),
elemento básico das proteínas e fundamental para existência de vida (ALMEIDA et al.,
2015). O setor agrícola é um dos responsáveis pelas emissões de N2O na gestão de
resíduos de origem animal e agrícola (SIGNOR & CERRI, 2013).
Mudanças climáticas, tanto naturais como antrópica, representam um alerta de
situação vulnerável devido aos impactos ambientais, e não se sabe com precisão a
magnitude que essa mudança do clima pode afetar os ecossistemas e a sociedade. Porém,
entende-se que a desaceleração dessas mudanças climáticas depende de estudos e ações
do atual modelo de desenvolvimento e dos padrões de consumo a ele associado
(RODRIGUES FILHO & SANTOS, 2011). O sistema de manejo e uso do solo na
agricultura afeta o fluxo de N2O, já que o mesmo faz parte do ciclo do nitrogênio pela
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disponibilidade de nitrato, temperatura, pH, umidade, presença de íon de amônio e de
compostos oxidantes que são empregados como receptores de elétrons para degradação
da matéria orgânica do solo (MOS) (ALMEIDA et al., 2015).
O Cerrado Brasileiro, uma das savanas de maior biodiversidade vegetal do mundo,
ocupa cerca de 200 milhões de hectares na parte central do Brasil (FELFILI & SILVA
JUNIOR, 2005), sendo considerado como um bioma de grande importância na produção
de alimentos, agroenergia e pela sua biodiversidade (SANO et al., 2009). No Brasil a
emissão de N2O em 2012, chegou a 541 Gg de CO2 o setor agropecuário contribuiu com
cerca de 38% das emissões quando comparada à emissão de metano (CH4) (MCTI, 2014).
As mudanças climáticas antrópicas são prejudiciais, necessitando intervenção no sentindo
de mitigação desses impactos negativos para atual geração (MMA, 2013).
A cana-de-açúcar é umas das culturas de maior importância ambiental e
socioeconômica para o Brasil (MANZATTO et al., 2009), crescendo cada vez mais no
setor sucroenergético, com destaque na sua produção, principalmente, na região Centro-
Sul, e impactos ambientais positivos depois da mudança no sistema de colheita com
abandono da queima (BORDONAL et al., 2015). A sua importância está desde a fixação
de CO2 pela eficiência fotossintética e acúmulo/sequestro de carbono no solo, o interesse
econômico gerado pela cultura e o fato de ser matéria prima básica para diversos produtos
industrializados, como o açúcar, álcool combustível (etanol), além da recente produção
de energia utilizando subprodutos da indústria (AGRIANUAL, 2009; MMA, 2013).
O grande valor estratégico que a cana-de-açúcar assumiu ao longo da última
década atraiu investimentos, tornando o planejamento uma ferramenta essencial e
juntamente com a modelagem agrícola contribuíram para o avanço no conhecimento da
interação entre as plantas e o ambiente (NASSIF, 2010). E mesmo com esse avanço,
permitindo um melhor entendimento dos processos físicos, químicos e biológicos, a
compreensão dos fluxos de gases do solo ainda é incipiente. Os problemas ambientais
que nos afetam hoje são resultados do uso intensivo dos recursos naturais para atender ao
crescimento da população, à urbanização e à economia dos países, principalmente, dos
mais desenvolvidos (RODRIGUES FILHO & SANTOS, 2011).
O Brasil é o maior produtor de etanol de cana-de-açúcar do mundo, devido à
demanda mundial crescente desse produto, a expansão desta cultura atende como uma
das principais fontes renováveis (GOLDEMBERG et al., 2014). A presença de irrigação
no cultivo da cana-de-açúcar proporciona aumento na produtividade que promove a
sustentabilidade econômica da atividade sucroalcooleira (DANTAS NETO et al., 2006).
17
Os sistemas agrícolas irrigados, em combinação com a fertilização são uma fonte
significativa de N2O. A presença de água e fertilizantes impulsionam uma maior
produtividade no sistema irrigado, resultando também em um potencial maior para as
emissões de N2O. Essas emissões cumulativas no solo durante uma safra são
denominadas por episódios de altas emissões observados após a irrigação (JAMALI et
al., 2015; LIU et al., 2011; SCHEER et al., 2012).
A presença de água é um fator estímulo para o incremento da emissão de N2O.
Entretanto, dentre as formas de diminuir as emissões de GEE e mitigar as mudanças
climáticas, incluem fontes de energia renováveis como biomassa e etanol, produzido pela
cana-de-açúcar (BORDONAL et al., 2015). Os sistemas de irrigação quando ajustados a
duração e quantidade da água podem proporcionar uma oportunidade na mitigação das
emissões de N2O (SCHEER et al., 2008). Através da melhoria de esquemas de irrigação
em pequenas quantidades (JAMALI et al., 2015), levando em consideração o
desenvolvimento sustentável. A mitigação no uso da água, mantendo a produção com a
quantidade mínima necessária de irrigação.
Neste sentindo, o objetivo do presente trabalho foi avaliar emissões de N2O em
área de produção de cana-de-açúcar submetida a diferentes lâminas hídricas (S, LH17%,
LH46% e LH75% da Evapotranspiração ETc) no Cerrado do Planalto Central.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
O presente estudo tem como objetivo principal avaliar as emissões de N2O em
área de cana-de-açúcar no Cerrado do Planalto Central, submetida à diferentes lâminas
hídricas (S, LH17%, LH46%, LH75% da ETc).
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICOS
a) Avaliar a concentração mineral de nitrogênio disponível nas formas de nitrato
(NO3-) e amônio (NH4
+) no solo com cultivo de cana-de-açúcar; submetida a diferentes
lâminas hídricas (S, LH17%, LH46% e LH75% da ETc);
b) Relacionar as emissões de óxido nitroso com as co-variáveis (EPSA, NO3-,
NH4+, temperatura do solo) submetida a diferentes lâminas hídricas (S, LH17%, LH46%
e LH75% da ETc).
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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. O BIOMA CERRADO
O Cerrado é o segundo maior bioma brasileiro, conhecido pela diversidade
fitofisionômica e por apresentar a mais rica flora dentre as savanas do mundo (KLINK &
MACHADO, 2005), abrange aproximadamente 200 milhões de hectares sob expansão
agrícola (CARVALHO et al., 2006), cerca de 23% do território nacional. Recentemente,
1 milhão de km², que equivale à 50% da extensão do Cerrado é ocupada pelo setor
agropecuário devido a topografia e solos adequados (LAPOLA et al., 2013). Segundo
Machado et al. (2004) apenas 34% da região encontra-se em estado natural, e estimativas
indicam que até 2030 está área será de 2,0 milhões por hectares.
O clima é considerado sazonal, com eventos de chuva de outubro a março e seca
de abril a setembro. As temperaturas são geralmente entre 22ºC e 27°C, e a precipitação
média anual é de 1.500 mm (KLINK & MACHADO, 2005). A vegetação de Cerrado
ocorre em vários tipos de solos, sendo a maior parte destes bem drenados, profundos,
ácidos, pobres em nutrientes e com alta saturação de alumínio, classificados como
latossolos (FELFILI & SILVA JUNIOR, 2005). Na região Centro-Oeste, as atividades
agropecuárias foram facultadas pelo avanço tecnológico, que beneficiou a integração dos
Cerrados com terras planas, baratas e maior produção por área, pelo desenvolvimento da
infraestrutura e o crédito agrícola financiado (FERREIRA & DINIZ, 1995). A região
alcançou grande aumento de produção, principalmente relacionados à ampliação das
áreas cultivadas (JANTALIA et al., 2006).
O Brasil se concretizou nas últimas décadas, como um importante exportador de
commodities agrícolas, decorrente da expansão do Cerrado (RADA, 2013). As grandes
mudanças sucedidas resultaram em problemas ambientais, como fragmentação de
hábitats, extinção da biodiversidade, invasão de espécies exóticas, erosão dos solos,
poluição de aquíferos, degradação de ecossistemas, alterações nos regimes de queimadas,
desequilíbrios no ciclo do carbono e prováveis alterações climáticas regionais
(BEUCHLE et al., 2015). Dentre essas mudanças, o crescimento agrícola ocasionado pelo
desmatamento e mudança do uso da terra provocam o aumento da emissão de gases de
efeito estufa (STRASSBURG et al., 2014), que é um dos principais danos ambientais
globais na atualidade.
