Calibração do Century para simulação da ciclagem de carbono em uma área de caatinga preservada no sertão paraibano

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO-UFPE CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE ENERGIA NUCLEAR PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES. CALIBRAÇÃO DO CENTURY PARA SIMULAÇÃO DA CICLAGEM DE CARBONO EM UMA ÁREA DE CAATINGA PRESERVADA NO SERTÃO PARAIBANO. TIAGO DINIZ ALTHOFF. RECIFE – PERNAMBUCO – BRASIL 2010.

(2) TIAGO DINIZ ALTHOFF. CALIBRAÇÃO DO CENTURY PARA SIMULAÇÃO DA CICLAGEM DE CARBONO EM UMA ÁREA DE CAATINGA PRESERVADA NO SERTÃO PARAIBANO. Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares – PROTEN, do Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Tecnologias Energéticas e Nucleares. Área de concentração: Fontes Renováveis de Energia – Fertilidade de Solos.. ORIENTADOR: RÔMULO SIMÕES CEZAR MENEZES RECIFE – PERNAMBUCO – BRASIL 2010.

(3) A467c. Althoff, Tiago Diniz Calibração do Century para simulação da ciclagem de carbono em uma área de caatinga preservada no sertão paraibano / Tiago Diniz Althoff. – Recife: O Autor, 2010. 75 f.; il., gráfs., tabs. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares (PROTEN), 2010. Inclui Referências Bibliográficas e Apêndices. 1. Energia nuclear. 2. Biomassa. 3. Matéria Orgânica do Solo. 4. Modelagem. 5. Semiárido. I. Título. UFPE 621.042 CDD (22. ed.). BCTG/2010-210.

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(5) A Deus, pela vida e ao Orientador pela oportunidade. Aos meus pais, Darci Antônio Althoff e Maria Tereza Diniz Althoff, exemplos de luta intensa e honestidade.. A Kelli, minha esposa e companheira de todas as horas, especialmente na luta incessante pelos objetivos e pela atenção, amor, confiança e compreensão. Aos meus irmãos Mila e Gabriel pelo apoio e incentivo. Dedico. A minha avó, Marieta Moura Brandão Diniz. (in memorian) Ofereço..

(6) AGRADECIMENTOS Ao Professor Rômulo, expresso meu eterno agradecimento, por todos os ensinamentos, pelo exemplo de profissionalismo, apoio, compreensão, paciência, orientação e principalmente por sua atenção em momentos de dificuldades, que foram fundamentais para realização deste trabalho. Ao Departamento de Energia Nuclear (DEN) e ao Programa de Tecnologias Energéticas e Nucleares (PROTEN), pelo apoio de todos. À CAPES, pela concessão da bolsa de estudo. Ao Inter American for Global Change Research (IAI) e a Associação Plantas do Nordeste (APNE), pelo apoio financeiro. Aos professores e pesquisadores Everardo V.S.B. Sampaio, Ignácio Hernán Salcedo, Marta Duarte, Dimas Menezes, Ana Dolores, Antônio Raimundo (IPA), Elcida de Lima Araújo e Elba Maria Nogueira Ferraz Ramos. A todos que fazem parte do Laboratório de Fertilidade de Solo/Radioagronomia (DEN/UFPE), aos funcionários: Pedrinho, Gilberto e Claudenice; aos colegas: Emmanuel, Júlio, Kennedy, Laerte, Cláudia, Mona, André, Rafael, Valdemir, Iran, Adelson, Patrícia, Karla, Rodrigo, Priscila, Walane, Rosilene, Léo, Ingrid, Carol, Jairo, Tennyson, Ariosto, Patrick, Márcio, Andreza, Tarciana e Dário; aos Drs. Aldrin, Romildo e Fábio e aos estagiários: Leila, Renan, Bruno, Maycon, Geraldo, Tereza, Patrícia, Natália e Freds. Por todas eficiências e valiosas sugestões durante a condução do experimento e, acima de tudo, pelos dias harmoniosos de convivência. Aos funcionários do DEN: Magali, Zaca (tricolor), seu Antônio, Clarindo, Edvaldo, Rodrigo, Josenildo, João e os demais que fazem parte do departamento. Aos tios, primos e sobrinhos por todo o apoio e torcida pelo sucesso do presente trabalho. À família da minha esposa, que me apóia e está sempre ao meu lado.. A DEUS, por conceder-me esperança, motivação e alegria. Obrigado, Senhor!.

