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QUANTIFICAÇÃO DAS EMISSÕES DE CO2 PELO SOLO EM ÁREAS SOB DIFERENTES ESTÁDIOS DE RESTAURAÇÃO NO DOMÍNIO DA MATA ATLÂNTICA

QUANTIFICATION OF SOIL CO2 EMISSIONS IN TWO FORESTED AREAS UNDER DIFERENT REGENERATION STAGES IN ATLANTIC FOREST

Resumo

In order to quantify emission rates of CO2 through the soil from the Atlantic forest under different regeneration stages, two areas located in Rio Claro(SP) were studied. In the first area the forest is regenerated (Plot 23) and the average CO2 emission is 1.91 mmol m-2s-1, while in the recently planted area (Plot 15), the average emission is 1.38 mmol m-2s-1. The CO2 emissions are fairly correlated to soil moisture (r=0.53, P=<0.0001), C/N ratio (r=0.27, p<0.05) and time of measurement (r=0.33, p<0.05). Multiple linear regression models developed are better to reproduce CO2 soil emissions in recently planted area.

Keywords:
soil CO2 emissions, multiple linear regression; infrared gas analyzer; Atlantic forest


Keywords:
soil CO2 emissions, multiple linear regression; infrared gas analyzer; Atlantic forest

INTRODUÇÃO

O constante aumento das emissões de gases responsáveis pelo efeito estufa talvez seja uma das principais preocupações ambientais em tempos atuais. Dentre esses gases destaca-se o dióxido de carbono (CO2), responsável por cerca de 60% da intensificação do efeito de estufa, uma vez que desde o início da revolução industrial as concentrações desse gás na atmosfera passaram de 280 ppm para cerca de 390 ppm.11 Fernandes, T. J. G.; Soares, C. P. B.; Jacovine, L. A. G.; Alvarenga, A. P.; Rev. Arvore 2007, 31, 657.

2 Denman, K. L.; Brausseur, G.; Chidthaisong, A.; Ciais, P.; Cox, P. M.; Dicknson, R. E.; Hauglestaine, D.; Heinze, C.; Holland, E.; Jacob, D.; Lohmann, U.; Ramachandram, S.; Dias, P. L.; Wofsy, S. C.; Zhang, X. Em Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate; Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, B., Tignor, M., Miller, H. L., eds.; Cambridge University Press: Cambridge, 2007, cap. 7.
-33 Kuntoro, A.; Wahya, A.; J. Int. Coop. 2009, l5, 141.

Nos países em desenvolvimento, mudanças no uso e na cobertura da terra, especialmente em ambientes savânicos e florestais, são apontadas como uma das principais causas do aumento das concentrações de CO2 atmosférico, uma vez que a substituição desses biomas nativos por atividades agrícolas leva ao aumento das emissões de CO2 pelo solo.44 Sabine, C. L.; Feely, R. A.; Gruber, N.; Key, R. M.; Lee, K.; Buloister, J. L.; Wanninkhof, R.; Wong, C. S.; Wallace, D. W. R.; Tilbrook, B.; Millero, F.J.; Peng, T.; Kozyr, A.; Rios, A. F.; Science 2009, 305, 367.

As emissões de CO2 pelo solo correspondem ao CO2 produzido pela respiração das raízes e dos microrganismos presentes no solo, responsáveis pela decomposição aeróbica de matéria orgânica (MO), sendo influenciadas pelo tipo de vegetação presente, e pelas características do solo. Dentre as principais características do solo que influenciam as emissões destacam-se: umidade, temperatura, textura e estrutura do solo (características físicas); conteúdo de fósforo, relação C/N, pH (características químicas); atividade microbiana (características biológicas), bem como parâmetros climáticos como temperatura, umidade do ar e radiação fotossinteticamente ativa.55 Davidson, E. A.; Savage, K.; Bolstad, P.; Clark, D. A.; Curtis, P. S.; Ellswoeth, D. S.; Hanson, P. J.; Law, B. E.; Luo, Y.; Pregitzer, K. S.; Randolfh, J. C.; Zak, D.; Agric. For. Meteorol. 2002, 113, 39.