19
3.2. CULTIVO DE CANA-DE-AÇÚCAR
A cultura de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é considerada de grande relevância
econômica, social e ambiental para o Brasil (MANZATTO et al., 2009). Pela sua
relevância ambiental na fixação de CO2, o interesse econômico, sua forte expansão ao
longo da última década, e o fato da cultura ser matéria prima básica para diversos produtos
industrializados, dos quais se destacam o açúcar, álcool combustível (etanol) e a produção
de energia utilizando subprodutos da indústria (AGRIANUAL, 2009). O programa de
etanol brasileiro de cana-de-açúcar induz a investimentos internos e externos, e é exemplo
de energia renovável entre os Países emergentes (GOLDEMBERG, 2007).
A produção desta cultura no Brasil aumentou desde o início do século XXI, com
sua implantação em várias regiões, principalmente pelo aumento no consumo de etanol
no mercado interno (MARIN et al., 2011). O País é líder em pesquisa e desenvolvimento
da cultura, tanto nos processos produtivos e de processamento, predominante na
tecnologia de sua produção (PICOLI et al., 2009). Em manufatura total apresenta um alto
grau de tecnificação das lavouras nas atividades produtivas e biotecnologia. A busca por
mecanismos de energia renováveis e menos poluentes engrandece a produção de cana-
de-açúcar, em razão de o etanol ser uma importante fonte de energia de menor impacto
ambiental (OLIVEIRA, 2010).
A queima de resíduos realizada no processo de cogeração de energia em usinas de
cana-de-açúcar, tem grande potencialidade no País, assegura energia e lucro às usinas
com o retorno do remanescente gerado às empresas distribuidoras (RANGEL et al.,
2014). Atualmente, a cultura compõe uma área que produz um alto montante de capital,
tecnologia e informação (CARVALHO, 2009). Mecanismos em prol de uma maior
sustentabilidade no setor energético tem expandido significativamente no Brasil nos
últimos anos. Deste modo, o setor sucroalcooleiro contribui na descentralização e
diversificação da matriz energética brasileira. Fontes renováveis e alternativas de energia
pelo alto potencial energético, provindo a cogeração a se tornar um importante segmento
de negócios (MENEGUELLO & CASTRO, 2007).
O progresso da produção no setor sucroalcooleiro, está caracterizado com maior
significância, pelo crescimento da área plantada, e a baixa nas produções está relacionada
a produtividade (CONAB, 2014). O País apresenta, além dos atuais 9 milhões de hectares
ocupados por canaviais, mais de 65 milhões de hectares propícios ao plantio da cana-de-
açúcar, dos quais aproximadamente 19 milhões são de alta aptidão (EMBRAPA, 2009),
20
como resultado da crescente demanda mundial, vem se expandindo cada vez mais, sendo
o maior produtor de etanol de cana do mundo, difundindo o cenário de mudança no uso
da Terra com a conversão de pastagens em canaviais. Cerca de um terço da produção
mundial de etanol é fornecida pela cana-de-açúcar brasileira, com contribuições de outros
Países da América Latina (GOLDEMBERG et al., 2014).
3.3. CULTIVO DE CANA-DE-AÇÚCAR IRRIGADA
O fundamento básico da irrigação é fornecer água as culturas de maneira a atender
as exigências hídricas durante o seu ciclo, viabilizando um produto de boa qualidade. O
uso crescente de água e da demanda de alimentos nas áreas urbanas e industriais tem
exigido o aprimoramento de técnicas nos sistemas de produção agrícola. O avanço
tecnológico da irrigação vem sendo implantado em áreas como alternativa na melhoria
da qualidade total do processo de produção (ARANTES, 2012; SILVA et al., 2012).
Solos sob a agricultura irrigada são uma fonte significativa de N2O, devido à
grande utilização de N fertilizantes e água (JAMALI et al., 2015; LIU et al., 2011;
SCHEER et al., 2012). Os sistemas de irrigação podem proporcionar uma oportunidade
para mitigar as emissões de N2O ajustando a duração e quantidade da água de irrigação
(SCHEER et al., 2008). A quantidade total de água aplicada a uma cultura depende da
espécie estação, tipo de solo, chuva e vegetais (DUNN, 2014). Dois terços da futura
demanda mundial de alimentos, provém dos sistemas irrigados em decorrência do seu
potencial para uma maior produtividade (FAO, 2010). No ano de 2007-08, terras
agrícolas irrigadas na Austrália produziu 28% do total bruto do valor da produção agrícola
(ABS 2010).
A cana-de-açúcar demanda um grande volume de água, e o conhecimento da
demanda hídrica é de grande importância, pois essa informação utilizada nas áreas
irrigadas, visa o aumento da eficiência na irrigação, através de melhorias no
dimensionamento e no manejo do sistema (SILVA et al., 2012). O estudo da cultura em
seu ambiente de desenvolvimento pode gerar grandes conhecimentos, e a cultivar a ser
plantada, explorando o potencial máximo do local de produção, e o melhor rendimento
da cana-de-açúcar (MAULE et al., 2001).
A precipitação pluviométrica nem sempre atende à necessidade hídrica das
plantas, por isso a importância da irrigação, que quando bem executada resulta num
retorno econômico indiscutível (DANTAS NETO et al., 2006). Pode ser considerada uma
ferramenta para o produtor viabilizar a produção e aumentar a produtividade da cana-de-
21
açúcar na região, a utilização dessa tecnologia possibilita o suprimento adequado da
cultura, evitando assim que a planta seja submetida a períodos de intensa restrição hídrica
(ARANTES, 2012).
3.4. MUDANÇAS CLIMÁTICAS GLOBAIS
As principais mudanças no clima da Terra são o aquecimento global e a maior
frequência de fenômenos climáticos extremos, como furacões, secas e inundações. A
temperatura média do planeta vem se elevando desde a Revolução Industrial, e a
comunidade cientifica defende, que a intensificação do efeito estufa natural é causada
pelo aumento da concentração de alguns GEE, que incluem CO2, CH4 e o N2O.
O longo tempo de duração na atmosfera, mostra um efeito acumulativo de todos
os GEE emitidos desde a Revolução Industrial, principalmente, o N2O cujo tempo de
permanência na atmosfera é de aproximadamente 130 anos. A humanidade experimentou
um ritmo de crescimento econômico, tornando necessário acelerar a exploração dos
recursos naturais, especialmente os minerais e energéticos, como petróleo, carvão e
energia nuclear, além de aumentar a produção de alimentos. Nesse sentido novos modelos
de desenvolvimento ambientalmente sustentável, socialmente justo, culturalmente
aceitável e politicamente correto são propostos (RODRIGUES FILHO & SANTOS,
2011).
O cultivo de cana-de-açúcar é uma das principais mudanças do uso da Terra no
Brasil devido sua expansão pela demanda crescente de etanol (LAPOLA et al., 2010;
GOLDEMBERG et al., 2014). Segundo a Convenção das Nações Unidas sobre Mudança
do Clima do Brasil, estima-se que 84% do total das emissões de N2O foram de origem do
setor agrícola, dos quais 17% de aplicação de fertilizantes e do manejo dos resíduos de
culturas (BRASIL, 2010). A produção de biocombustíveis no Brasil é baseada na cana-
de-açúcar, sendo que o sucesso da sua produção parte da resistência da cultura a fatores
edafoclimáticos adversos, pragas e doenças, com rebrota após colheita e um balanço
energético positivo (MACEDO et al., 2008). Em 2013 a produção de bioetanol foi de 21
milhões de m³ (UNICA, 2014).
Portanto, o clima da Terra está sendo perturbado pelo aumento das emissões de
GEE e formas de mitigar essas mudanças climáticas incluem fontes de energia renováveis
para os combustíveis fósseis. Essa demanda resultante das mudanças climáticas globais
favoreceu a cana-de-açúcar como uma das principais fontes de energia renovável no
Brasil, já que o etanol, seu derivado, pode reduzir essas emissões em 85%. No entanto, o
22
impacto total da cana-de-açúcar requer preocupações a respeito do real dano ambiental
pela mudança do uso da terra (HERNANDES et al., 2014).
3.5. GASES DE EFEITO ESTUFA NA AGRICULTURA
O efeito estufa é a principal causa do aquecimento global, foi descrito pela
primeira vez em 1824, pelo matemático francês Jean-Baptiste Joseph Fourier. Ele
observou que a atmosfera serve para aquecer o planeta, e comparou-a à concha de vidro
de uma estufa, que absorve a radiação solar (luz) e retém a radiação térmica (calor). É um
fenômeno natural, causado pela presença de determinados gases na atmosfera, conhecidos
como GEE. Eles provocam a retenção da radiação infravermelha na atmosfera, e são
responsáveis por segurar o calor do Sol e deixar o planeta aquecido, ou seja, “efeito estufa
natural”.
