Emissão de Dióxido de Carbono em Solos de Áreas de Cana-de-açúcar sob Diferentes Estratégias de Manejo

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1 Emissão de Dióxido de Carbono em Solos de Áreas de Cana-de-açúcar sob Diferentes Estratégias de Manejo Newton La Scala Jr. FCAV / UNESP, Jaboticabal, SP, Brasil São Paulo, SP, Setembro de 2013

2 E. B. Figueiredo 2011

3 Metodologia Aguiar et al Figure 1. Sugarcane crop map for São Paulo State. Source: Canasat Project (

4 Tabela 2. Panorama das áreas colhidas com ou sem a prática da queima, com os respectivos percentuais em relação ao total colhido no Estado de São Paulo. ano crua (ha) crua (%) queimada (ha) queimada (%) total (ha) , , , , , , , , , , , , , , Fonte: Projeto CANASAT - INPE ( L. I. Perillo et al. 2013, Canasat (INPE)

5 Metodologia: IPCC 2006 Tabela 4.Fatores de emissão médio utilizados nas estimativas das emissões de gases de efeito estufa na produção da cana-de-açúcar no Estado de São Paulo. Fonte de emissão Fator de emissão médio Unidade Diesel 3,13 (kg CO 2 eq L -1 ) Inseticida 21,90 (kg CO 2 eq kg i.e -1 ) Herbicida 20,96 (kg CO 2 eq kg i.e -1 ) Fertilizante nitrogenado 8,52 (kg CO 2 eq kg N -1 ) Fertilizante fosfatado 0,73 (kg CO 2 eq kg P 2 O -1 5 ) Fertilizante potássico 0,54 (kg CO 2 eq kg K 2 O -1 ) Calagem 0,44 (kg CO 2 eq kg calcário -1 ) Queima de biomassa 10,83 (kg CO 2 eq TC -1 ) * For more details see supplementary material. L. I. Perillo et al. 2013

6 Figura 2. Emissão de gases de efeito estufa (Gg CO 2 eq ano -1 ) e percentual no ano nas emissões totais de acordo com as etapas de manejo da cana-de-açúcar durante o período de 2006 a 2012 no Estado de São Paulo. L. I. Perillo et al. 2013

7 Figura 5. Comparativo e projeção das emissões relativas para o manejo da canade-açúcar no Estado de São Paulo. L. I. Perillo et al. 2013

8 Cana Crua kg CO 2 eq ano -1 (=760 kg C) +Mecanizada (diesel x Litros) + Fert. Sintético N (+112 x 88 kg N h -1 ano -1 ) + Sequestro C solo: 320 kg y -1 (1,173 kg CO 2 eq) Queima dos Resíduos (CH4 + N2O) kg CO 2 eq ano -1 Figueiredo & La Scala 2011 Cana Queimada

9 Table 1. Emission sources and greenhouse gas considered in each of the practices conducted in sugarcane agricultural and mobile combustion sectors. Sector Emission sources for burning and green harvest system Agricultural GHG emissions due to the burning of the agricultural residues - CH 4 - N 2 O N 2 O direct and indirect emissions from managed soils - N synthetic fertilizer - N from organic composts (Filtercake and vinasse) - N from sugarcane residues CO 2 emissions due lime application Soil Carbon Sequestration Mobile Combustion (Diesel vehicle) Emissions due fossil fuel use (Diesel oil) - CO 2 - CH 4 - N 2 O Figueiredo & La Scala 2011

10 Table 2. Annual amount of agricultural supplies applied and fossil fuel consumption (Medium values for a five years crop cycle) for each harvest system in one hectare to burning harvest and green harvest. Supplies Burning harvest Green harvest Nitrogen synthetic fertilizer Vinasse application Filtercake application Units Amount Units Amount kg ha -1 y kg ha -1 y kg N ha -1 y kg N ha -1 y kg N ha -1 y kg N ha -1 y Lime kg ha -1 y kg ha -1 y Diesel oil L ha -1 y L ha -1 y Figueiredo & La Scala 2011

11 Cana Queimada Cana Crua Fertilizante Sintético Vinhaça Torta de Filtro Resíduos Fonte Queima do Canavial Calagem Diesel Sub-Total: Seqüestro C (solo) Total: 320 kg C hc -1 a kg C hc -1 a Emissão de CO 2 eq (kg hec -1 ano -1 ) Estimativa da emissão de GEE (em kg CO2 equivalente ha-1 ano-1) para cada uma das fontes considerando-se 1 hectare colhido sob queima ou mecanizado. Figueiredo & La Scala, 2011.