6 Epron, D.; Bosc, A.; Bonal, D.; Freycon, V.; J. Trop. Ecol. 2006, 22, 565.

7 Ohashi, M.; Gypkusen, K.; Soil Biol. Biochem. 2007, 39, 1130.

8 Lloyd, J.; Taylor, J. A.; Ecology 1994, 8, 315.

9 Davidson, E. A.; Belk, E.; Boone, R. D.; Global Change Biol. 1998, 4, 217.

10 Kang, S. Y.; Doh, S.; Lee, D.; Jin, V. L.; Kimball, J. S.; Global Change Biol. 2003, 10, 1427.

11 Duah-yentumi, S.; Ronn, R.; Christenses, S.; Appl. Soil Ecol. 1998, 8, 19.

12 Allaire, S. E.; Lamg, S. F.; Lafond, J. A.; Pelletier, B.; Cambouris, A. N.; Dutilleul, P.; Geoderma, 2012, 170, 251.

13 Fuentes, J. P.; Bezdicek, D. F.; Flury, M. Albrecht, S.; Smith, J. L.; Soil Tillage Res. 2006, 88, 123.
-1414 Raich, J. W.; Schlesinger, W. H.; Tellus 1992, 44, 81.

Na busca do entendimento dos processos que influenciam o balanço global de carbono e, consequentemente, o aquecimento global, diversos estudos e levantamentos foram efetuados nas últimas décadas buscando caracterizar os efluxos de CO2 pelo solo nos mais diversos biomas do globo terrestre. Emissões em clima temperado são maiores no verão do que no inverno, independentemente do tipo de cobertura vegetal.1515 Priwitzer, T.; Capuliak, J.; Bosela, M.; Schawars, M.; Lesn. Cas. 2013, 59, 189.

16 Shindlbacher, A.; Zechimeister-boltenstern, S.; Glatzel, G.; Jandl, R.; Agric. Forest Meteorol. 2007, 146, 205.
-1717 Mcdowell, N. G.; Marshall, J. D.; Hooker, T. D.; Musselman, R.; Tree Physiol. 2000, 20, 745.

A quantificação das emissões de CO2 também é tema relevante, e a busca por equipamentos de baixo custo e de fácil manuseio em campo tem sido constante. Dentre os métodos empregados, o da câmara dinâmica determina o fluxo de CO2 emitido baseado na variação de concentração dos gases emitidos pelo solo no interior da câmara,1818 Varner, R. K.; Keller, M.; Oliveira, C. R.; Dias, J. D.; Pereira, H. C.; Crill, P. M.; Asner, G. P.; Sci. Total Environ. 2005, 9, 1. com determinação direta das concentrações por analisadores de gás infravermelho, também conhecido como IRGAS, do inglês, Infra Red Gas Analiser. No presente estudo foi utilizado equipamento desenvolvido a partir de um analisador de gás infravermelho (IRGA), modelo LI-840 da Li-Cor, acoplado a uma câmara dinâmica, representando alternativa a diversos sistemas comerciais disponíveis.1919 Moreno, L. X.; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, 2012.

No Brasil, estudos em ambientes florestais foram realizados especialmente no bioma Amazônico, e taxas de emissão de CO2 da ordem de 4 a 6 mmol CO2 m-2s-1 foram medidas por diversos autores.2020 Sotta, E. F.; Meir, P.; Malhi, Y.; Nobre, A. D.; Hodnetts, M.; Grace, J.; Global Change Biol. 2004, 10, 601.

21 Trumbore, S. E.; Davidson, E. A.; De Camargo, P. B.; Nepstad, D. C.; Vanhala, P.; Soil Biol. Biochem. 2012, 34, 1375.

22 Pinto-Junior, O. B.; Sanches, L.; Dalmolin, A. C.; Nogueira, J. S. D.; Acta Amazonica 2009, 39, 813.
-2323 Chambers, J. Q.; Treibuzy, E. S.; Toledo, L. C.; Crispim, B. F.; Higuchi, N.; Dos Santos, J.; Araujo, A. C.; Kruji, B.; Nobre, A. D.; Trumbore, S. E.; Ecol. Appl. 2004, 14, 72. Nessas áreas foram encontradas relações significativas entre as emissões de CO2 e a umidade do solo, condicionando a existência de fluxos de carbono maiores para a atmosfera durante a estação chuvosa, indicando que a umidade e a temperatura do solo seriam os principais condicionadores da respiração do solo na área.2424 Bicalho, E. S.; Panosso, A. R.; Teixeira, D. D. B.; Miranda, J. G. V.; Pereira, G. T.; La Scala, N. S.; Agric. Ecosyst. Environ. 2014, 189, 206.