(7) SUMÁRIO 1. Introdução ................................................................................................................... 2. Revisão de Literatura .................................................................................................. 2.1 Semiárido brasileiro .................................................................................................. 2.1.1 Ciclagem de carbono no sistema solo-planta-atmosfera ........................................ 2.2 Modelagem ................................................................................................................ 2.2.1 Descrição do modelo CENTURY 4.0 .................................................................... 2.2.2 Submodelo Matéria Orgânica do Solo (MOS) ....................................................... 2.3 Biomassa vegetal da caatinga ................................................................................... 2.3.1 Biomassa aérea ...................................................................................................... 2.3.1.1 Folhas .................................................................................................................. 2.3.1.2 Caules, galhos grossos e finos ............................................................................ 2.3.2 Biomassa radicular ................................................................................................. 2.3.3 Biomassa florestal para fins energéticos ................................................................ 3. Carbono Orgânico do Solo (COS)............................................................................... 4. Referências Bibliográficas .......................................................................................... CAPÍTULO 1 .................................................................................................................. CALIBRAÇÃO DO CENTURY PARA SIMULAÇÃO DA CICLAGEM DE CARBONO EM UMA ÁREA DE CAATINGA PRESERVADA NO SERTÃO PARAIBANO ................................................................................................................ Resumo ........................................................................................................................... Abstract ........................................................................................................................... Introdução ....................................................................................................................... Material e Métodos ......................................................................................................... Resultados e Discussões .................................................................................................. Conclusão ........................................................................................................................ Agradecimentos .............................................................................................................. Referências Bibliográficas .............................................................................................. APÊNDICES................................................................................................................... Arquivo do Sítio (SITE File)........................................................................................... Arquivos de Agendamento de Manejo (SCHEDULE-SCH File).................................... Variáveis de Entrada da Floresta (TREE.100).................................................................. 10 11 11 14 17 18 19 21 21 21 22 23 25 28 30 43. 43 43 44 45 46 50 56 57 58 70 70 73 74.

(8) LISTA DE TABELAS Tabela 1.. Tabela 2.. Tabela 3. Tabela 4.. Precipitação mensal em cm dos anos de 2007 a 2010 no arquivo de agendamento das precipitações e temperaturas (WTH) no modelo Century.................................................................................................................... 63 Valores observados e simulados do estoque de carbono na biomassa de folhas no período de 2008 a 2010 em uma área de caatinga preservada no município de Santa Terezinha, Paraíba......................................................................................... 63 Análise de Sensibilidade......................................................................................... 64 Valores observados e simulados do estoque de carbono na biomassa de galhos vivos e mortos no período de 2008 a 2010 em uma área de caatinga preservada no município de Santa Terezinha, Paraíba.............................................................. 68.

(9) LISTA DE FIGURAS. Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5.. Figura 1. Figura 2.. Figura 3. Figura 4.. Figura 5.. Figura 6.. Revisão de Literatura Distribuição espacial do bioma caatinga........................................................... Fluxo sazonal do carbono nas árvores em distintas estações climáticas.......... Representação esquemática dos principais estoques e fluxos do ciclo de carbono em uma floresta................................................................................... Compartimento e fluxo do carbono do modelo de simulação CENTURY v.4.0 nos diferentes componentes da floresta................................................... Compartimentos e fluxos de carbono no modelo de simulação CENTURY v.4.0.................................................................................................................... 12 15 16 19 21. Artigo Compartimento e fluxo do carbono do modelo de simulação CENTURY v.4.0 nos diferentes componentes da floresta................................................... 49 Estoques de carbono nos compartimentos vivos no sistema simulado (caules, galhos grossos e galhos finos) ao longo de cem anos em uma área de caatinga preservada no município de Santa Terezinha, Paraíba.................. 68 Relação entre a biomassa aérea e biomassa de raízes em uma área de caatinga preservada no município de Santa Terezinha, Paraíba...................... 68 Estoques de carbono nos compartimentos vivos no sistema simulado (raízes grossas e raízes finas) ao longo de cem anos em uma área de caatinga preservada no município de Santa Terezinha, Paraíba..................................... 69 Estoques de carbono nos compartimentos vivos no sistema simulado (folhas, caules, galhos grossos, galhos finos, raízes grossas e raízes finas) ao longo de cem anos em uma área de caatinga preservada no município de Santa Terezinha, Paraíba ................................................................................. 69 Valores simulados e observados do carbono total de um Neossolo Litólico, nos anos de 2000 a 2010 sob em uma área de caatinga preservada no município de Santa Terezinha, Paraíba............................................................ 69.