12 4 Scenarios considered S0 Burned Harvest (Conventional Tillage) S1 Green Harvest (Conventional Tillage) S2 Green Harvest (Reduced Tillage) S3 Crop Rotation (Crotalaria juncea L.) (Reduced Tillage) Inputs: Average for a sugarcane Crop Cycle of 5 years Bordonal et al. 2012

13 Results f= , y -1 ) Total CO 2 eq Balance (kg ha , ,354.9 S0 S1 S2 S3 1, Scenario Bordonal et al. 2012

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15 Bordonal et al. 2013

16 Bordonal et al. 2013

17 Fig. 3. Emissions of greenhouse gases (in kg CO 2 eq ha -1 year -1 ) due to sugarcane agricultural production in São Paulo State, considering a crop cycle of 6 years for management scenarios S0 (burning harvest that uses conventional soil tillage during sugarcane field renovation), S1 (green harvest that uses conventional soil tillage during sugarcane field renovation) and S2 (green harvest that uses reduced soil tillage plus crop rotation, during renovation, with Crotalaria juncea L.). R. O. Bordonal et al. 2013

18 60%: Acúmulo C no solo Bordonal et al. 2013

19 Emissão média de 2,0 mol CO 2 m -2 s -1 equivale a: Em 1 mês: kg CO 2 hectare -1 ou 622 kg C-CO 2 hectare -1 Em 1 ano: kg CO 2 hectare -1 ou 7465 kg C-CO 2 hectare -1 Uma emissão evitada de 10% (ou seja, indo de 2,0 para 1,8 mol CO2 m -2 s -1 ) equivale numa redução de 746,5 kg C-CO 2 emitido do solo para atmosfera.

20 Aumento no estoque de C do solo CQ CC: Mecanismos Diminuição na saída de C no solo (via CO 2 respirado) F C-CO2 Aumento na entrada de C no solo CO 2 CO 2 + C solo (Aumento do aporte) + C solo (Diminuição da perda)

21 Conceitual: dc dt dc F C kc CO2 dt F C CO 2 kc C Estoque de Carbono k k[ temp ( t), umidade ( r, t), O2 ( r, t), argila ( r), C / N( r, t)] Porosidade Livre Porosidade Umidade(vol.)

22 Figure 2. Linear regression analysis between CO 2 emission and soil organic matter content of the soil (a), air-filled pore space (b) and C/N ratio of the soil.

23 Metodologia

24 Green Harvest Burned Harvest A. R. Panosso 2009

25 Tese Doutorado (A.R. Panosso, ) Guariba, SP 21º 24 S, 48º 09 O a G 192 SB 191 b G 201 SB 200 c G 246 SB 248 Panosso et al. 2009

26 Tese Doutorado (A.R. Panosso, ) Emissão Total CC: 557 g CO 2 m -2 CQ: 729 g CO 2 m -2 = 469 kg C-CO 2 hectare -1 (70 dias após colheita...) Soil CO 2 emission ( mol m -2 s -1 ) a FCO2 G FCO2 SB b Tsoil G Tsoil SB Soil temperature ( o C) Soil moisture (% volume) c Msoil G Msoil SB 10 Panosso et al day

27 Tese Doutorado (A.R. Panosso, )

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29 Tese Doutorado (A.R. Panosso, ) Emissão de CO 2 do solo ( mol m -2 s -1 ) FCO2 Ajuste Linear R 2 =0,51; p<0,0001 N=89 Panosso et al Porosidade Livre de Água (%)

30 Emissão de CO 2 do solo ( mol m -2 s -1 ) N=89 FCO2 Ajuste Linear R 2 =0,01, P=0, Estoque de Carbono (g m -2 ) Panosso et al. 2010

31 Dissertação Mestrado (M.M. Corradi, ) D100 D0 D50 Figure 15. Plots having different crop residues density on soil surface. October 2009.