No estado de São Paulo não existem registros das taxas de emissão em áreas florestais, especialmente naquelas situadas no bioma da Mata Atlântica, e os levantamentos realizados foram exclusivamente em áreas de cultivo de cana de açúcar, sendo observadas variações nas emissões devido à topografia e aos tipos de manejo empregados.2424 Bicalho, E. S.; Panosso, A. R.; Teixeira, D. D. B.; Miranda, J. G. V.; Pereira, G. T.; La Scala, N. S.; Agric. Ecosyst. Environ. 2014, 189, 206.

25 Brito, L. F.; Marques Junior, J.; Pereira, G. T.; Souza, Z. M.; La Scala, N.; Sci. Agric. (Piracicaba, Braz.) 2009, 66, 77.
-2626 Panosso, A. R.; Marques Junior, J.; Pereira, G. T.; La Scala Jr., N.; Soil Till. Res. 2009, 115, 275.

Propostas de restauração florestal indicadas no Pacto pela Restauração da Mata Atlântica preveem o plantio e a restauração de 15 milhões de hectares em todo o Brasil até o ano de 2050.2727 http://www.pactomataatlantica.org.br/o-pacto, acessada em fevereiro de 2017.
http://www.pactomataatlantica.org.br/o-p...
Esta iniciativa irá provocar uma mudança regional no uso e ocupação do solo, o que deve alterar os balanços de CO2, ressaltando o papel da Mata Atlântica como reguladora ecossistêmica dessas emissões.

Em função da inexistência de medições das emissões de CO2 em áreas da Mata Atlântica no estado de São Paulo, o presente estudo teve como objetivo principal a quantificação das taxas de emissão de CO2 no solo em duas áreas florestais, sob diferentes estágios de regeneração, implantadas com espécies nativas, dentro do domínio morfoclimático da Mata Atlântica, localizadas na Floresta Estadual Edmundo Navarro de Andrade (FEENA), na cidade de Rio Claro (SP). Além disso, buscou-se correlacionar essas emissões com parâmetros atmosféricos e físico-químicos do solo, de modo a estabelecer quais dessas variáveis, agrupadas em um modelo estatístico, seriam capazes de prever as taxas de emissão de CO2 pelo solo para as condições das áreas estudadas.

PARTE EXPERIMENTAL

Descrição da área de estudo

O trabalho foi desenvolvido no município de Rio Claro, SP, em área localizada nas coordenadas 22º 24'15" de latitude Sul e 22º24'15" de longitude Oeste, a 675 m acima do nível do mar. O clima na região é Cwa na classificação climática de Koppen, com medias anuais de precipitação e temperatura, respectivamente, 1534 mm e 20 ºC.2828 http://fflorestal.sp.gov.br/planos-de-manejo/planos-de-manejo-planos-concluidos/, acessada em fevereiro de 2017.
http://fflorestal.sp.gov.br/planos-de-ma...

A área de estudo estava localizada na Floresta Estadual Edmundo Navarro de Andrade, especificamente num Argiloso Vermelho eutroférrico, domínio floresta estacional semidecidual, nos talhões 23 e 15 ocupados com plantios de espécies nativas implantados, que se encontram em estágios distintos de desenvolvimento da vegetação.2828 http://fflorestal.sp.gov.br/planos-de-manejo/planos-de-manejo-planos-concluidos/, acessada em fevereiro de 2017.
http://fflorestal.sp.gov.br/planos-de-ma...

A primeira área amostral, o talhão 23, foi implantado em 1916 em uma área de 1,1 ha, com 70 espécies indígenas de 25 famílias diferentes, no espaçamento 2x3 m em linhas homogêneas (mono especificas).2828 http://fflorestal.sp.gov.br/planos-de-manejo/planos-de-manejo-planos-concluidos/, acessada em fevereiro de 2017.
http://fflorestal.sp.gov.br/planos-de-ma...
Caracterizando-se como uma das primeiras experiências silviculturais com espécies nativas do Brasil, o que demostra seu valor histórico, das originalmente implantadas restam apenas cerca de 40 espécies, o dossel de grande porte com cerca de 30 a 40 m de altura, a regeneração de sub-bosque é abundante e apresenta outras formas de vida.2929 Silva C. C.; Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, Piracicaba, Brasil, 2013.

A segunda área selecionada, o talhão 15, foi ocupada por eucalipto, entre 1909 e 2004, quando ocorreu o último corte, o local foi colonizado por espécies gramíneas, reflorestado somente em 2014 com aproximadamente 80 espécies indígenas diferentes com o objetivo de restauração florestal. Antes do período de coleta de dados as gramíneas foram dessecadas, em função dessa configuração, e apresenta similaridade com áreas agrícolas, enquanto que no talhão 23 aparentemente as funções ecológicas do solo e da floresta estão reestabelecidas.