E em sua intensidade natural, o efeito estufa retém na atmosfera parte do calor que
recebemos do Sol, sendo responsável por aumentar e manter a temperatura da Terra em
torno de 30 ºC. Com esse aumento, chegamos a uma média de 15 ºC, que é uma
temperatura adequada para a vida e para manutenção do equilibro. Na ausência desses
GEE na atmosfera girando em torno de -15 ºC, teríamos um planeta congelado. Portanto,
o problema não está no efeito estufa em si, mas sim no aumento exagerado e rápido das
emissões de GEE, principalmente, ao longo dos últimos duzentos anos, como
consequência da aceleração do consumo de combustíveis fósseis, da geração de resíduos,
do desmatamento e de queimadas (RODRIGUES FILHO & SANTOS, 2011).
Em geral, três GEE são afetados pela agricultura, dióxido de carbono (CO2),
metano (CH4) e óxido nitroso (N2O), os quais são importantes para balanço radioativo da
Terra (MOSIER et al., 2004). Desses gases, o N2O é aquele que possui maior importância
para os sistemas agrícolas, visto que 70% das suas emissões globais tem origem da
dinâmica do nitrogênio no solo em agroecossistemas (USSIRI & LAL, 2013). Sua
capacidade de aquecimento é 300 vezes maior que o CO2 (BEUCHLE et al., 2015) e
possui vida útil de aproximadamente 130 anos na atmosfera (HARTMANN et al., 2013).
No Brasil, 94% das emissões de N2O resultam da agricultura e o setor pecuário,
ocasionado pelo uso dos solos agrícolas (MCTI, 2014).
O aquecimento global e o aumento na concentração de GEE na atmosfera tem sido
um tema recorrente em pesquisas. Em maio de 2013, a concentração de CO2 na atmosfera
ultrapassou a marca de 400 partes por milhão desde o início das medições em 1958.
Apesar da menor proporção de N2O em relação à concentração de CO2 na atmosfera,
23
ações de mitigação devem priorizar suas emissões (MARTINS et al. 2015) em função do
seu potencial de aquecimento global ser 300 vezes maior que o CO2, num horizonte de
tempo de 100 anos (IPCC, 2013), apresentando assim grande resiliência na atmosfera. A
agricultura é responsável por grande parte dessas emissões. O principal biocombustível
utilizado no Brasil é o etanol derivado da cana-de-açúcar, uma fonte de energia renovável
e de mitigação desses GEE.
3.6. FLUXOS DE ÓXIDO NITROSO NO SOLO
No Brasil, as emissões de N2O são resultantes especialmente dos solos, por meio
da mudança de uso e manejo, representando cerca de 94% do total das emissões deste gás
(MCTI, 2014). O elevado percentual de crescimento populacional acarretou no acréscimo
da produtividade agrícola, para fornecer a demanda por alimentos. O N é um nutriente
limitante ao crescimento dos vegetais, e é adicionado ao solo nas formas de fertilizantes
minerais, orgânicos e através da fixação biológica do N (OLIVEIRA, 2015). A aplicação
de fontes nitrogenadas minerais aumentou notavelmente (IBGE, 2012), para que a
agricultura mantivesse os seus altos níveis de produção.
O N encontrado na biosfera está na forma de compostos orgânicos sintetizados
por plantas e microrganismos. Para absorção pelas plantas, ele é transformado na forma
inorgânica pelo processo de mineralização. O N disponível nos solos depende da relação
C/N dos resíduos, alta relação representa imobilização no solo, quando relação C/N do
material em decomposição estiver entre 10 e 20, acontece o equilíbrio, e valores inferiores
a esse ocorre o processo de mineralização (GOEDERT, 1986).
As reações do N ligado à matéria orgânica são afetadas por condições ambientais,
dependendo da combinação de fatores edafoclimáticos (umidade, pH e temperatura). A
imobilização ocorre em condições de alta relação C/N, transformando o N inorgânico em
N orgânico. Adições de resíduos ao solo, tais como restos de culturas, adubos verdes no
solo afetam o processo de imobilização dependendo da relação C/N e lignina/N, conforme
mostrado no ciclo do nitrogênio (Figura 1). Os processos de mineralização e imobilização
dependem da relação C/N do material vegetal adicionado ao solo (CANTARELLA,
2007).
24
Figura 1. Ciclo do nitrogênio resumido.
A maior parte do N2O emitido deriva de dois processos biológicos: a nitrificação
e a desnitrificação (Figura 2), que fazem parte do ciclo do nitrogênio (ALMEIDA et al.,
2015). Os fertilizantes químicos nitrogenados aplicados no solo são predominantemente
compostos por NH4+, NO3
- ou ureia.
A disponibilidade de N no ecossistema deriva dos processos biogeoquímicos que
ocorrem no solo. O NO3- resulta da oxidação de NH4
+ pela ação das bactérias aeróbias
enquanto no processo de amonificação o NH4+ é transformado pela mineralização da
matéria orgânica. Estas reações ocorrem essencialmente em todos os ecossistemas
terrestres, aquáticos e sedimentares. As principais bactérias do solo e da água que oxidam
o amônio ao nitrito, são as Nitrosomonas e Nitrosospira, enquanto que Nitrobacter é o
principal gênero de bactérias que oxidam o nitrito ao nitrato (MOSIER et al., 2004).
Davidson et al. (2000) mostram no modelo conceitual que envolve as muitas
variáveis do solo, com diferentes níveis de regulação, conhecido como “hole-in-the-pipe”
(HIP). Enquanto a maioria dos estudos feitos analisa somente o N2O e/ou óxido nítrico
(NO), o modelo analisa os dois gases pelos processos comuns de produção e consumo
microbiológico. O modelo descreve a emissão de N2O e NO como sendo regulada em
dois níveis (Figura 2). Num primeiro momento, a quantidade de fluido que passa pelo
“tubo” é análoga à taxa de ciclagem de N em geral, ou especificamente às taxas de
25
oxidação de NH4+ por bactérias nitrificantes e redução de NO3
- por bactérias
desnitrificantes. Num segundo nível, a quantidade de N que 'escoa' fora do “tubo” como
o óxido gasoso de N, por um 'buraco' para NO e outro 'buraco' de N2O, é determinado por
várias propriedades de solo.
.
Figura 2. Modelo hole-in-the pipe (DAVIDSON et al, 2000).
O suprimento de oxigênio (O2) é limitante para as atividades dos microrganismos
nitrificadores. Em solos inundados ou em anaerobiose, o NH4+ é o produto final da
mineralização, há várias situações que as restrições do O2 na solução do solo, como alta
umidade, que reduz o espaço poroso ocupado pelo ar, alta temperatura que diminui a
demanda desse gás por microrganismos heterotróficos, e disponibilidade de C oxidável,
que promove a atividade microbiana gerando maior consumo de O2 (SCHMIDT, 1982).
Os solos podem se distinguir pela quantidade de N mineralizado e forma
produzida (NH4+ e NO3
-), além de sua distribuição sazonal e espacial (SPRENT, 1987).
A desnitrificação é a redução microbiológica de nitrato ou nitrito a nitrogênio gasoso,
realizada por um grupo de bactérias aeróbias e heterotróficas (CAMERON et al., 2013).
No transcorrer dos processos alguns intermediários são produzidos, entre eles o N2O, que
é liberado para a atmosfera na forma de GEE (BAGGS & PHILIPPOT, 2010).
26
3.7. VARIAVÉIS EDAFOCLIMÁTICAS QUE INFLUENCIAM NA EMISSÃO
DE N2O
Os solos agrícolas por serem as principais fontes de emissão N2O para a atmosfera,
podem ser manejados para afetar os processos de nitrificação e desnitrificação e,
consequentemente, interferirem nos fluxos de N2O no solo (SIGNOR & CERRI, 2013).
Vários fatores influenciam nas emissões de N2O, e os de grande relevância são a umidade,
a temperatura e a concentração de N mineral no solo (CAMERON et al., 2013).
A magnitude das perdas de N2O está associada ao aumento de umidade no solo,
provocando o acréscimo na quantidade de espaço poroso preenchido por água (EPSA) e
consequente diminuição no O2 disponível (BRAGA et al., 2011). A umidade do solo
determinada durante as coletas de N2O pode resultar no EPSA, co-variável calculada com
base na umidade e densidade do solo, que possui alta correlação com a emissão de N2O.
O EPSA associado à temperatura do solo explicam grande parte das emissões desse GEE
(SIGNOR & CERRI, 2013).
