XIII SBSR. Mudanças ambientais globais e o ciclo do nitrogênio. Luiz Antonio Martinelli CENA-USP
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- Rayssa de Barros Sampaio
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1 XIII SBSR Florianópolis - SC Mudanças ambientais globais e o ciclo do nitrogênio Luiz Antonio Martinelli CENA-USP
2 Qual a importância do N? 1) O N limita a produção primária na maioria dos ecossistemas. 2) Portanto, limita a aquisição de carbono e regula o ciclo deste elemento. 3) Conseqüentemente regula a dinâmica e a composição da maioria dos ecossistemas. 4) É extremamente móvel na natureza, seu estado de oxidação varia de -5 a +3, tendo inclusive uma importante fase gasosa. 5) Sendo um fator limitante na agricultura, o N passa a ter um valor econômico, além de ecológico. 6) O homem, na busca de alimento, tem exercido enorme influencia na sua dinâmica 7) Eu gosto do N!!!
3 Tô indo no supermercado. Você quer alguma coisa? Fonte: Tattersall (2000) Scientific American
4 Banana a.c. Trigo a.c. Soja a.c. Milhi a.c. Mandioca a.c. Cofé? Fonte: museum.agropolis.fr/english/pages/expos/fresque/carte_agriculture.htm
5 Trajano Julius Caesar 102 a.c. 44 a.c Augustus 63a.C. 14 d.c. Marcus Aurelius
6 N 2 DENITRIFICAÇÃO DEPOSIÇÃO N 2 O FOTOSÍNTESE N 2 Atmosfera FBN Raios NH 3 MIN. NITRIF. NH 4 NO3 Plantas Solo FBN LIXIVIAÇÃO N 2 DENITRIFICAÇÃO N 2 O Meio Aquático
7 N 2 NH 3 N N N 2 + 3H 2 + Energia 2NH 3
8 Sir William Crookes População mundial (milhões de habs.) FBN Anos (x1000)
9 O processo Haber-Bosch CH 4(g) + H 2 O (g) CO (g) + 3H 2(g) N 2(g) + 3H 2(g) <--> 2NH 3(g) T 450 o C P 200atm Fritz Haber ( ) Prêmio Nobel em 1918 Síntese da amônia Primeiro teste em escala comercial: 1909 Carl Bosch ( ) Prêmio Nobel em 1931 BASF síntese da amônia em escala industrial Catalisador Fe x Ur (1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados
10 (1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados População (bilhões de hab.) N-fert. escala industrial Haber-Bosch Décadas
11 (1) (2) África Haiti Hol China USA BR África Haiti Consumo anual de N-fert (kg/habitante) (3) 3500 (4) África Haiti China USA BR China USA BR Hol Hol (1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados Hol China USA BR África Haiti Disponibilidade per capita de cereais (g/hab.dia) Consumo de N fert (kg/ha) Energia disponível (kcal/hab.dia)
12 (1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados Resumo: Consumo de N-fertilizantes 2002: 85 milhões de toneladas de N (maior consumidor CHINA 25 milhões de toneladas) 50% do N necessário para a produção de alimentos vêm dos fertilizantes. Seria difícil viver sem eles. 65% utilizado na produção de cereais Distribuição não uniforme 1 hectare na HOLANDA recebe 300 toneladas de N por ano 1 hectare no HAITI recebe anualmente 9 toneladas de N por ano
13 N 2 N 2 N 2 N 2 N 2 N 2 N 2 N2 Floresta terra-firme 25 kg N/ha.ano N 2 Soja 70 a 250 kg N/ha.ano
14 Resumo: cultivo de leguminosas e outras plantas fixadoras 2002: 30 milhões de toneladas de N (Fixação não induzida produz cerca de 110 milhões de toneladas de N) Detalhe importante: fixação de N na soja ocorre principalmente no Brasil, através de seleção de variedades fixadoras. Estima-se que no Brasil a soja fixe cerca de 70 a 80% do N que necessita durante seu ciclo.
15 Produção termal (2)Produção de energia N 2 + O 2 = 2NO N-orgânico pirólise X-CH 2 NH 2 + 3O 2 = CO H NO 2 + X NO x = NO + NO 2
16 (2)Produção de energia Emissão de NOx (milhões de toneladas de N) Décadas Van Aardenne, J.A., Dentener, F.J., Olivier, J.G.J., Klein Goldewijk, C.G.M. and J. Lelieveld (2001) A 1 x 1 degree resolution dataset of historical anthropogenic trace gas emissions for the period Global Biogeochemical Cycles,15(4),
17 (2)Produção de energia Resumo: Produção de Energia 2002: 30 milhões de toneladas de N (emissão de NO x durante queima de com. fósseis) Detalhe importante: tempo de residência na atmosfera de 5 dias. Portanto, maioria do N é depositado onde foi produzido. Observação: N 2 O que é um gás importante no aumento do efeito estufa é muito pouco produzido pela queima de combustíveis fósseis.