Medição da emissão de CO2 no solo

As medições das taxas de emissão CO2 foram realizadas entre os meses de maio de setembro de 2014 e maio de 2015, períodos em que as taxas pluviométricas são menores, evitando-se, dessa maneira, a interrupção dos trabalhos de campo. As medições foram executadas em duas parcelas amostrais de 900 m², nos talhões 15 e 23, nas quais foram instalados 17 e 15 pontos de medição, respectivamente. Buscou-se manter uma distância mínima de 10 m entre os pontos externos, enquanto na porção central a distância entre os pontos foi reduzida para 5 m.

As determinações das taxas de emissão de CO2 foram realizadas com um equipamento portátil desenvolvido especificamente para essa finalidade, constituído por um analisador de gás infravermelho (IRGA), modelo LI-840, da marca Li-Cor, acoplado a uma câmara dinâmica feita com tubos de PVC com diâmetro de 150 mm, por meio de uma bomba de circulação. O volume interno dessa câmara é de 0,0034 m3 e sua área superficial de 0,016052 m2.1919 Moreno, L. X.; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, 2012.

Em cada ponto foram efetuadas entre 3 e 5 medidas de fluxo, com tempo de leitura de 3 a 4 minutos que permitia o acúmulo de CO2 no interior da câmara. Entre cada uma das leituras a câmara era aberta e o CO2 armazenado no interior da câmara era instantaneamente liberado (Figura 1).

Figura 1
Medições dos fluxos de CO2 efetuados em campo. Observar o aumento das concentrações, indicando que a câmara estava fechada. As quedas bruscas nas concentrações indicam a abertura da câmara

Este sistema possui vantagens em relação aos diversos sistemas comerciais disponíveis para este fim, destacando-se o baixo custo total e de manutenção do sistema, uma vez que tanto a câmara quanto seu sistema de acionamento são feitos com componentes facilmente encontrados no comércio; a possibilidade de controle automático ou remoto via internet; a possibilidade de troca do detector para medidas de outros gases e de medida simultânea de outros parâmetros como, por exemplo, umidade, temperatura, pressão e velocidade do ar no local da amostragem.1919 Moreno, L. X.; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, 2012.

Previamente às leituras de campo, o equipamento foi calibrado com duas misturas de gases com concentrações conhecidas. A primeira mistura contendo apenas nitrogênio puro, portanto com 0 ppm de CO2 (0% CO2), e outro com uma concentração de 354,4 ppm de CO2 (0,035% CO2). Os gases foram adquiridos da White Martins com certificação de concentrações.

Para a fixação da câmara de medição, com 72 h antes das medições, foram instalados anéis de PVC que permaneceram fixos ao solo durante todo o período de coleta, de modo a minimizar efeitos decorrentes da alteração na estruturação da serapilheira. Ao todo foram efetuadas 120 medidas das taxas emissão de CO2, dessas medições 71 foram realizadas no talhão 15, e 49 no talhão 23.

Em cada ponto de medição do fluxo de CO2 foram registradas a temperatura e umidade do ar, a pressão com uma estação meteorológica compacta da marca ANOVA, a temperatura do solo por meio do sistema de aquisição de dados KD 2Pro (Decagon, USA), sempre a 5 centímetros do ponto de coleta. Além dessas medições foram coletadas amostras de solo nos talhões 15 (17 pontos) e 23 (10 pontos), com auxílio de canivete, descartando a serapilheira, na camada de 0-5 cm, uma vez por ponto em setembro de 2014, para a determinação em laboratório dos conteúdos de carbono, pelo método de Yemoans e Bremmer, e nitrogênio, determinado pelo método de Kjeldahl.3030 Yeomans, J.C.; Bremner, J.M.; Commun. Soil Sci. Plan. 1988, 19, 1467.,3131 Kjeldahl, J.; Zeitschrift für analytische Chemie 1883, 22, 366.