Outra co-variável importante é o N disponível nas formas de NO3- e NH4
+
(CARMO et al., 2005), como também, o pH do solo, que influencia a mineralização de
N. Solos aerados com EPSA entre 35 e 60% promovem a formação de N2O como um
subproduto da nitrificação. EPSA acima de 60% favorece as reações de desnitrificação
ocorrendo uma maior emissão deste gás, e a anaerobiose favorece perdas na forma de N2
(JANTALIA et al., 2006).
Portanto, a contribuição do setor agrícola nos fluxos diários de N2O para a
atmosfera corresponde uma elevada porcentagem, no ranking das emissões de GEE.
Segundo o World Resources Institute (WRI), em 2011 o Brasil ocupava o 2° lugar no
ranking das emissões em atividades agropecuárias do mundo (IMAFLORA, 2015).
Modificações provindas de práticas liberais tem alterado o ciclo global do nitrogênio, por
meio da conversão do N2 atmosférico em formas reativas de N. Com a aplicação de
fertilizantes e cultivo de leguminosas para produção alimentar, 120 milhões de toneladas
de N2 atmosférico são convertidos por ano. Em escala de planeta, quantidades adicionais
de nitrogênio e fósforo, perturbam de modo relevante os ciclos biogeoquímicos globais
(ROCKSTROM et al., 2009).
O N fixado tem crescido nos ecossistemas, sendo alguns fatores que proporcionam
isso o aumento pela mudança da cobertura vegetal, a queima de biomassa e combustão
de combustíveis fósseis (GALLOWAY et al., 2004).
27
4. MATERIAL E MÉTODOS
4.1. LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO EXPERIMENTO
O experimento foi conduzido na Estação Experimental da Embrapa Cerrados
(CPAC), em uma área de 0,36 hectares, (latitude 15°39’84’’ Sul e longitude 47°44’41’’
Oeste), próximo a Região Administrativa de Planaltina DF (Figura 3). O clima da região
é classificado como o Aw classificação de Köppen (BRASIL, 1972), com estações bem
definidas, invernos secos, verões úmidos e longos períodos de seca no inverno. A
temperatura média anual varia de 22 °C a 25 °C e a precipitação varia de 800 a 2.000 mm
por ano, sendo que 80% dessa precipitação ocorre durante o período chuvoso, entre os
meses de outubro a fevereiro.
Figura 3. Localização da área experimental das coletas de N2O no solo em cana-de-açúcar no
Cerrado.
O solo da área é classificado como Latossolo Vermelho distrófico (EMBRAPA,
2006). O experimento foi avaliado de 22 de junho de 2015 até 29 de janeiro de 2016.
Inicialmente na implantação do experimento foi realizada uma adubação corretiva (a
lanço e incorporada) de 500 kg ha-1 de gesso e 50 kg ha-1 de FTE BR-10 (pó), em seguida,
a adubação de plantio na dose de 600 kg ha-1 de NPK na formulação 04-30-16. A
adubação de cobertura com nitrogênio (N) e Potássio (K) foi aplicada de forma manual,
28
após o primeiro corte das plantas e em dois períodos, no início de maio na dose de 400
kg ha-1 de NPK (20-00-20) e em novembro de 2011 na dose de 600 kg ha-1 de NPK (20-
00-24), repetindo-se esta mesma adubação nos anos posteriores.
O plantio da cana-de-açúcar aconteceu em 2010, e o primeiro corte ocorreu em
2011 com a cana planta de um ano (12 meses), sendo que após o primeiro corte o ciclo
de ambas foi anual e ela recebe a denominação de cana soca (BARBOSA, 2010). O turno
rega de irrigações foi de 10 dias e foram realizadas duas adubações durante a condução
do experimento (Tabela 1).
Tabela 1. Histórico de plantio e cortes realizados, adubações e irrigações no experimento da Cana-
de-Açúcar, na Embrapa Cerrados Planaltina, DF.
Data de plantio e cortes da cana de-açúcar
Plantio da Cana Junho/2010
Primeiro Corte da Cana Maio/2011
Cana Soca Segundo Corte Abril/2012
Cana Soca Terceiro Corte Maio/2013
Cana Soca Quarto Corte Abril/2014
Cana Soca Quinto Corte Maio/2015
Adubações realizadas
1º adubação 22/06/2015
2º adubação 27/10/2015
Irrigações
23/06/2015
02/07/2015
13/07/2015
23/07/2015
03/08/2015
12/08/2015
24/08/2015
03/09/2015
14/09/2015
24/09/2015
05/10/2015
15/10/2015
11/11/2015
O experimento da cana-de-açúcar possui seis cultivares (RB855156; RB835486;
RB867515; RB855536; RB928064 e RB92579) e sete níveis de irrigação (0%, 7%, 17%,
36%, 46%, 75% e 100% da evapotranspiração (ETc)). Neste estudo, a cultivar de cana
escolhida foi RB855536, representada pela letra D e foram selecionadas quatro lâminas
de água, sendo Sequeiro 0% (S), Lâmina Hídrica 17% (LH17%); Lâmina Hídrica 46%
29
(LH46%) e Lâmina Hídrica 75% (LH75%) da ETc, além de uma área de Cerrado Nativo
(Cerr) adjacente à área de estudo como referência. O delineamento experimental foi em
blocos casualizados (3 blocos) com parcelas subdividas representadas pelas lâminas
hídricas selecionadas (Figura 4).
Figura 4. Croqui da área experimental, letra (D) corresponde a posição da cultivar escolhida. Os
tratamentos S; LH17%; LH46% e LH75% da Etc, mostram a posição das câmaras, na coleta de
N2O no solo, os blocos 2 e 3 seguem as lâminas na mesma posição correspondente ao bloco 1.
(S) Sequeiro; (LH17%)Lâmina Hídrica 17% da ETc (LH46%)Lâmina Hídrica 46% da ETc e (LH75%)
Lâmina Hídrica 75% da ETc.
A RB855536 foi selecionada por apresentar como características: bom
touceiramento, colmos eretos de diâmetro médio, cor arroxeada e bainhas semiabertas de
fácil despalha, alta produtividade industrial, ausência de florescimento e ótima brotação
de soqueira. O ideal é que esta cultivar seja plantada em ambientes de elevada fertilidade
e com suprimento hídrico adequado. Ela é resistente à escaldadura, mosaico, carvão e
estrias vermelhas (RIDESA, 2010).
Cada parcela é composta por uma fileira de plantas com 4,0 m de comprimento e
1,5 m de largura, sendo a área útil formada pelos 3,0 m centrais descartando 0,5 m de
cada lado para evitar o efeito bordadura. Foram instaladas duas câmaras estáticas fixas
por tratamento, sendo a câmara A na entrelinha; B na linha no canavial (Figura 5), num
30
total de 24 câmaras estaladas no solo, além de 3 câmaras no cerrado nativo adjacente a
área experimental.
Figura 5. Esquema da posição das câmaras estáticas na área experimental da cana-de-açúcar.
A irrigação foi realizada conforme o sistema Line Source Sprinkler System,
descrito por Hanks et al. (1976), e modificado para aplicação na forma de barras lineares
acopladas a um carretel (Figura 6), em que a lâmina de água aplicada na cultura decresce
do centro para as extremidades da área. O manejo da irrigação foi realizado com base na
metodologia Penman-Monteith (MONTEITH, 1965), recomendado pela FAO (SMITH,
1991).
As parcelas foram irrigadas em turnos de rega fixos com intervalos de 10 dias, e
receberam lâminas de irrigação que corresponderam a S, LH17%, LH46% e LH75% da
ETc, estimada através do balanço hídrico climatológico, utilizando-se a irrigação via
sistema auto propelido com barra irrigadora, com bocais conjugados e emissores XI-
Wobbler.
31
Figura 6. Barra irrigadora com sistema autopropelido e bocais conjugados (Line Source Sprinkler
System), em destaque as lâminas de água utilizadas. Embrapa Cerrados. 0% (S) 17% (LH17%)
46% (LH46%) e 75%(LH75%).
(S) Sequeiro; (LH17%)Lâmina Hídrica 17% da ETc (LH46%)Lâmina Hídrica 46% da ETc e (LH75%)
Lâmina Hídrica 75% da ETc.
A escolha do tratamento correspondente a S da ETc parte de seu suprimento
hídrico que foi completamente suspenso após a irrigação de salvamento, na tentativa de
reproduzir a realidade dos sistemas de produção de algumas usinas da região Centro-
Oeste, que possuem canaviais implantados em áreas sob longos períodos de deficiência
hídrica devido à estacionalidade pluviométrica apresentada pelo Cerrado. O tratamento
LH75% da ETc, entre as lâminas de irrigação, atingiu a máxima produção em
experimentos anteriores. As LH46% e LH17% representa o intermediário entre a máxima
e mínima escolhida, entre LH75%, LH46% e LH17% da ETc, a diferença entre as lâminas
intermediárias foi de 29% quando comparada a LH75% da ETc.