18 Contabilidade sobre o N convertido** pelo Homem em 2002 (milhões de toneladas por ano) **convertido: N-atmosférico não reativo N reativo Produção de N-Fertilizantes: 85 Processos industriais: 15 (não mostrados) Produção de Energia: 30 Cultivo de Fixadoras: 30 TOTAL Nr: 160 Fixação Biológica Natural: 110 TOTAL: 270 milhões de toneladas
19 (1) Produção de Fertilizantes Nitrogenados A pergunta que não quer calar 2002: 6.2 bilhões de habitantes Ser humano: 2 kg N/ano Humanidade: 12 milhões de toneladas de N por ano Nr criadopelohomem: 160 milhões de toneladas de N por ano : 148 milhões de toneladas de N por ano Qual o destino desses 148 milhões que estão sendo criados?
20 Energy Production Food Production People (Food; Fiber) Human Activities N N org NH 3 Agroecosystem Effects Crop Ozone Effects Soil Animal NO 3 Atmosphere Groundwater Effects PM & Visibility Effects N-dep Terrestrial Ecosystems Forests & Grassland Soil NO 3 Stratospheric Effects N-dep N 2 O N 2 O The Nitrogen Cascade Surface water Effects Coastal Effects Ocean Effects Galloway et al., 2003a Denitrificação Aquatic Ecosystems
21 Galloway et al. (2004)
22
23
24 Deposição úmida de nitrogênio (kg N/ha.ano) Campinas - SP Bragança SP Ji-Paraná RO Piracicaba SP S.Maria da Serra SP Parque Intervales SP Balbina AM Fonte: Lara et al. (2004)
25 Chuva ácida na bacia do rio Piracicaba ph= Lara et al. (2003)
26 Foto cedida por Paulo Artaxo Amazônia desmatamento 2003: km : km 2 Fonte: IBMA, hot pixel, 1998
27 Foto cedida pelo IBAMA Lara et al. (submetido Biogeochemistry)
28 Atmosphere Food Production People (Food; Fiber) N N org Agroecosystem Effects Crop Animal Soil Terrestrial Ecosystems Forests & Grassland Soil Human Activities The Nitrogen Cascade Galloway et al., 2003a Aquatic Ecosystems
29 Atmosphere Food Production People (Food; Fiber) N N org Agroecosystem Effects Crop Animal Soil Terrestrial Ecosystems Urban centers Human Activities The Nitrogen Cascade Galloway et al., 2003a Aquatic Ecosystems
30 Atmosphere N 2, N 2 O Food Production People (Food; Fiber) N N org Agroecosystem Effects Crop Animal Soil Terrestrial Ecosystems Urban centers Human Activities NO 3, NH 4, Norg The Nitrogen Cascade Galloway et al., 2003a Aquatic Ecosystems
31 Atmosphere N 2, N 2 O Food Production People (Food; Fiber) N N org Agroecosystem Effects Crop Animal Soil Terrestrial Ecosystems Urban centers Human Activities NO 3, NH 4, Norg The Nitrogen Cascade Galloway et al., 2003a Aquatic Ecosystems
32 Chile (Andes): 9,527mm 0.9 kg.ha -1.yr -1 (Oyarzun et al., 2004) 50,00 São Paulo Amazon 5,00 0,50 0,05 Run off (m m.yr -1 ) DIN export (kg.ha -1.yr -1 )
33 MUNDO 852 milhões de pessoas mal nutridas no mundo 815 milhões em países em desenvolvimento 15% do mundo passa fome!!! 1.2 bilhões de pessoas vivem com menos de US$ 1/dia 17% da população do mundo não tem acesso a água potável 40% não tem acesso a serviços de saneamento BRASIL 15.6 milhões de pessoas mal nutridas no país 9% da população passa fome!!! SERÁ QUE ESTÁ VALENDO A PENA?
34 Summary -Knowledge gaps at the national level - Improve measurements on nitrogen biological fixation in natural systems Keep an eye in the four Cs (citrus cellulose coffee - cane) Monitoring network on nitrogen wet and dry deposition Monitoring network on euthrophication of reservoirs and estuaries Proposition of public policies
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