Analise estatística dos dados

Uma alternativa para avaliar a complexidade das relações existentes entre uma variável dependente e variáveis independentes associadas é o uso de técnicas estatísticas multivariadas como a regressão múltipla, ou técnicas semelhantes, amplamente empregados em estudos ambientais.3232 Hair Jr, J. F.; Anderson, R. E.; Tatham, R. L.; Black, W. C.; Análise multivariada de dados, 6ª ed., Bookman: Porto Alegre, 2009. A avaliação estatística das regressões lineares simples, regressão linear múltipla entre as emissões de CO2 e as variáveis edafoclimáticas foi realizada com o auxílio do software BIOSTAT 5.0.3333 Ayres, M.; Ayres, Jr. M.; Ayres, D. L.; Santos, A. S.; BIOSTAT 5.0; MCT - CNPq, Belém, 2007.

Para a regressão múltipla é condição que os erros devem apresentar distribuição gaussiana, sendo independentes entre si com média zero e variância constante. Além desse pressuposto, os dados devem satisfazer: linearidade, homocedasticidade e heterocasticidade, atenção deve ser dada a existência de possíveis pontos discrepantes (outliers), bem como a presenças de multicolinearidade entre as variáveis.3232 Hair Jr, J. F.; Anderson, R. E.; Tatham, R. L.; Black, W. C.; Análise multivariada de dados, 6ª ed., Bookman: Porto Alegre, 2009.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Descrição dos parâmetros estudados no projeto

Os valores de respiração do solo, registrados durante a execução deste projeto, variaram entre 0,51 mmol CO2 m-2s-1 e 3,86 mmol CO2m-2s-1, com valor médio de 1,63 mmol CO2 m-2s-1. Observou-se, de maneira geral, que as emissões de CO2 medidas no talhão 15 foram menores que as medidas no talhão 23, com variações respectivamente entre 0,51 e 2,59 mmol CO2 m-2s-1 (média de 1,38 mmol CO2 m-2s-1) e entre 0,61 e 3,86 mmol CO2 m-2s-1 (média de 1,92 mmol CO2m-2s-1) (Tabela 1). 3434 Castellano, G. R.; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, Brasil, 2015.

Tabela 1
Estatística descritiva dos parâmetros estudados no projeto

Essas diferenças observadas podem ser associadas ao tipo de cobertura existente em cada uma das áreas. Enquanto no talhão 15, reflorestado em 2014, a cobertura é caracterizada basicamente por espécies gramíneas, que haviam sido dessecadas antes do período de coleta de dados, resultando em espessa camada de palha sobre o solo, associado à pequena quantidade de raízes no solo, no talhão 23, reflorestado em 1916, foi observado que o estado de regeneração florestal é avançado. Na área está presente um denso sub-bosque, com indivíduos arbóreos estabelecidos no dossel da floresta e funções ecológicas reestabelecidas. Consequentemente, verifica-se uma quantidade de raízes maior, presença de serapilheira e melhores condições físico-químicas e biológicas do solo.

As variações observadas para as variáveis edafoclimáticas (Tabela 1) indicam que as maiores médias para os parâmetros umidade do solo e do ar, da relação C/N e da pressão atmosférica foram medidas no talhão 23, enquanto que no talhão 15 foram registradas as maiores médias de temperatura do ar e do solo. As variações observadas nos parâmetros físicos e químicos do solo (relação C/N e umidade) podem ser associadas às características distintas das duas áreas, enquanto variações nos parâmetros climáticos estão associadas às datas distintas da realização dos levantamentos em cada um dos talhões.

Emissão de CO2 e as variáveis edafoclimáticas medidas

Correlações existentes entre as taxas de emissão de CO2 pelo solo e variáveis ambientais foram observadas por diversos autores.55 Davidson, E. A.; Savage, K.; Bolstad, P.; Clark, D. A.; Curtis, P. S.; Ellswoeth, D. S.; Hanson, P. J.; Law, B. E.; Luo, Y.; Pregitzer, K. S.; Randolfh, J. C.; Zak, D.; Agric. For. Meteorol. 2002, 113, 39.