32 Dissertação Mestrado (M.M. Corradi, )

33 Dissertação Mestrado (M.M. Corradi, )

34 Dissertação Mestrado (M.M. Corradi, )

35 Tese Doutorado (E. B. De Figueiredo, ) Sem Distúrbio (com palha) Convencional (com palha) Convencional (sem palha) Sem Distúrbio (sem palha)

36 Tese Doutorado (E. B. De Figueiredo, ) 0,40 NT Cn CnLi CnLiG Emissão de CO 2 -C do solo (g m -2 h -1 ) 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 Cana Queimada Cana Crua (sem resíduos) Cana Crua (com resíduos) 0, Dia após preparo do solo NT: Sem Distúrbio CnLi: Preparo Convencional + Calagem Cn: Preparo Convencional CnLiG: Preparo Convencional + Calagem + Gesso Figueiredo et al. 2012

37 Total Emission (kg CO 2 -C hectare -1 ) Tese Doutorado (E. B. De Figueiredo, ) b ab a NT Cn CnLi CnLiG kg C-CO 2 hec kg C-CO 2 hec -1 1,093.5 a b ab 1, ,081.8 a a b 1,485.1 a 1,266.9 a 1,550.2 a 0 AB B B B AB A B BH GHnores GHres Letras maiúsculas: entre sistemas de colheita Letras minúsculas: manejos no sistema de colheita Figueiredo 2012 AB B B A A = 1039 kg C-CO 2 hec -1 = 3808 kg CO 2 hec -1 Em 25 dias após preparo A

38 Tese Doutorado (E. B. De Figueiredo, ) 1750 NT Cn CnLi CnLiG 1, , Total Emission (kg CO 2 -C hectare -1 ) b ab a 1,093.5 a b ab 1, ,081.8 a a b a 1,266.9 a a 0 AB B B B A B AB B B A A A AB BH GHnores GHres NT (sem resíduos) NT (com resíduos) = = 252 kg C-CO 2 hec -1 (em 25 dias) Figueiredo et al. 2011

39 Tese Doutorado (E. B. De Figueiredo, ) 27 Cana Queimada Cana Crua (sem resíduos) Cana Crua (com resíduos) 24 Umidade do solo (% vol) ,2% 22,2% Dia após preparo O aumento na emissão de CO 2 do solo causado pela retirada da palha da superfície (do solo) é tão grande quanto ao induzido pelo preparo do solo (~250 kg C por hec -1 ) Figueiredo et al. 2011

40 Certamente, o monitoramento da emissão de CO 2 do solo influenciadas pelo manejo e propriedades do solo constitui algo de grande importância.

41 Bordonal, R. O., Figueiredo, E. B., Aguiar, D. A., Adami, M., Rudorff, B. F. T., La Scala, N. Greenhouse gas mitigation potential from green harvested sugarcane scenarios in São Paulo state, Brazil. Biomass & Bioenergy (to be published). Bordonal, R. O., Figueiredo E. B., La Scala, N. Greenhouse gas balance due to the conversion of sugarcane areas from burned to green harvest, considering other conservationist management practices. Global Change Biology Bioenergy, v. 4, p , Figueiredo, E. B., La Scala, N. Greenhouse gas balance due to the conversion of sugarcane areas from burned to green harvest in Brazil. Agriculture, Ecosystems & Environment (Print), v. 141, p , 2011.

42 Teixeira, D. B., Bicalho, E. S., Cerri C. E. P., Panosso, A. R., Pereira, G. T., La Scala, N. Quantification of uncertainties associated with space-time estimates of short-term soil CO 2 emissions in a sugar cane area. Agriculture, Ecosystems & Environment (Print), v. 167, p , 2013 Teixeira, D. B., Bicalho, E. S., Panosso, A. R., Cerri C.E.P., Pereira, G. T., La Scala, N. Spatial variability of soil CO 2 emission in a sugarcane area characterized by secondary information. Scientia Agrícola, v. 70, p , Corradi, M. M., Panosso, A. R., Martins Filho, M. V., La Scala, N. Crop residues on short-term CO 2 emissions in sugarcane production areas. Engenharia Agrícola, v.34, n.4, p , 2013 Panosso, A. R., Perillo, L.I., Ferraudo, A. S., Pereira, G. T., Vivas-Miranda J. G., La Scala, N. Fractal dimension and anisotropy of soil CO 2 emission in a mechanically harvested sugarcane production area. Soil & Tillage Research, v. 124, p. 8-16, Panosso, A. R., Marques Júnior, J., Milori, D. M. B. P., Ferraudo, A. S., Barbieri, D. M., Pereira, G. T., La Scala, N. Soil CO 2 emission and its relation to soil properties in sugarcane areas under Slash-and-burn and Green harvest. Soil & Tillage Research, v. 111, p , 2011.

43 Agradecimentos: Fapesp, CNPq, UNESP Nossos Estudantes: Grad. + P.Grad. Aos Professores J. Marques Jr., G. T. Pereira, A. Lopes, M. M. Vieira Filho, B. F. T. Rudorff e demais Colaboradores do Projeto FAPESP 08/ As Usinas de Cana-de-Açúcar que tem colaborado com nossos estudos Obrigado!