Foram realizadas duas aplicações de fertilizantes em cobertura durante a condução
do experimento, no dia 22/06/2015, correspondendo a 180 kg K2O ha-1 (Cloreto de
potássio), 120 kg N ha-1 (Sulfato de amônio), 80 kg P2O5 ha-1 (Super fosfato triplo). Na
segunda adubação de cobertura, 27/10/2015 corresponderam a 180 kg K2O ha-1 (Cloreto
de potássio), 360 kg N ha-1 (Sulfato de amônio), e 85 kg P2O5 ha-1 (Super fosfato triplo).
4.2. AMOSTRAGEM DO AR E ANÁLISES DOS FLUXOS DE N2O NO SOLO
Os fluxos de N2O no solo foram medidos durante sete meses (junho até janeiro),
utilizando o método de câmaras estáticas fechadas, compostas de uma base de metal
retangular de dimensão 38 x 68 cm (MOSIER et al., 2006). Durante esse período foram
32
realizadas 64 medições de N2O na área. As coletas contemplaram os turnos de irrigação,
períodos de chuva e as aplicações de fertilizantes, com frequência de duas a três vezes
após cada um desses eventos.
As bases de metal foram inseridas no solo na profundidade de 8 a 9 cm e
permaneceram durante todo o período de avaliação (Figura 7). A parte exposta possui
uma canaleta, na qual se insere borracha esponjosa para garantir vedação total de ar e uma
tampa retangular, com uma cobertura metalizada (quimanta) com uma espuma de 2 cm
de espessura entre a tampa e quimanta para refletir os raios solares e tamponar a
temperatura interna da câmara. O conjunto total da base com a tampa atinge altura de 10,5
cm. Esta parte superior somente foi acoplada na base metálica nos eventos de
amostragem.
A vedação da tampa foi realizada por meio de borracha esponjosa isolante e com
o auxílio de ligas de borracha. Sobre cada tampa retangular era fixada uma mangueira
com válvula de três vias, com abertura para acessar a câmara fechada, permitindo a
retirada dos gases no momento da coleta. Em cada parcela a amostragem de N2O em
campo foi acompanhada de medidas das temperaturas com o auxílio de termômetros
digitais nas câmaras e no solo para os cálculos de fluxos N2O.
Figura 7. Câmaras estáticas para realização da coleta de N2O no solo.
Antes de cada coleta foi realizado vácuo (2,0 mBar) nos vials (frascos headspace
de 20 mL e lacrados com septos de borracha clorobutírica). No total foram realizadas 85
coletas de gases por evento de amostragem, considerando os tempos 0, 15 e 30 min para
33
as coletas de cada tratamento, sempre no horário da manhã entre 8 e 10 h (ALVES et al.,
2012), incluindo o ar atmosférico, como referência.
Aproximadamente 30 mL de gás foram coletados com seringas de polipropileno
de 60 mL e mergulhados em bandejas com água destilada em ambiente refrigerado para
evitar perdas durante o tempo de espera de leituras no cromatógrafo. A determinação da
concentração do N2O foi realizada no Laboratório de Cromatografia Gasosa (Thermo
Scientific Model Trace 1310, equipado com uma coluna Porapak Q e um életron detector)
da Embrapa Cerrados, segundo metodologia descrita em Santos et al. (2014).
O valor final dos fluxos (µg de N- N2O m-2 h-1) foi obtido integrando a área de um
gráfico, que variava de acordo com a concentração de N2O (Figura 8). E antes de cada
conjunto de análises, eram injetadas algumas amostras com concentração conhecida de
N2O, que servem como padrões para o cálculo das concentrações em cada amostra. Os
padrões utilizados foram: 200 ppb, 600 ppb, 1000 ppb e 1500 ppb.
Figura 8. Passo a passo da coleta de N2O pelo solo realizado na cana-de-açúcar. Modelo de câmaras
estáticas.
1. Bomba de vácuo, 2.Bases inseridas no campo, 3.Câmaras estáticas, 4.Vials e 5.Cromatógrafo gasoso.
Os fluxos foram calculadas usando a seguinte equação por Steudler et al. (1989):
FN2O = (δC/δt) x (V/A) x ((1-e/P) /Vm).
Onde, o FN2O é o fluxo de N na forma de N2O (µg de N-N2O m-2 h-1), δC/δt é a
alteração na concentração de N2O na câmara em função do tempo (mol-1 s-1), e A são
34
respectivamente o volume (m3) e a área da câmara (m2), e/P é a pressão da água/ pressão
atmosférica na câmara (kPa kPa-1), Vm é o volume molar da câmara (m3 mol-1).
As emissões acumuladas foram estimadas plotando os valores médios dos fluxos de
N2O e a escala de tempo em um gráfico por integração, usando o software Sigmaplot
versão 10.0.
4.3. N-MINERAL NO SOLO
Além das amostras de gases, durante o experimento foram realizadas amostragens
de solo, nos períodos de irrigação, chuva e adubação, (três dias seguidos de coleta após
essa prática agrícola). As amostras foram coletadas na profundidade 0-10 cm, com um
trado do tipo holandês, com 3 subamostras coletadas em cada parcela, com 2 furos na
entrelinha e um furo na linha para cada tratamento, nas três repetições estabelecidas,
próximos às câmaras estáticas de gases. Em seguida, essas subamostras foram compostas
por homogeneização, totalizando uma amostra por dia de coleta, em cada tratamento para
determinar a umidade gravimétrica do solo e a concentração de N-mineral no solo (NO3-
e NH4+).
As amostras de solo foram colocadas em sacos plásticas e transportadas para o
laboratório em uma caixa térmica hermeticamente fechada (cooler) e com gelo. Para
determinação da umidade do solo, as amostras foram colocadas em latas metálicas cerca
de 40g de solo correspondente a cada tratamento, pesadas em uma balança (Marte Modelo
UX4200H e= 0,1g) e o valor gerado corresponde ao solo úmido, em seguida são levadas
para a estufa e mantidas a 105º C por 72 horas, quando foram novamente pesadas (solo
seco) visando a determinação da umidade gravimétrica. O Espaço Poroso Saturado por
Água (EPSA%) foi calculado pela fórmula:
EPSA (%) = (umidade gravimétrica (%) x densidade do solo) / porosidade total
do solo x 100;
Onde: porosidade total do solo = [1− (densidade do solo/2,65)], com 2,65 [g cm−3]
sendo a densidade das partículas assumida do solo.
Assim, cada amostra composta de solo foi constituída por três
subamostras/tratamento e a testemunha, Cerrado nativo. O nitrogênio mineral no solo
(NO3- e NH4
+) foi analisado por colorimetria no Lachat Quik chem FIA QC8500, série 2.
As amostras de solo foram descongeladas e colocadas em frascos de vidro com tampa
(snapcaps) onde são acrescentados 50 ml de cloreto de potássio (KCl) em seguida pesado
35
e anotado o seu valor. De cada amostra foram retirados aproximadamente 15g de solo e
colocados no frasco com KCl e pesados novamente (KCl + solo).
Cada amostra foi determinada em duplicata. Os frascos com o KCl + solo, são
mantidos por um tempo estimado em 24hs período para decantação e filtragem no dia
seguinte. Foram utilizados filtros de papel (Filtro Quanty, JP42, Permeabilidade ao ar:
31/s m²), para posterior análise colorimétrica na determinação do nitrogênio mineral no
solo (N-NO3- e N-NH4
+) (Figura 9).
Figura 9. Etapas para realização da coleta e extração do solo.
4.4. ANÁLISE ESTATÍSTICA
Os dados dos fluxos diários de N2O foram submetidos a um teste de normalidade
Shapiro Wilk, submetendo a análises paramétricas. Em seguida foi realizada análise de
variância (ANOVA) e as médias dos fluxos de N2O comparadas pelo teste de Tukey's
Studentized Range (p < 0,01 e p< 0,05) a fim de identificar possíveis diferenças entre os
tratamentos (S, LH17%, LH46% e LH75%).
Os fluxos diários de N2O e das variáveis edafoclimáticas (NO3-, NH4
+ e EPSA),
foram submetidos à análise de Correlação de Pearson e teste “t” de Student, para
determinar as relações e significâncias entre as co-variáveis.
36
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1.TEMPERATURA E UMIDADE RELATIVA DO AR
Os dados de temperatura média do ar (ºC) e umidade média relativa do ar UR (%),
durante a condução do experimento estão apresentados na figura 10. A temperatura média
diária do período avaliado variou de 16 ºC a 30 ºC, observando maiores valores de
temperatura no período de setembro a novembro. A média da umidade relativa do ar
variou de 22% a 95%, com comportamento inversamente proporcional à temperatura.