6 Epron, D.; Bosc, A.; Bonal, D.; Freycon, V.; J. Trop. Ecol. 2006, 22, 565.

7 Ohashi, M.; Gypkusen, K.; Soil Biol. Biochem. 2007, 39, 1130.

8 Lloyd, J.; Taylor, J. A.; Ecology 1994, 8, 315.

9 Davidson, E. A.; Belk, E.; Boone, R. D.; Global Change Biol. 1998, 4, 217.

10 Kang, S. Y.; Doh, S.; Lee, D.; Jin, V. L.; Kimball, J. S.; Global Change Biol. 2003, 10, 1427.

11 Duah-yentumi, S.; Ronn, R.; Christenses, S.; Appl. Soil Ecol. 1998, 8, 19.

12 Allaire, S. E.; Lamg, S. F.; Lafond, J. A.; Pelletier, B.; Cambouris, A. N.; Dutilleul, P.; Geoderma, 2012, 170, 251.

13 Fuentes, J. P.; Bezdicek, D. F.; Flury, M. Albrecht, S.; Smith, J. L.; Soil Tillage Res. 2006, 88, 123.
-1414 Raich, J. W.; Schlesinger, W. H.; Tellus 1992, 44, 81. As diferenças na cobertura vegetal das duas áreas refletem-se nas correlações entre as variáveis e os fluxos de CO2 pelo solo (Tabela 2). Enquanto no talhão 15 as taxas de emissão de CO2 do solo apresentaram uma correlação linear significativa com a relação C/N (r = 0,27, p < 0,05) e o horário de medição (r = 0,33, p < 0,01), no talhão 23 se observa a correlação linear com a umidade do solo (r = 0,55, p < 0,0001).

Tabela 2
Coeficientes de correlação entre as emissões e os parâmetros edafoclimáticos levantados em campo

A existência de correlação entre a umidade do ar e as emissões de CO2 foi observada no talhão 23 (r=0,28, p<0,055), e está possivelmente associada à conservação da umidade sob o dossel das árvores. Entretanto, a influência deste fator não foi devidamente investigada nestas condições, uma vez que em clima temperado a correlação negativa entre essas variáveis foi observada.3535 Bilandzija, D.; Zgorelec, Z.; Kisise, I.; Coll. Antropol. 2014, 38, 77.

A temperatura do ar apresentou uma correlação negativa com a respiração do solo (Tabela 2) nos talhões 15 (r=-0,21, p<0,08) e 23 (r=-0,21, p<0,13), entretanto, sem nível de significância. Apesar da não significância da correlação, o comportamento observado é inverso ao descrito em outros estudos, que mostram uma correlação positiva entre as emissões de CO2 e a temperatura.1414 Raich, J. W.; Schlesinger, W. H.; Tellus 1992, 44, 81.

A umidade do solo apresentou uma correlação positiva significativa com as emissões quando analisados do talhão 23, enquanto no talhão 15 observa-se correlação positiva, porém não significativa (Tabela 2), indicando que a umidade pode ser um dos principais controladores da emissão em áreas já reflorestadas. Essa correlação significativa, entre a umidade e a respiração do solo, foi observada por diversos autores, que justificaram o fato da regulação da atividade microbiana ser feita pela umidade, em decorrência das reações químicas de decomposição da matéria orgânica.1010 Kang, S. Y.; Doh, S.; Lee, D.; Jin, V. L.; Kimball, J. S.; Global Change Biol. 2003, 10, 1427.,2323 Chambers, J. Q.; Treibuzy, E. S.; Toledo, L. C.; Crispim, B. F.; Higuchi, N.; Dos Santos, J.; Araujo, A. C.; Kruji, B.; Nobre, A. D.; Trumbore, S. E.; Ecol. Appl. 2004, 14, 72.,3636 Shi, W. Y.; Yan, M.; Zhang, J., Guan J., Du S.; Atmos. Environ. 2014, 88, 74.

Quando acontece o aumento da umidade do solo, ocorre o aumento as atividades de degradação da matéria orgânica pelos microrganismos.3636 Shi, W. Y.; Yan, M.; Zhang, J., Guan J., Du S.; Atmos. Environ. 2014, 88, 74. Entretanto, baixos teores de água no solo afetam a difusão de solutos, enquanto solos saturados afetam a difusão de oxigênio. Ambas as situacões podem limitar a atividade microbiana e, consequentemente, a respiração do solo.3737 Linn, D. M.; Doram, J. W.; Soil Sci. Soc. Am. J. 1984, 48, 1267.,3838 Skopp, J.; Jawson, M. D.; Doran, J. W.; Soil Sci. Soc. Am. J. 1990, 54, 1619.

A relação C/N apresentou correlação linear positiva com as emissões no Talhão 15, que acabou de ser reflorestado. Releva-se que as emissões nessa área possuem pouca influência da respiração das raízes das plantas, e possivelmente a quantidade de carbono e nitrogênio no solo podem ser determinantes para a quantidade de CO2 emitido.

A correlação linear positiva observada entre a emissão de CO2 e o horário da medição no talhão 15 deve-se, possivelmente, à incidência direta da luz solar, resultando em uma maior emissão nos horários de maior sol e, consequentemente, de menores umidades e maiores temperaturas do ar.

