Biomassa, estoques de carbono e gases de efeito estufa em sistemas de manejo e cenários climáticos futuros

Abstract

Os sistemas de manejo de solo alteram estoques de carbono orgânico do solo (COS) e os fluxos de gases de efeito estufa (GEE) do solo. Modelos biogeoquímicos podem representar estas alterações, e permitem adicionalmente simular o impacto das mudanças climáticas. Os objetivos deste estudo foram calibrar e validar o modelo DayCent, e simular cenários atuais e alternativos de manejo frente as mudanças climáticas previstas para 2100 na região do Planalto do Rio Grande do Sul (RS). O modelo foi calibrado a partir de uma base de dados de um experimento de longa duração, com diferentes sistemas de preparo e de culturas, num Latossolo Vermelho, em área da Embrapa Trigo, em Passo Fundo. A validação do modelo foi realizada por meio da aplicação do modelo em experimento independente também conduzido na mesma região e tipo de solo. A calibração e validação dos dados de GEE foram realizadas com base no monitoramento dos fluxos de GEE durante dois anos no experimento de calibração e 1,5 anos no experimento de validação. Os cenários climáticos futuros B1 e A2 do IPCC foram simulados a partir de dados obtidos do website Climate Wizard. Apesar do DayCent não capturar exatamente toda a variabilidade anual da produção de biomassa observada, a produção média de biomassa e os estoques de COS medidos foram simulados adequadamente. As emissões anuais de óxido nitroso (N2O) foram melhor simulados comparados aos fluxos diários de N2O. Nos cenários climáticos futuros, a produção de biomassa do trigo e da soja foram favorecidos pelas mudanças climáticas, resultando em incremento do COS. Ervilhaca e sorgo não tiveram o crescimento favorecido e o COS foi mantido no patamar atual no sistema de rotação. A modelagem mostrou que sistemas de cultura necessitam aportar mais C nos cenários climáticos futuros para a manutenção do COS. A introdução de pastagem (Cynodon sp.), em rotação com culturas anuais num sistema de integração lavoura-pecuária foi o sistema com maior potencial de sequestrar C no solo, independente do cenário climático. A aplicação do modelo DayCent indicou que as mudanças climáticas devem favorecer as emissões de N2O nos atuais sistemas de manejo utilizados no Sul do Brasil. O refinamento da base de dados de entrada poderia melhorar o desempenho do modelo e reduzir o grau de incerteza das simulações.

Soil management systems affects soil organic carbon (SOC) stocks and greenhouse gas fluxes (GHG) from soil. Biogeochemical models can represent these systems, and allow further simulate the impact of climate change. The objectives of this study were to calibrate and validate the DayCent model, and simulate current and alternative management scenarios facing climate changes predicted for 2100 in Plateau region in the Rio Grande do Sul. The model was calibrated based on a database of an experiment conducted for 28 years, with different tillage systems and cultures in an Oxisol, at Embrapa Wheat Research Center, in Passo Fundo. The model validation was performed by application of an independent experimental model also conducted in the same region and soil. The calibration and validation of GHG data were based on the monitoring of greenhouse gas fluxes for two years in the calibration experiment and 1.5 years in the validation experiment. Future climate scenarios B1 and A2 IPCC were simulated based on data obtained from the website Climate Wizard. Despite DayCent did not accurately capture all annual variability of measured biomass production, the average production of biomass and the measured SOC stocks were simulated properly. Annual nitrous oxide (N2O) emissions were better simulated compared to daily N2O fluxes. In future climate scenarios, wheat biomass production and soybean were favored by climate change, resulting in an increase of SOC. Vetch and sorghum growth were unaffected and SOC was maintained at the current level, even with the inclusion of corn and soybean in rotation. The modeling exercise showed that culture systems need to increase C inputs to the soil to maintain SOC stocks, especially in future scenarios when soil organic matter decomposition should be favored by rising temperatures. Crop pasture (Cynodon sp.) was the system with the greatest potential to soil sequester C, regardless of the climate scenario. In short, this DayCent application model indicated that climate change should favor N2O emissions in current management systems used in southern Brazil. The databased refinement could improve the model performance and reduce the uncertainty of the simulations.