Figura 10. Temperatura média do ar (ºC) e Umidade relativa média do ar -UR (%) da Região
Administrativa de Planaltina-DF, durante o período entre junho de 2015 a janeiro de 2016.
A ocorrência e distribuição da precipitação pluviométrica, assim como as lâminas
de irrigação podem ser observadas na figura 11. Além da precipitação pluviométrica os
tratamentos receberam um total de água da irrigação de 82,94 mm, 224,45 mm e 365,95
mm, nas LH17%, LH46% e LH75%, respectivamente. Enquanto, o tratamento S só
recebeu a contribuição da precipitação pluviométrica que foi de 1.561,1 mm durante todo
o período de avaliação (Figura 11).
37
Figura 11. Precipitação Pluviométrica (mm) e Irrigação (mm) durante a condução do experimento,
no período de junho de 2015 a janeiro de 2016. LH17%; LH46% e LH75% correspondem as
lâminas de irrigação da cana-de-açúcar.
5.2.FLUXOS DE N2O E VARIAVÉIS EDAFOCLIMÁTICAS
5.2.1 DEPOIS DA PRIMEIRA ADUBAÇÃO
Para os fluxos diários de N2O, 21,6% dos dados foram significativos (p<0,05),
sendo o tratamento LH75% o que mais se diferenciou (figura 12). Durante o período
avaliado (24/06/15 a 29/01/16), os fluxos de N2O, apresentaram valores variando de -
41,20 a 109,95 µg m2 h-1. Os menores valores foram observados no Cerrado nativo, de -
41,20 a 32,78 µg m2 h-1. Em trabalhos de Carvalho et al. (2013), dos 34% de valores
obtidos no Cerrado nativo, 54% apresentaram-se negativos, evidenciando o seu
comportamento de dreno de N2O no solo, ou seja, com influxos de N2O devido à baixa
nitrificação em função de fatores como, acidez do solo, pH baixo ou <5 composição do
substrato e diversidade de microrganismos com ausência de nitrificantes. No solo sob
38
Cerrado predomina a forma amoniacal de N em detrimento da nítrica, indicando uma
baixa população de bactérias nitrificantes, o que pode ser considerada uma condição de
equilíbrio desses solos não incorporados ao uso agrícola. Chapuis-Lardy et al. (2007)
afirmam que o solo pode ser fonte ou dreno de N2O, e em solos do Cerrado, pela qualidade
do aporte de resíduo vegetal comparado aos sistemas agrícolas, o N é menos disponível
para o consumo da comunidade microbiana do solo (BRESSAN et al. 2013), e portanto,
esse fenômeno pode ser justificado para os chamados influxos de N2O.
Em relação aos tratamentos de lâminas de água aplicadas à cana-de-açúcar
observou-se a maior variação no tratamento LH75%, com fluxos que variaram de -8,4 a
109,95 µg m2 h-1, sendo este o maior valor observado durante o período do estudo. No
tratamento de S os valores de fluxos variaram de -29 a 40,9 µg m2 h-1 (Figuras 12 A e B).
No período de seca plena (junho a agosto) foram medidos os fluxos mais baixos
de N2O, inclusive apresentando 15,5% de influxos para os tratamentos de lâminas de
água, com variações de -3,39 a 13,29 µg m2 h-1. Depois da primeira adubação
(22/06/2015), realizada um mês após o 5° corte efetuado em maio, a elevada quantidade
de palhada e as altas relação C/N e lignina/N (COELHO, 2012), contribuíram para a
imobilização de N no solo. Nessas avaliações de fluxos de N2O depois da primeira
adubação, os fatores que podem ter contribuído para o processo de imobilização foram os
seguintes: alta relações lignina/N e C/N, temperaturas do solo mais amenas e o adubo
nitrogenado de N aplicado. A combinação desses fatores podem ter limitado a ocorrência
de nitrificação (HAUCK & TANJI, 1982; MOREIRA & SIQUEIRA, 2002).
O comportamento do N ligado à MOS ocorre por ação dos microrganismos, que
são afetados pelas condições edafoclimáticas, além da relação C/N que regula os
processos predominantes no solo (CANTARELLA, 2007; GOEDERT, 1986). No caso
da cana-de-açúcar, essa relação C/N é de aproximadamente 100:1 (JOHNSON et al.,
2007; GRAHAM et al., 2002), e seus resíduos vegetais depositados no solo contribuem
para imobilização de N, afetando o equilíbrio do N no solo (CANTARELLA, 2007) com
sua imobilização transitória. Costa (1991) em resíduos de gramínea encontrou alta relação
C/N (> 25), contribuindo para melhor estruturação do solo, enquanto baixa relação C/N
(< 20) pode promover, maiores taxas de decomposição, e consequentemente,
mineralização mais acelerada. Assim, deve-se reportar que no presente trabalho as
elevadas quantidades de palhada da cana-de-açúcar associadas aos altos valores de
relação C/N e de relação lignina/N no início das avaliações de fluxos de N2O depois da
adubação desfavoreceram o processo de mineralização do nitrogênio como relatados em
39
outros trabalhos (COELHO, 2012; CHAVES et al., 2004). Porém, nesse período inicial
das avaliações mesmo com baixos valores dos fluxos de N2O no solo, houve indicativo
influenciado pela quantidade de água. Assim, de junho a agosto, os maiores valores de
fluxos de N2O corresponderam ao tratamento LH75%, seguido pela LH46% (Figura
12A). A água é um fator limitante aos processos que influenciam a ocorrência de fluxos
de N2O no solo (ALLEN et al., 2008; MADARI et al, 2007), com os maiores valores
associados ao incremento do EPSA (Figura 13D). Nesse período, o EPSA variou de 40%
a 85%.
No mês de setembro foram observados os maiores fluxos de N2O, com o maior
valor registrado durante todo período de avaliação, um pico de 109,9 µg m2 h-1 para o
tratamento LH75%. No tratamento S e Cerr também foram observados os maiores valores
de 40,9 e 32,7 µg m2 h-1, respectivamente. Essa ocorrência dos mais altos valores pode
estar associada ao manejo de corte da cultura, considerando que o 5º corte da cana-de-
açúcar, havia ocorrido há três meses (maio) e resultou no aporte de quantidades elevadas
de palhada. A produtividade da cultivar escolhida em 2015 apresentou para os tratamentos
S, LH17%, LH46%, LH75%, (105,5; 108,3; 117,9; 171,3 t ha-1 respectivamente), com
alta relação C/N e relação lignina/N (COSTA, 1991). Assim, a decomposição da palhada
adicionada no solo nesse último corte, a produtividade de 171,3 t ha-1, as condições
favoráveis de temperatura à mineralização de N (23-25 ºC) (CANTARELLA, 2007) e o
EPSA acima de 65%, para o LH75% favoreceram a mineralização de N no solo, mas a
forma predominante de N nos solo foi a amoniacal (N-NH4+) (Figura13A), já que o
fertilizante nitrogenado aplicada foi sulfato de amônio.
40
Figura 12. Fluxos diários de N2O. Ampliação na escala de junho a agosto de 2015 (A); Fluxos
diários de todo o período avaliado (B); As setas indicam o início e término das duas adubações
realizadas em 22/06/15 e 27/10/15, considerando o efeito da adubação até um mês após a data.
Vermelho Sequeiro (S); Rosa Lâmina Hídrica 17% da ETc (LH17%); Azul Claro Lâmina Hídrica 46% da
Etc (LH46%); Azul Escuro Lâmina Hídrica 75% da ETc (LH75%) e Verde Cerrado Nativo (Cerr).
41
Figura 13.Variavéis edafoclimáticas. Amônio NH4+ (A); Nitrato NO3
- (B); Temperatura do Solo ºC
(C) e EPSA % (D), no período de junho 2015 a janeiro 2016.
Vermelho Sequeiro (S); Rosa Lâmina Hídrica 17% da ETc (LH17%); Azul Claro Lâmina Hídrica 46% da
Etc (LH46%); Azul Escuro Lâmina Hídrica 75% da ETc (LH75%) e Verde Cerrado Nativo (Cerr).