(10) CALIBRAÇÃO DO CENTURY PARA SIMULAÇÃO DA CICLAGEM DE CARBONO EM UMA ÁREA DE CAATINGA PRESERVADA NO SERTÃO PARAIBANO RESUMO A região semiárida brasileira é caracterizada pela elevada variabilidade espacial e temporal da precipitação pluviométrica, o que influencia fortemente a produtividade vegetal. Além disso, a heterogeneidade dos tipos de solo, relevo e temperatura cria um mosaico de zonas agroclimáticas com diferentes aptidões para uso agropecuário. Essa elevada complexidade torna difícil o delineamento e monitoramento de sistemas sustentáveis de uso da terra na região. Nesse sentido, os modelos matemáticos de simulação da ciclagem biogeoquímica podem contribuir para o melhor entendimento desses processos. Dentre os vários modelos, o Century tem sido usado para simular a dinâmica do carbono (C) e de nutrientes (N, P e S) em vários agroecossistemas ao redor do globo. Sendo assim, o objetivo do presente trabalho foi calibrar o Century para simular os fluxos e estoques de carbono em uma área de caatinga preservada no Sertão paraibano, com ênfase nos estoques de carbono na biomassa aérea (folhas, caules, galhos finos e grossos), biomassa subterrânea (raízes) e também na matéria orgânica do solo. Os dados utilizados foram obtidos em parcelas de campo, ao longo de um período de 3 anos (2007, 2008 e 2009). Os valores simulados do estoque de C nas folhas para os anos de 2007 e 2009 (56, 28 e 54 g C m-2) foram próximos aos valores observados (53, 64 e 54 g C m-2). Foi observada uma discrepância apenas em 2008, devido a problemas na simulação da fixação biológica de N durante aquele ano. Os valores simulados dos estoques de C dos caules, galhos grossos e finos, como também a biomassa subterrânea, diferiram em menos de 1% dos valores observados. De forma semelhante, o estoque simulado de C na matéria orgânica do solo (1.245 g C m-2) coincidiu com a média dos valores observados (1.243 g C m-2). Portanto, o presente trabalho demonstra que o Century é uma ferramenta promissora para a simulação da ciclagem biogeoquímica em áreas de caatinga, porém ainda são necessários testes em outros sítios para a validação do modelo. Palavras-chave: Biomassa, matéria orgânica do solo, modelagem, semiárido..

