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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.64.2018.tde-04052018-084451
Document
Author
Full name
Naissa Maria Silvestre Dias
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Feigl, Brigitte Josefine (President)
Borges, Clovis Daniel
Carvalho, Bruna Gonçalves de Oliveira
Frazão, Leidivan Almeida
Mendes, Lucas William
Title in English
Emission of greenhouse gases in the land use change for sugarcane production in the Center-South region of Brazil
Keywords in English
Biofuel
Climate change
Sustainability
Abstract in English
The Earth's atmosphere is warming due to a combination of natural effects and anthropic activities, which are directly related to the increment of greenhouse gas (GHG) emissions by burning fossil fuel. Brazil stands out in the world economic scenario as the main producer of ethanol, from sugar cane, considered a source of clean, renewable and economically viable energy. The expansion of this crop into pasture areas, in the Center-South region of Brazil, and the intensification in the production of this biofuel to supply the market have raised concerns about its sustainability. The agricultural is one of the main sectors responsible for the emission of GHG into the atmosphere, therefore, more studies are needed about how land use change (LUC) and production intensification, mainly due to the application of agricultural inputs rich in carbon and nitrogen, can affect GHG emissions. In the Center-South region of Brazil, the main LUC is composed of the succession native vegetation areas to pasture, and in sequence to sugarcane. Therefore, two studies were carried out aiming to determine soil GHG emissions under different land uses in the Center-South region of Brazil (Valparaíso-SP), as well as to characterize the emission factor of the main agricultural inputs in either sugarcane planting or ratoon areas. In the first study, three different land use areas were evaluated, composed of native vegetation, pasture and sugarcane. Among the land uses evaluated in this study, the soil under pasture exhibited the highest emission of carbon equivalents (CO2-eq), which was 41-fold higher than under native vegetation and 5.6-fold higher than under sugarcane. In the second study, two experiments were set up to determine the soil GHG emission fluxes after the application of sources of carbon and nitrogen during sugarcane cultivation. Experiment I: set up in a sugarcane planting area with application of ammonium nitrate, limestone and filter cake, in addition to a control treatment without application of any input. Experiment II: set up in a sugarcane ratoon area with application of vinasse and urea in the first year, and vinasse in the second year. In the first experiment, the soil tillage during the planting process produced a larger increase of soil GHG emissions when compared to the sugarcane ratoon area. Among the inputs applied to the cane plant, filter cake or ammonium nitrate produced the highest GHG emissions from the soil. On the other hand, in the area of sugarcane ratoon, the highest emissions were observed with the application of a combination of organic and mineral fertilizers (vinasse and urea), but with the application of only vinasse, the emission increment was less intense. The emission factors for C-CO2 and N-N2O reported by the IPCC are higher than those observed in this study, in the Center-South region of Brazil. The highest emission factor was observed for ammonium nitrate, with 0.13% for N-N2O in the rainy season. Thus, the expansion of sugarcane planted areas plays an important role in GHG emission. New studies on this contribution to GHG emissions are urgently needed in different regions around the world, in order to define measures to limit emissions and aiming at maintaining the sustainability of this biofuel
Title in Portuguese
Emissão de gases do efeito estufa na mudança de uso da terra para produção de cana-de-açúcar na região Centro-Sul do Brasil
Keywords in Portuguese
Biocombustíveis
Mudança climática
Sustentabilidade
Abstract in Portuguese
O aquecimento da Terra decorrente de atividades antrópicas, está diretamente relacionado ao aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE) por queima de combustíveis fósseis. O Brasil se destaca no cenário econômico mundial como o principal produtor de etanol, de cana-de-açúcar, considerado uma fonte de energia limpa, renovável e economicamente viável. A expansão desta cultura sobre áreas de pastagem, na região Centro-Sul do Brasil, e a intensificação da produção deste biocombustível, necessárias para suprir o mercado têm levantado preocupações sobre a sua sustentabilidade. O setor agrícola é uma das principais fases relacionadas à emissão de GEE na atmosfera, sendo necessário maior entendimento sobre como as mudanças de uso da terra (MUT) e intensificação de produção podem afetar as emissões GEE, principalmente após a aplicação no solo de insumos agrícolas ricos em carbono e nitrogênio. Na região Centro-Sul do Brasil, a principal MUT é composta pela sucessão de áreas de vegetação nativa- pastagem- cana-de-açúcar. Foram realizados dois estudos com o objetivo de determinar as emissões de GEE do solo em diferentes usos da terra em Valparaíso-SP, bem como caracterizar o fator de emissão dos principais insumos agrícolas utilizados em áreas de cana planta e cana soca. No primeiro estudo, foram avaliadas três áreas de uso da terra, compostas por vegetação nativa, pastagem e cana-de-açúcar. Entre os sistemas de usos da terra avaliados neste estudo, a pastagem apresentou a maior emissão de carbono equivalente (CO2-eq), no qual representou cerca de 41 vezes maior do que a vegetação nativa e 5,6 vezes maior do que a cana-de-açúcar. No segundo estudo, dois experimentos foram conduzidos simultaneamente para determinar os fluxos de emissões de gases do solo após a aplicação de fontes de carbono e nitrogênio durante diferentes fases do ciclo da cana-de-açúcar. Experimento I: realizado em uma área de plantio de cana-de-açúcar com aplicação de nitrato de amônio, calcário e torta de filtro, além de um tratamento controle sem aplicação de nenhum insumo. Experimento II: área de cana soca com aplicação de vinhaça e ureia no primeiro ano, e vinhaça no segundo ano. No primeiro experimento o revolvimento do solo no processo de plantio proporcionou as maiores emissões de GEE quando comparada a área de cana soca. Dentre os insumos aplicados na cana planta, a torta de filtro ou nitrato de amônio proporcionaram as maiores emissões de GEE do solo. Por outro lado, na área de cana soca, as maiores emissões foram verificadas quando houve a combinação de fertilizante orgânico e mineral (vinhaça e ureia), sendo que com a aplicação somente de vinhaça, o aumento das emissões foi menos intenso. Os fatores de emissão para C-CO2 e N-N2O relatados pelo IPCC ainda são maiores do que os observados neste estudo, realizado na região Centro-Sul do Brasil, no qual o maior fator de emissão foi observado para nitrato de amônio, com 0,13% para N-N2O, na estação chuvosa. A expansão das áreas plantadas de cana de açúcar tem importante papel na emissão de GEE, sendo necessários novos estudos sobre essa contribuição em distintas regiões de produção em todo o mundo, na busca de medidas menos emissoras, visando a sustentabilidade deste biocombustível
 
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Publishing Date
2018-05-21
 
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