42
5.2.2. DEPOIS DA SEGUNDA ADUBAÇÃO
Nas coletas realizadas depois da segunda adubação (27/10/2015) foram
observados incrementos relevantes dos fluxos em todos os tratamentos, que apresentaram
comportamentos semelhantes (Figura 12), entre si, porém, os maiores picos foram
observados nos tratamentos LH17% atingindo valores 20 vezes superior (75 µg m2 h-1)
em relação a primeira adubação (4 µg m2 h-1), o tratamento LH46%, por sua vez,
apresentou fluxo de 47 µg m2 h-1 10 dias após a adubação. Entre os tratamentos, o que
recebeu maior lâmina de irrigação resultou em fluxo 76% inferior quando comparado ao
tratamento LH17% (Figura 12B). Em relação às co-variáveis, para os tratamentos
agrícolas nos dias de maior fluxo de N2O foi observado valores baixos de N-NO3- (valores
variaram de 3,5 a 9,1 mg kg-1) quando comparado ao N-NH4+, (valores variaram de 33,5
a 283 mg kg-1) mas houve disponibilização de nitrogênio sob a forma de NO3- , sendo
explicado pela disponibilidade 1g de NO3 equivale 1 m², 1000.000 mg NO3 corresponde
1 m², mas o que predominou foi a forma amoniacal. O EPSA permaneceu acima de 63%
neste período e os regimes térmicos em média de 24,3 ºC (Figura 13 A, B, C e D).
A combinação das co-variáveis EPSA e temperatura do solo com a decomposição
da palhada de cana-de-açúcar já depositada no solo há praticamente 6 meses na presença
de água, tanto da irrigação quanto de chuva (Figura 11) contribuiu para os picos de N2O
no solo com aplicação das lâminas de irrigação LH17% e LH46% detectados após a
segunda adubação. É importante ressaltar que foram monitoradas todas as co-variáveis
que podiam exercer influência nos fluxos de N2O pelo período de até um mês (período
considerado como influenciado pela prática da fertilização nitrogenada), sendo observado
que os maiores fluxos, independente do tratamento não aconteceram nos maiores valores
de N mineral, nem de EPSA. Observou-se que as temperaturas do solo encontravam-se
acima de 25 ºC (Figura 13C) e que o maior fluxo do período (75 µg m2 h-1), observado
na LH17%, aconteceu na temperatura mais elevada medida no solo tanto com aplicação
desse tratamento de irrigação quanto com os demais.
Além disso, pode-se verificar que à medida que a decomposição avançou a
concentração de N aumentou, consequentemente, houve também um incremento da
liberação de N2O no processo de mineralização depois da adubação com o sulfato de
amônio. Fluxos elevados de N2O para atmosfera ocorrem em situações de aplicações de
fertilizantes nitrogenados (CARVALHO, 2005; CARVALHO et al., 2006; SIGNOR et
al., 2013), o que associado a presença de água, potencializa os fluxos de N2O no solo
43
(BRAGA et al., 2011; CARVALHO et al., 2006; CARVALHO, 2005). O aumento dos
fluxos de N2O também está ligado ao incremento de umidade no solo, que ao reduzir
significativamente a difusão de O2 no solo favorece atividade das bactérias
desnitrificadoras (JANTALIA et al., 2008; METAY et al., 2011; MARTINS et al., 2015).
A adubação nitrogenada é um dos principais contribuintes para as emissões de
GEE em cana-de-açúcar, principalmente, o N2O (LISBOA et al., 2011; SIGNOR &
CERRI, 2013). Os efeitos de nitrogênio presente no fertilizante nos aumentos das
emissões de N2O já está relatado em solos brasileiros (CARVALHO et al., 2006;
SIGNOR et al., 2013; MARTINS et al., 2015), assim como o efeito da decomposição da
palhada (VARGAS et al., 2012). Porém, a presença de palhada da cana-de-açúcar na
superfície do solo favorece a imobilização do nitrogênio, devido à alta relação C/N e dos
elevados teores de celulose e lignina do material vegetal, que reduz ou inibe as reações
de nitrificação e desnitrificação no processo de mineralização da MOS (SIGNOR, 2010).
Em cana soca, a palhada da cultura comumente demostra ser um fator de emissão de N2O,
possivelmente, devido ao material ser menos lignificado como menores relação C/N e
lignina/N, consequentemente, com decomposição mais acelerada desse material vegetal
(MACEDO et al., 2008; ZOTELLI, 2012).
O EPSA variou de 36% a 85%, sendo observado que apenas no tratamento S, 20%
dos seus valores estiveram abaixo de 40%, enquanto todos os tratamentos irrigados foram
mantidos com umidade favorável aos fluxos de N2O (Figura 13 D), em função da maior
atividade das bactérias nitrificantes e desnitrificantes no solo, desde que as condições de
N mineral também estejam adequadas (LIU et al., 2007; DENMEAD et al., 2010).
Os teores de nitrogênio mineral no solo estão relacionados com as variáveis
temperatura, umidade e, subsequente EPSA (SCHMIDT, 1982). Nesse trabalho, os
valores de N-NO3- variaram de 7,38 a 15,71 mg kg -1, enquanto de N-NH4
+, permaneceram
entre 20,44 e 412,86 mg kg -1 (Figuras 13A e B). O maior valor de N-NH4+ foi no Cerrado
nativo, onde a forma predominante de nitrogênio mineral é amoniacal conforme
apresentado em outros trabalhos (CARVALHO et al., 2006; CRUVINEL et al., 2011;
CARVALHO et al., 2013; CAMERON et al., 2013). Os teores de N-NH4+ foram maiores
que N-NO3-, mostrando que a atividade biológica predominante foi a nitrificação e o
processo final da mineralização o N-NH4+ devido à fonte de sulfato de amônio do
fertilizante nitrogenado aplicado. Os maiores teores de N-NH4+ nos tratamentos agrícolas
S, LH17% e LH75% foram detectados concomitante com o aumento da temperatura do
44
solo, que é um fator abiótico regulador de processos microbianos (SOUZA & PRAST,
2012), (Figura 13 A e B).
Em condições de baixo potencial de oxidação ou ausência de O2 que ocorrem em
solos inundados, as limitações na disponibilidade de O2 no solo ocorrem pela alta
umidade, alta temperatura e disponibilidade de C oxidável (SCHMIDT, 1982) resultando
em desnitrificação, cujo produto final é o N2, e a falta de O2 pode também resultar em
acumulo de NH4+ (CANTARELLA, 2007). Davidson et al. (2000) observaram baixas
emissões de N2O, geralmente estão associadas com N-NH4+ como a forma dominante de
N inorgânico.
No presente trabalho, os picos de N-NH4+ podem estar relacionados com a fonte
de nitrogênio aplicada via fertilizante, ou seja, o sulfato de Amônio (NH4)2SO4, utilizado
nas adubações. As quantidades de 120 e 360 kg ha-1 de N na forma de (NH4)2SO4
aplicadas em cada uma das adubações podem ter influenciado a forma do nitrogênio
mineral predominante no solo, ou seja, a amoniacal. Os cultivos de milho e feijão
irrigados no Cerrado resultaram em teores elevados de N-NH4+ com aplicações de ureia
e sulfato de amônio (CARVALHO et al., 2008). Zotelli (2012) obteve maiores valores de
N-NH4+ após aplicação da adubação com N na forma amoniacal (78 N mg kg-1) enquanto,
Carmo et al. (2005) mostraram resultados semelhantes em pastagens de braquiária na
Amazônia. As quantidades de resíduos vegetais depositadas no solo nos sistema plantio
direto e cana sem queima podem resultar em um acúmulo de N-NH4+ (CANTARELLA,
2007), em condições que promovam a formação de sítios de anaerobiose e que impedem
a ação das bactérias aeróbias nitrificantes. Nesse caso ocorrerá o acúmulo de NH4+ no
solo devido à ausência da reação de nitrificação.
O EPSA, variou de 36 a 85%, também regula os teores de nitrogênio mineral,
refletindo a umidade do solo resultante das lâminas de irrigação e as camadas de palha
acumulada da cana-de-açúcar. Com a presença de água para elevar o EPSA do solo acima
de 60%, a desnitrificação se torna mais frequente, consumindo o NO3-, presente no solo,
e promovendo maiores emissões de N2O (CAMERON et al., 2013).
5.3. RELAÇÃO ENTRE N2O E AS VARIAVÉIS EDAFOCLIMÁTICAS
As correlações do N2O com as co-variáveis edafoclimáticas e entre elas foram
baixas, variando de -0,495 a 0,453 (Tabela 2). O N2O apresentou maior correlação com
N-NH4+ (0,453) no tratamento LH46% (p<0,01) e para o tratamento S com correlação
inversa de -0,324 (p<0,05). A maior correlação com os teores de N-NH4+ pode ser
45
explicado pela aplicação de nitrogênio via fertilizante na forma de (NH4)2SO4 e as
condições limitantes às bactérias nitrificantes, principalmente na lâmina de irrigação
LH75%, cujo potencial de oxirredução é baixo, resultando em acúmulo de N-NH4+
(CANTARELLA, 2007).