(11) CALIBRATION OF THE CENTURY FOR SIMULATION OF CARBON CYCLING IN AN AREA OF PRESERVED IN CAATINGA PARAIBANA ABSTRACT The semiarid region of NE Brazil is characterized by an extremely high spatial and temporal variability of rainfall precipitation, which has strong influence on plant productivity. Besides, the heterogeneity of soil types, relief, and temperature crates a mosaic of agroclimatic zones. This high complexity makes it difficult to design and monitor sustainable land use systems in the region. In this sense, mathematical models for simulation of biogeochemical cycles may contribute for the better understanding of these processes. Among the many models available nowadays, the Century model has been used to simulate the dynamics of carbon (C) and nutrients (N, P, and S) in many ecosystems throughout the globe. Therefore, the objective of this work was to calibrate Century to simulate the fluxes and stocks of C in an area of preserved Caatinga vegetation in the semi-arid region of the state of Paraíba, Brazil, with emphasis on the stocks of carbon in the aboveground biomass (leaves, stems, fine and corse branches), belowground biomass (roots) and also in the soil organic matter. The data used for the calibration were obtained in field plots throughout a period of 3 years (2007 to 2009). The simulated values of C stock in sheets for the years 2007 and 2009 (56, 28 and 54 g C m-2) were similar to those observed (53, 64 and 54 g C m-2). A discrepancy was observed only in 2008 due to problems in the simulation of biological nitrogen fixation during that year. The values of C stocks in the compartments of stems, coarse branches, fine branches, as well as the C stock in the belowground biomass, differed in less than 1% from the observed values. Similarly, the simulated C stock in the soil organic matter compartment (1.245 g C m-2) matched the mean of the observed values (1.243 g C m-2). Given the results obtained, the present work demonstrates that the Century model is a promissing tool for the simulation of the biogeochemical cycling in Caatinga areas, but there is still need for additional tests in other sites in order to validate the model. Key-words: Biomass, soil organic matter, modeling, semiarid NE Brazil..

(12) 1. INTRODUÇÃO A região Nordeste do Brasil ocupa a posição norte-oriental do país, entre 1º e 18º30’ de latitude Sul e 34º30’ e 40º20’ de longitude oeste de Greenwich. Sua área, aproximadamente de 1,5 milhões de km2, equivale a um quinto da superfície total do Brasil, abrangendo nove Estados (Maranhão, Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe e Bahia) (CIRILO et al., 2007). A maior parte da região Nordeste apresenta clima semiárido. Segundo o Ministério da Integração Nacional (BRASIL, 2005, 2007) a área classificada oficialmente como semiárido é de 969.589,4 km². A maior parte desta área é coberta pela vegetação de caatinga, composta prioritariamente por arbustos que perdem as folhas nos meses mais secos ou por pastagens que secam na época de estiagem. A caatinga é a única grande região natural brasileira cujos limites estão inteiramente restritos ao território nacional. É, proporcionalmente, a menos estudada entre as regiões naturais brasileiras. Com isso, torna-se a menos protegida, pois as unidades de conservação cobrem menos de 2% do seu território, e ainda passa por um extenso processo de alteração e deterioração ambiental provocado pelo uso insustentável dos seus recursos naturais. Sendo assim, estudos sobre a ciclagem de carbono na caatinga são importantes para o melhor entendimento das respostas dessa vegetação aos distúrbios naturais e antropogênicos, o que, por sua vez, pode contribuir para subsidiar o delineamento de estratégias de uso e conservação. A experimentação em campo sobre a dinâmica de sistemas florestais demanda períodos longos de tempo. Atividades de pesquisa para a caracterização dos sistemas e experimentação em campo são, portanto, demandadas, mas exigem um enorme esforço amostral e analítico, dada a grande extensão e variabilidade sócio-econômica e ambiental da região. Sendo assim, são necessárias iniciativas que possibilitem a construção de informações que viabilizem o melhor entendimento das relações entre o solo, clima, cobertura vegetal e manejo na região semiárida. Os modelos matemáticos podem ser uma ferramenta importante para simular os efeitos de práticas de uso da terra sobre a produção vegetal e dinâmica da matéria orgânica e dos nutrientes do solo. Possíveis projeções futuras em manejos florestais podem ser simuladas e, através disso, incentivar estudos de longo prazo no semiárido para obtenções de dados mais detalhados da complexidade do sistema, tanto em ambientes naturais como agrícolas. O Century é um dos principais modelos utilizados em várias regiões do mundo para simulação da ciclagem biogeoquímica em 10.

