Tema Impactos, vulnerabilidade e adaptação Mesa Redonda 3 Ecossistemas Agrícolas e Naturais Nitrogênio

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1 Tema Impactos, vulnerabilidade e adaptação Mesa Redonda 3 Ecossistemas Agrícolas e Naturais Nitrogênio Luiz A Martinelli (CENA/USP)

2 Eutrophication dead zones Very mobile in nature O green house gas Essential for life N Limiting nutrient Carbon s best friend Commodity (fertilizer) Regulates biodiversity

3 BC 500 AD Year s Early agriculture Agriculture revolution Green revolution GMO Agribusiness Historical agriculture Scientific agriculture Feudal agriculture BNF Mineral fertilizer World population (billions)

4

5 5,1 5,0 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 4, Décadas Área cultivada (bilhões de ha) Consumo Nfertilizante (milhões de toneladas)

6 N2 Floresta terrafirme 25 kg N/ha.ano Soja 70 a 250 kg N/ha.ano

7 Produção termal (2)Produção de energia + O 2 = 2NO Norgânico pirólise XCH 2 NH 2 + 3O 2 = CO H NO 2 + X NO x = NO + NO 2 Emissão de NOx (milhões de toneladas de N) Décadas

8 Contabilidade sobre o N convertido** pelo Homem em 2002 (milhões de toneladas por ano) **convertido: Natmosférico não reativo N reativo Produção de NFertilizantes: 85 Processos industriais: 15 (não mostrados) Produção de Energia: 30 Cultivo de Fixadoras: 30 TOTAL Nr: 160 milhões de toneladas Fixação Biológica Natural: 110 milhões de tonel. TOTAL: 270 milhões de toneladas

9 Agricultural systems are Nleaky systems!!! Produced fertilizer Applied fertilizer Absorbed nitrogen Harvested nitrogen Food nitrogen Human nitrogen 100 units 94 units 47u 31u 26u 14u Produced fertilizer Applied fertilizer Absorbed nitrogen Harvested nitrogen Animal nitrogen Human nitrogen 100 units 94 units 47u 31u 7u 4u Galloway et al. (2002)

10 Natural ecosystems 1998 Agricultural ecosystems 1998 Bouwman et al. (2005)

11 x10 2 kg/ha.yr Galloway et al. (2005)

12 x10 2 kg/ha.yr Galloway et al. (2005)

13 x10 2 kg/ha.yr Galloway et al. (2005)

14 Lara et al. (2005) Lara et al. (2002) Krusche et al. (2003)

15 The Nitrogen Cycle Nrich natural system Biological fixation NH 3 deposition volatilization O + Reciclagem Floresta denitrification OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification Fonte: Regina e Flavio Luizão (INPA); Martinelli, Nardoto (CENA), Ometto (IGBP)

16 The Nitrogen Cycle Npoor natural system biological fixation NH 3 volatilization deposition Cerrado O + denitrification reciclagem OM mineralization NH 4 + NO 3 nitrification Fonte: Bustamante, Miranda, Klink (UnB)

17 The Nitrogen Cycle Npoor natural system biological fixation NH 3 volatilization deposition Cerrado O + denitrification reciclagem OM mineralization nitrification NH 4 + NO 3

18 The Nitrogen Cycle Npoor natural system biological fixation NH 3 volatilization deposition O + denitrification reciclagem OM mineralization NH 4 + NO 3 nitrification

19 The Nitrogen Cycle Npoor natural system biological fixation NH 3 deposition volatilization O + denitrification reciclagem OM mineralization NH 4 + NO 3 nitrification

20 The Nitrogen Cycle Nrich natural system Biological fixation NH 3 deposition volatilization O + Reciclagem Floresta denitrification OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification

21 The Nitrogen Cycle Nrich natural system Biological fixation NH 3 deposition volatilization O + Reciclagem Floresta denitrification OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification

22 The Nitrogen Cycle Nrich natural system Biological fixation NH 3 deposition volatilization O + denitrification Reciclagem Floresta OM Mineralization NH 4 + nitrification NO 3

23 The Nitrogen Cycle Npoor agricultural system N harvest Biological fixation NH 3 volatilization deposition O + Reciclagem Pastagem denitrification OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification Fonte: Cerri & Cerri (CENA), Melillo, Neill (WHOI), Bernoux (IRD)

24 The Nitrogen Cycle Nintensive agricultural system Biological fixation Nfert NH 3 volatilization N harvest O + denitrification Reciclagem Milho OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification

25 The Nitrogen Cycle Nintensive agricultural system Biological fixation Nfert NH 3 volatilization N harvest O + denitrification Reciclagem Soja OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification

26 The Nitrogen Cycle Nintensive agricultural system Biological fixation Nfert volatilization NH 3 N particle N harvest O + denitrification Reciclagem Cana OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification

27 Biological fixation volatilization NH 3 Nparticle Nharvest Nfert O + denitrification Reciclagem Cana OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification Fonte: Trivelin, Gava, Oliveira (CENA); Vitti (ESALQ), Cantarella (IAC)

28 Biological fixation volatilization NH 3 Nparticle Nharvest Nfert O + denitrification Reciclagem Cana OM Mineralization NH 4 + NO 3 nitrification Fonte: Trivelin, Gava, Oliveira (CENA); Vitti (ESALQ), Cantarella (IAC), Urquiaga (Embrapa)

29 If Meq/M>1.0, there will be net climate warming, the greenhouse warming by in creased O release to the atmosphere then being larger than the quasicooling effect from saved fossil CO 2.

30 HNO 3 Atmosphere PM & Visibility Effects Ndep Green House Gas x300 CO2 Food Production N Soil Acidification Agroecosystem Effects Crop NH 3 Animal Biodiversity Loss Ndep Forests & Grassland Terrestrial Ecosyste ms O People (Food; Fiber) Soil Soil N org NO 3 NO 3 O Human Activities Groundwater Effects The Nitrogen Cascade Surface water Effects Coastal Effects Ocean Effects Galloway et al., 2003a Denitrificação Aquatic Ecosystems

31

32 Atmosfera HNO3 NH4+ NO3 + 2H+ 2H+ Solo Planta NO3 OH Solo H+ + NO3 Ca+2 Mg+2 Na+ H+ Al+3 Al+3 Al+3 H+ Água