Emissões de CO2 , particionamento da respiração e qualidade da matéria orgânica em solos sob cultivo de eucalipto no Cerrado

Abstract

O Cerrado brasileiro contribuí com 20-30 % da produção primária global, e a conversão de áreas nativas com o corte e queima de vegetação seguida do cultivo do solo resulta em mudanças na dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS), com alterações nas emissões dos gases causadores de efeito estufa (CO 2 ) da biosfera para a atmosfera e na composição da MOS. Sistemas de cultivo conservacionistas que privilegiam o aporte de resíduos ao solo e menor revolvimento deste podem mitigar a redução nos conteúdos de C do solo e ocasionar mudanças na qualidade da MOS causada pela substituição dos sistemas naturais. Plantações de eucalipto estão inseridas neste contexto, como potenciais sequestradoras de C da atmosfera, pela expressiva produção de biomassa vegetal em curto espaço de tempo. No entanto, pouco se sabe sobre as emissões de CO 2 por florestas plantadas de eucalipto. Desta forma, este trabalho objetivou avaliar o potencial das florestas plantadas de eucalipto na emissão de CO 2 , estimar a contribuição relativa da respiração das raízes e da MOS no CO 2 emitido pelo componente solo utilizando a composição isotópica do carbono do CO 2 e determinar a variabilidade sazonal das emissões dos gases CO 2 no capitulo 1 e determinar as alterações moleculares da matéria orgânica do solo pela adição de resíduo de eucalipto por meio da técnica de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) no Capitulo II. Para isso, no experimento do Capitulo I foram feitas determinações dos fluxos CO 2 do solo, e da sua composição isotópica em floresta adulta de eucalipto, mantendo como referência uma de cerrado nativo adjacente. Foram instalados encaixe de câmaras para monitoramento dos fluxos de CO 2 em superfície e razão isotópica do CO 2 dos diversos compartimentos in situ. Além de instalados tubos de coleta de ar em profundidade nas camadas 0 - 10; 10-20; 20-40; 40-60 e 60 - 100 cm, distribuídos na linha e entrelinha, todas as determinações foram realizadas por meio do parelho cavity ringdown laser spectroscopy (CRDS). A umidade e a temperatura do solo foram medidas por ocasião das coletas nas época seca e época chuvosa. O cálculo utilizado para particionamento da respiração foi o proposto por Millard et al. (2010). No experimento do Capítulo II, foram extraídos a matéria orgânica associada aos minerais (MAM) de três solos com diferenças texturais, teores de Fe e teores iniciais de carbono (C) da região de Cerrado provenientes de experimento de incubação com resíduo de plantas de eucalipto enriquecido com 13 C e 15 N para avaliação das alterações da composição molecular via 13 C e 15 N NMR multiple cross polarization (MultCP). As maiores emissões de CO 2 foram encontradas na época chuvosa, sendo que o eucalipto apresentou menores fluxos que a mata nativa na época chuvosa e não diferiu na época seca. Na condição seca, o eucalipto possui menor respiração heterotrófica, enquanto que na época chuvosa não ocorreu diferença. As concentrações de CO 2 em profundidade entre os usos diferiram nas camadas mais profundas. Em relação a qualidade da MOS por meio da 13 C RMN, observou-se maior predominância do grupo O-alkyl C (28%) e que a estabilização da MAM do solo parece estar mais relacionada as características mineralogia e amorficidade dos óxidos de Fe e Al do que ao teor de Fe, textura e déficit de saturação de C. A adição do resíduo vegetal reduziu a aromaticidade em 29%, principalmente pela redução dos compostos aromáticos não protonados. Observou-se por 15 N NMR a predominância de compostos amida e essa foi maior nos solos com maior nos solos com maiores teores iniciais de C e não houve padrão em relação as outras características do solo avaliadas.

The Brazilian Cerrado contributes 20-30% of global primary production and the conversion of native forests by cutting and burning vegetation followed by the cultivation of the soil results in changes in the soil organic matter dynamics (SOM), with changes greenhouse gases emissions (CO 2 ) from the biosphere to atmosphere and SOM composition. Conservation cultivation systems that favor the vegetal residue inputs to the soil and soil tillage reduction could mitigate the losses of C content in soil, and SOM quality modifications, caused by the natural systems substitution. Eucalyptus plantations is inserted in this context, as potential sequester of C from the atmosphere, by the significant biomass production in a short time. However, information about the CO 2 emissions and SOM compositions by planted eucalyptus forests is still incipient. Thus, firstly, this study aimed at evaluating the potential of eucalyptus planted forests in surface soil CO 2 emissions, estimating the relative contribution of root and SOM respiration in the CO 2 emitted by soil component using the isotopic composition of carbon and determining the CO 2 emissions seasonal variability. Secondly, determining the soil organic matter molecular changes by adding eucalyptus residue by Nuclear Magnetic Resonance technique (NMR). For this, in Chapter I experiment was evaluated CO 2 soil surface emissions, and its isotopic composition in adult eucalypt forest, and a native vegetation as reference. Chambers were installed for CO 2 effluxes monitoring in soil surface and CO 2 isotope ratio of different compartments in situ. Besides tubes of depth were installed into the 0-10; 10- 20; 20-40; 40-60 and 60-100 cm layers to collect air, it was distributed in row and interrow, all determinations were performed using cavity ringdown spectroscopy (CRDS). The soil moisture and temperature were measured during both dry and rainy season. The calculation used to soil partitioning respiration was proposed by Millard et al. (2010). In Chapter II experiment, organic matter associated with minerals (MAOM) were extracted from three different representative tropical soil with different textural soil, Fe and Al content and initial carbon (C) located in Cerrado region. These soil were incubated with enriched eucalyptus plant residues 13 C and 15 N to assess the changes in the molecular composition by 13 C and 15 N NMR multiple cross polarization (MultCP). The greater CO 2 emissions were in the rainy season, and the eucalyptus had lower efflux then native forest in the rainy season and did not differ in the dry season. In dry condition, eucalyptus has a lower heterotrophic respiration, while in the rainy season there was no difference. The CO 2 concentrations in depth were higher in native vegetation than eucalypt in high soil moisture condition. Regarding the SOM quality by 13 C NMR, there was a higher prevalence of group O- alkyl C (28%) and the stabilization of MAOM, and seems to be more related to mineralogy characteristics and amorphicity of Fe and Al oxides than the Fe and Al content, texture and saturation deficit C. The addition of plant residue reduced the aromaticity by 29%, mainly by reducing aromatics not protonated. The predominant compound-N was the amide and its contribution was higher in soils with higher initial C content, but was it was not influenced by the soil characteristics evaluated.