(13) agroecossistemas, mas ainda não foi devidamente testado em áreas sob florestas tropicais secas, como a caatinga. Porém, estudos recentes demonstraram bom potencial para simulação da dinâmica do C e N da matéria orgânica do solo e na produtividade vegetal em áreas agrícolas do semiárido brasileiro (ALTHOFF et al., 2009; MARTINS et al., 2009). Portanto, os objetivos do presente trabalho foram de calibrar e simular com o modelo Century (PARTON et al., 1987), a dinâmica dos estoques e fluxos de carbono, tanto na biomassa aérea e subterrânea como na matéria orgânica do solo, de uma floresta preservada da vegetação da caatinga no semiárido paraibano.. 2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Semiárido brasileiro De acordo com Ab’Sáber (1990a), existem três grandes áreas semiáridas na América do Sul: a região Guajira, na Venezuela e na Colômbia; a diagonal seca do Cone Sul, que envolve muitas nuanças de aridez ao longo de Argentina, Chile e Equador; e, por fim, o Nordeste seco do Brasil (Figura 1), província fitogeográfica das caatingas, onde dominam temperaturas médias anuais muito elevadas e constantes. Os atributos que dão similaridade às regiões semiáridas são sempre de origem climática, hídrica e fitogeográfica: baixos níveis de umidade, escassez de chuvas anuais, irregularidade no ritmo das precipitações ao longo dos anos; prolongados períodos de carência hídrica e solos problemáticos tanto do ponto de vista físico quanto do geoquímico. No semiárido nordestino, essa extensão cobre uma grande diversidade de situações, reconhecida na sua divisão em 8 ecorregiões (VELLOSO et al. 2002) ou em 17 grandes unidades de paisagem e 105 unidades geoambientais (RODAL & SAMPAIO 2002, SILVA et al. 1993). Acompanhando a diversidade de situações ambientais há uma grande diversidade de flora, com centenas de espécies vegetais, incluindo pelo menos três centenas de espécies endêmicas (GIULIETTI et al. 2002). Analisando por estado, as caatingas de Alagoas e Sergipe, áreas relativamente pequenas, haviam sido mais substituídas por agricultura, enquanto grandes áreas da Bahia, Piauí e Ceará permaneciam cobertas com vegetação nativa. A avaliação do Mmarhal (1997) confirma esta visão geral. Alagoas e Sergipe tinham, em 1991, uma cobertura total de caatinga muito baixa (<20% das áreas totais dos estados, 3.500 e 3.800 km2). Na Bahia, a cobertura com caatinga abrangia 21% da área do estado 11.

(14) (116.500 km2), um pouco mais de 40% da área total com vegetação nativa no estado. Pela dimensão da Bahia, a área absoluta com caatinga era maior que a de qualquer outro estado. O Piauí também tinha uma grande área coberta com vegetação nativa de caatinga e com mistura de caatinga e cerrado (24 e 13% da área do estado, 61.000 e 32.000 km2). Ceará (56.900 km2), Pernambuco (43.000 km2), Rio Grande do Norte (24.700 km2) e Paraíba (18.200 km2) tinham 39, 42, 47 e 33% de cobertura de caatinga. Chama a atenção a situação na Paraíba, onde a única extensão maior com pouca agricultura era a região dos Cariris Velhos, a de menor pluviosidade no Nordeste (NE).. Figura 1. Distribuição espacial do bioma Caatinga. Fonte: Brasil (2005). Na região, a grande variabilidade espacial e temporal da precipitação (300 a 800 mm ano-1) e a ocorrência de altas e estáveis temperaturas (25 a 350C) propiciam elevados déficits hídricos, com taxas de evaporação anual que chegam a ultrapassar 2500 mm (SÁ et al., 2000). Segundo Ab’Saber (1974), além dessas marcantes condições termopluviométricas, as interações com os diferentes componentes abióticos, como as propriedades litoestruturais, posicionamento topográfico e heranças paleoclimáticas, criam uma diversidade de ambientes, segundo os quais se organizam diferentes formas adaptativas da vegetação. Na caatinga a variabilidade na composição e no arranjo dos componentes botânicos são respostas aos processos de sucessão e aos diversos fatores ambientais, em que a densidade das plantas, a composição florística e o 12.