Regressão linear múltipla

Apesar da observação de que inúmeras variáveis são correlacionáveis às emissões de CO2 medidas nas duas áreas, nenhuma delas é capaz de prever satisfatoriamente os valores da respiração do solo independentemente. Portanto, a regressão linear múltipla é a ferramenta estatística para buscar a previsão e uma variável dependente, quando esta apresenta correlação com diversas variáveis independentes, que pode ser aplicada nesse caso, pois as áreas estão instaladas sobre o mesmo tipo de solo e regime climático. Para se avaliar a capacidade de as variáveis independentes selecionadas preverem a emissão de CO2 pelo solo na área plantada em 1916 a partir dos 49 dados, estimou-se uma equação de regressão linear múltipla utilizando o software BIOSTAT 5.0.3333 Ayres, M.; Ayres, Jr. M.; Ayres, D. L.; Santos, A. S.; BIOSTAT 5.0; MCT - CNPq, Belém, 2007.

Para a elaboração das regressões foi utilizada a temperatura do ar, pois apresentou melhores resultados na regressão que a temperatura do solo. As variáveis aleatórias utilizadas são a temperatura e umidade do ar, pressão, relação C/N e umidade do solo.

A análise dos resultados indica, em nível de 0,05 de significância, que é possível rejeitar a hipótese de não haver regressão, isto é, o modelo é válido uma vez que o valor p = 0,0011 é menor que 0,05. Dessa forma, conclui-se que pelo menos uma das variáveis explanatórias está relacionada com emissão de CO2 pelo solo na área do talhão 23.

Apenas a variável independente umidade do solo apresentou correlação no nível de significância de 0.05, com coeficiente positivo. A pressão, a temperatura do solo e a correlação C/N apresentaram o coeficiente negativo, porem, não significativas.

O valor do coeficiente de correlação do modelo é bom (r=0,62), entretanto, o coeficiente de determinação ajustado é baixo (r2=0,31), indicando que apesar da proporção da variação da emissão de CO2 explicada através do conjunto de variáveis explanatórias (Figura 2), o modelo é falho ao estimar valores que não se encontram próximos a média, indicando a possível ocorrência de valores "outliers".

Figura 2
Gráfico de comparação entre os valores medidos e os valores estimados, e o erro obtido pela regressão linear múltipla no Talhão 23. Observar no alto a correlação entre valores observados e medidos

Desta forma, foram observadas que as variáveis selecionadas não são completamente satisfatórias para prever as emissões de CO2 nestas condições climáticas e de ocupação do solo no talhão 23.

Para o talhão 15, a análise dos resultados indica, em nível de 0,05, que é possível rejeitar a hipótese de não haver regressão, isto é, o modelo é válido, uma vez que o valor de p = 0,0001 é menor que 0,05. Dessa forma, conclui-se que pelo menos uma das variáveis explanatórias está relacionada com emissão de CO2. A constante da equação de regressão e todas as variáveis independentes apresentaram nível de significância inferior a 0,05 e coeficiente positivo, com exceção da umidade e temperatura do ar significante a p<0,0001, com o coeficiente negativo.

O coeficiente de determinação do modelo é mediano (R2 =0,47), assim como a relação ajustada (R2 =0,42), o que representa a proporção da variação da emissão de CO2 que é explicada através do conjunto de variáveis explanatórias selecionadas (Figura 3). Observa-se que os valores calculados estão superestimando ou superestimando os valores observados e as melhores previsões ocorrem nos valores médios.

Figura 3
Gráfico de comparação entre os valores medidos e os valores estimados, e o erro obtido pela regressão linear múltipla no Talhão 15. Observar no alto a correlação entre valores observados e medidos

Considerando todos os dados observados no projeto, a umidade do solo foi a variável com a maior influência na emissão de CO2 e os modelos estatísticos de previsão se mostraram insatisfatórios para prever a respiração do solo nestas condições. Portanto, é necessário investigar se as tendências observadas se repetem em meses ou períodos do ano diferentes do observado.