O N2O apresentou correlação significativa, porém baixa e positiva com a
temperatura do solo no tratamento LH17%, com 0,271 (p<0,05). Em relação à
temperatura do solo, A temperatura exerce influência nos fluxos de N2O, interferindo nos
processos bioquímicos e limitando a atividade da microbiota no solo (DAVIDSON et al.,
2006), porém seu efeito parece ser bastante pontual e altamente influenciado pela
temporalidade desta co-variável.
A variável EPSA apresentou correlações negativas com a TS e o NH4+, a maior
correlação observada foi com a variável NH4+ de -0,495 (p<0,05) no tratamento Cerr,
enquanto a menor -0,319 (p<0,05) no tratamento LH17%. O Cerrado apresenta teores
mais elevados de N-NH4+ no solo e valores baixos de EPSA (CRUVINEL et al., 2011).
Com a variável TS, o EPSA apresentou correlação de -0,369 (p<0,01) no tratamento
LH75%. A temperatura do solo intensifica a ocorrência de processos microbianos
(SOUZA & PRAST, 2012), enquanto o EPSA está ligado ao aumento de umidade no solo
(BRAGA et al., 2011). Ambas essenciais ao processos de mineralização de nitrogênio
(CANTARELLA, 2007).
Na correlação feita separadamente por adubação, na primeira aplicação de
fertilizante (22/06/2015), considerando até um mês após a adubação, as variáveis
edafoclimáticas que apresentaram correlações positivas foram o N-NH4+ com a variável
N-NO3-, de 0,6768 (p<0,05), no LH46%. Na segunda aplicação de fertilizantes
(27/10/2015), a variável N2O apresentou correlação de 0,594 (p<0,05), com EPSA. A
umidade do solo, expressa no EPSA, é uma variável relevante para explicar a emissão de
N2O após a aplicação de fertilizantes (SIGNOR & CERRI, 2013), desde que haja presença
de N no substrato.
46
Tabela 2. Correlação entre as emissões diárias de N2O e suas variáveis edafoclimáticas por
tratamento.
N2O NO3- NH4
+ TS ESPA
S N2O - 0,054ns -0,324* -0,122ns 0,738ns
NO3- 0,054ns - -0,099ns 0,048ns 0,147ns
NH4+ -0,324* -0,099ns - 0,214ns -0,466ns
TS -0,122ns 0,048ns 0,214ns - 0,017ns
ESPA 0,738ns 0,147ns -0,466ns 0,017ns -
LH17% N2O - -0,026ns -0,211ns 0,271* 0,121ns
NO3- -0,026ns - 0,401** 0,115ns -0,085ns
NH4+ -0,211ns 0,401** - 0,083ns -0,319*
TS 0,271* 0,115ns 0,083ns - -0,001ns
ESPA 0,121ns -0,085ns -0,319* -0,001ns -
LH46% N2O - -0,010ns 0,453** 0,112ns 0,211ns
NO3- -0,010ns - 0,017ns -0,252ns 0,041ns
NH4+ 0,453** 0,017ns - 0,033ns -0,481ns
TS -0,122ns -0,252ns 0,033ns - -0,052ns
ESPA 0,211ns 0,041ns -0,481ns -0,052ns -
LH75% N2O - 0,220ns -0,206ns 0,109ns 0,168ns
NO3- 0,220ns - 0,392** 0,261ns -0,023ns
NH4+ -0,206ns 0,392** 0,018ns -0,232ns
TS 0,109ns 0,261ns 0,018ns - -0,369**
ESPA 0,168ns -0,023ns 0,232ns -0,369** -
Cerr N2O - 0,113ns -0,334ns -0,053ns 0,203ns
NO3- 0,113ns - -0,256ns -0,075ns 0,163ns
NH4+ 0,334ns -0,256ns - 0,187ns -0,495*
TS -0,053ns -0,075ns 0,187ns - 0,336ns
ESPA 0,203ns 0,163ns -0,495* 0,336ns - Significativo a 5% (*) p< 0,05; 1% (**) p<0,01; não significativo (ns).
5.4. N2O ACUMULADO NA CANA-DE-AÇÚCAR
As emissões acumuladas de N2O no período de 24/06/15 a 26/11/15 estão
apresentadas na Figura 14. No total acumulado até a finalização do presente trabalho e
que não contempla a colheita da cana observa-se que os valores variaram de 0,24 a 1,03
kg ha-1, existindo assim acréscimo dos valores em função da água aportada pelo sistema,
seja pela irrigação e/ou precipitação pluviométrica. O tratamento S foi o que apresentou
menor emissão acumulada, enquanto o LH75% apresentou emissão acumulada 4,2 vezes
maior quando comparado ao tratamento de sequeiro.
47
O incremento de água promovido pelas lâminas hídricas crescentes associadas à
fertilização resultou em aumentos relevantes de N2O acumulado no solo. Entretanto, será
necessário completar o ciclo até a colheita da cana-de-açúcar para determinação final
dessa métrica que servirá de referência para cálculo de fator de emissão nos sistemas de
cana-de-açúcar com lâminas crescentes de irrigação. Avaliações de fluxos de N2O no solo
com uso de braquiária ruziziensis como planta de cobertura em sucessão à cultura de
milho resultaram em 1,20 N-N2O kg ha-1 durante o ciclo do milho com aplicações de 150
kg ha-1 N, na forma de úreia. Braquiária ruziziensis possui baixos teores de lignina e
baixa relação lignina/N (CARVALHO et al., 2011; 2012), consequentemente,
decomposição acelerada dos seus resíduos vegetais, e que quando na presença do
nitrogênio via fertilizante, seja das adubações de plantio ou de cobertura no milho resulta
em maiores emissões de N2O quando comparada ao milheto também em parcelas com
aplicação de fertilizante nitrogenado em cobertura no milho (CARVALHO et al., 2014).
Figura 14. Emissões acumulados de N2O (kg ha-1), sob sistema de plantio irrigado com cana-de-
açúcar, Planaltina, DF.
48
Abdalla et al. (2014) ao compararem diferentes sistemas com uso de plantas de
cobertura e convencional concluíram que a eficiência do sistema de cultivo na mitigação
GEE depende essencialmente do “sequestro” de carbono pela planta de cobertura no
sistema. A capacidade de absorver o CO2 da atmosfera deverá compensar as maiores
emissões de N2O, em alguma fase de exploração nesses sistemas, resultando em um
balanço favorável à mitigação de GEE. Assim, no presente trabalho as maiores emissões
de N2O com irrigação poderão ser compensadas pela eficiência em produtividades 105,5;
108,3; 117,9; 171,3 t ha-1 respectivamente, nos tratamentos S, LH17%, LH46%, LH75%,
da cana irrigada, o uso de combustíveis fosseis, resultando em maiores aportes de palhada
no solo e consequente estoques ou “sequestros de C” no solo. Assim, desde que não haja
remoção da palhada de cana-de-açúcar com fins de cogeração na Usina de cana-de-
açúcar, é possível um balanço de GEE pelo maior aporte de resíduos vegetais e C no solo
à medida que se incrementa a produtividade da cana-de-açúcar com aumento relativo de
água na irrigação.
49
6. CONCLUSÕES
Os resultados obtidos nas condições desse trabalho permitem concluir que:
Possivelmente valores elevados de lignina/N e C/N, temperaturas mais amenas do
solo e o N aplicado como sulfato de amônio na adubação limitam a ocorrência de
nitrificação no solo logo depois do corte da cana-de-açúcar e resultam em baixos valores
de fluxos de N2O.
O maior valor de fluxo de N2O no solo durante todo período de avaliação ocorre
no fim do período de seca, entre a primeira e segunda adubação, na maior lâmina de
irrigação (LH75%).
Valores elevados de EPSA e de temperatura do solo com a decomposição mais
acelerada da palhada de cana-de-açúcar contribuem para os picos de N2O no solo com
aplicação das lâminas de irrigação após a segunda adubação.
A forma de N aplicada na fertilização resulta em teores mais elevados de N-NH4+
no solo em relação a N-NO3-.
O incremento de água promovido pelas lâminas hídricas crescentes associadas a
fertilização resulta em aumentos relevantes de N-N2O acumulado no solo com maior
valor de N acumulado na maior lâmina de irrigação (LH75%) avaliada.
A capacidade de absorver o CO2 da atmosfera poderá compensar as maiores
emissões de N2O desde que tenha o aporte da palhada no solo sendo possível um balanço
favorável a mitigação de GEE’s na cana-de-açúcar irrigada.
50
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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