CONCLUSÕES

O equipamento utilizado para a determinação das taxas de emissão de CO2 pelo solo mostrou-se eficiente, uma vez que os valores medidos em diferentes leituras no mesmo ponto não apresentaram grandes discrepâncias entre si e os resultados obtidos são compatíveis com os obtidos em outros estudos referentes à respiração do solo. Além disso, quando da abertura da câmara, o tempo decorrido para a diminuição das concentrações originais de CO2 foi muito pequeno. A automação da câmara dinâmica se mostrou funcional, permitiu facilidade de manuseio e coleta, em função da velocidade de abertura e a possibilidade de realização de inúmeras leituras de um único ponto. Outras vantagens apresentadas pelo sistema de coleta foram o baixo custo total em comparação a modelos similares disponíveis no mercado, a facilidade e o baixo custo de manutenção, uma vez que todas as peças e partes componentes do sistema estão disponíveis no mercado nacional e são de fácil acesso.

Os valores de respiração do solo registrados, durante a execução deste projeto, apresentaram valores similares aos obtidos em experimentos conduzidos no interior de São Paulo na cultura da cana de açúcar após colheita,2222 Pinto-Junior, O. B.; Sanches, L.; Dalmolin, A. C.; Nogueira, J. S. D.; Acta Amazonica 2009, 39, 813.

23 Chambers, J. Q.; Treibuzy, E. S.; Toledo, L. C.; Crispim, B. F.; Higuchi, N.; Dos Santos, J.; Araujo, A. C.; Kruji, B.; Nobre, A. D.; Trumbore, S. E.; Ecol. Appl. 2004, 14, 72.
-2424 Bicalho, E. S.; Panosso, A. R.; Teixeira, D. D. B.; Miranda, J. G. V.; Pereira, G. T.; La Scala, N. S.; Agric. Ecosyst. Environ. 2014, 189, 206. e menores que os registrados em áreas florestais na Amazônia.1818 Varner, R. K.; Keller, M.; Oliveira, C. R.; Dias, J. D.; Pereira, H. C.; Crill, P. M.; Asner, G. P.; Sci. Total Environ. 2005, 9, 1.,2020 Sotta, E. F.; Meir, P.; Malhi, Y.; Nobre, A. D.; Hodnetts, M.; Grace, J.; Global Change Biol. 2004, 10, 601.,2121 Trumbore, S. E.; Davidson, E. A.; De Camargo, P. B.; Nepstad, D. C.; Vanhala, P.; Soil Biol. Biochem. 2012, 34, 1375. Observou-se uma relação importante com a umidade do solo.

Deve ser ressaltado que, em função das propostas de restauração florestal apontadas no Pacto pela Restauração da Mata Atlântica,2727 http://www.pactomataatlantica.org.br/o-pacto, acessada em fevereiro de 2017.
http://www.pactomataatlantica.org.br/o-p...
medições prévias de taxas de emissão de CO2 nesse bioma irão fornecer subsídios para a melhor compreensão do ciclo do carbono nessas áreas, porém, a determinação de um patamar de emissão, para áreas florestais dentro do domínio morfoclimatico da Mata Atlântica, ainda carece de maiores estudos.

A respiração média do solo no talhão 23 foi 39,1%, superior média registrada no talhão 15. Essa diferença é similar às contribuições, atribuídas por alguns autores, da respiração "autotrófica" e "heterotrófica".3939 Kutsh, W. L.; Banh, M.; Heinmeyer, A.; Soil Carbon Dynamic: an integrated methodology. 1th ed., Cambrige University Press: Nova York, 2010. Levando-se em consideração as incertezas associadas, não é possível distinguir claramente sua contribuição.

Existem indícios de alguns fatores determinantes para os menores valores de respiração no talhão 15, estes não foram avaliados nesse projeto: a quantidade do sombreamento do solo pela palhada das gramíneas, já que isso pode afetar as taxas de respiração do solo, 4040 Craine J. M.; Wedin, D. A.; Chapin F. S.; Plant Soil 1992, 207, 77.,4141 Wan S.; Luo Y.; Global Biogeochem. Cycles 2003, 17, 1054. a quantidade de raízes, relacionada à ausência de indivíduos arbóreos com sistema radicular estabelecido, vento, radiação solar direta e estrutura física do solo.3939 Kutsh, W. L.; Banh, M.; Heinmeyer, A.; Soil Carbon Dynamic: an integrated methodology. 1th ed., Cambrige University Press: Nova York, 2010.

AGRADECIMENTOS

Os autores gostariam de agradecer à CAPES, pela concessão da bolsa de mestrado ao primeiro autor e ao Departamento de Física da UNESP/Rio Claro pelo apoio logístico.

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    Maio 2017

Histórico

  • Recebido
    05 Out 2016
  • Aceito
    16 Jan 2017
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