(15) potencial do estrato herbáceo, variam tremendamente (SILVA et al., 1993; SAMPAIO & RODAL, 2000). Grandes regiões naturais, como o bioma caatinga, são ecossistemas que ainda ocupam áreas superiores a 100.000Km2 da vegetação nativa e, desta forma, são considerados estratégicos no contexto das grandes mudanças globais (GIL, 2002). A manutenção da caatinga é importante para o mantimento dos padrões regionais e globais do clima, da disponibilidade de água, de solos agricultáveis e de parte importante da biodiversidade do planeta. Infelizmente, o bioma permanece como um dos ecossistemas menos conhecidos na América do Sul do ponto de vista científico (MMA, 1998). Além da insuficiência de conhecimento científico, é reduzido o número de unidades de conservação (TABARELLI & VICENTE, 2002) e são crescentes as pressões antrópicas sobre o bioma (CASTELLETTI et al. 2003). Estudos sugerem que, no futuro, as ações antrópicas e as mudanças climáticas globais poderiam agir conjuntamente para levar o sistema climático a um estado de equilíbrio mais seco que o atual, com efeitos sérios no balanço hidrológico e de nutrientes em ambientes naturais (OYAMA & NOBRE, 2004). No interior da região, de clima semiárido, o aumento da variabilidade climática e/ou diminuição da precipitação pluviométrica, poderá afetar as áreas de caatinga e de atividades agropecuárias, das quais ainda depende grande parte da população. A região semiárida brasileira caracteriza-se por ser uma das maiores e mais densamente habitadas do mundo. No passado, quando sistema de agricultura itinerante era predominante na região, o período de pousio era extenso, uma vez que a população humana era pequena. No decorrer dos anos, a demanda por alimentos e utilização da lenha aumentou consideravelmente e, conseqüentemente, houve forte aumento da pressão sobre o solo e os recursos naturais (SAMPAIO et al., 2005). Segundo estimativas, resta ainda uma área aproximadamente de 36.106 de ha, de mata nativa, ou seja, 43% da cobertura original (PROBIO, 2007). Devido ao manejo adotado no bioma caatinga, há um crescente interesse em compreender a influência que os distúrbios antrópicos exercem sobre os padrões e processos ecológicos. Em muitas florestas, a extração de madeira pelo homem compete com outras perturbações naturais (incêndios, vento, insetos, doenças, etc) como o principal agente de perturbação do ecossistema, mas vários estudos têm expressado fortes preocupações sobre os efeitos da exploração madeireira intensiva sobre a. 13.

(16) sustentabilidade dos ecossistemas florestais (KIMMINS, 1977; DYCK & COLE, 1994; JURGENSEN et al., 1997; MORRIS et al., 1997; WEI et al., 1997). Além da extração da madeira para combustível e diversos tipos de construções, há outras perturbações ocasionadas pela ação antrópica sobre a caatinga com o intuito de extrair frutas, mel e produtos medicinais, além das atividades agrícolas e também de pastoreio do gado, caprino e/ou ovino. Tudo isso leva ao uso mais intensivo da terra, dificultando os processos de sucessão vegetal e a conseqüente recomposição da vegetação e da fertilidade do solo (ARAÚJO FILHO & BARBOSA, 2000). Na maioria dos ecossistemas, o conteúdo de matéria orgânica do solo (MOS) encontra-se relativamente estável quando sob vegetação natural. No entanto, com a conversão da vegetação nativa em áreas agrícolas e as constantes retiradas de lenha, na maioria das situações ocorre redução da MOS (LOVATO, 2001; VEZZANI, 2001). O processo de decomposição mantém a funcionalidade do ecossistema, possibilitando que parte do carbono incorporado na biomassa vegetal retorne à atmosfera como CO2 e, outra parte, juntamente com os elementos minerais, seja incorporada ao solo (OLSON, 1963; ODUM, 1969). De acordo com Dieckow et al. (2005), os estoques de carbono estão diretamente relacionados com a quantidade de resíduos produzidos pelo sistema. O carbono frequentemente tem sido utilizado como indicador da qualidade do solo, tanto em sistemas agrícolas como em áreas de vegetação nativa (JANSEN, 2005; PORTUGAL et al., 2008). 2.1.1 Ciclagem de carbono no sistema solo-planta-atmosfera A capacidade dos ecossistemas emitirem ou seqüestrarem carbono atmosférico é determinado por grande variedade de processos abióticos e bióticos. Para realmente entender o papel atual e futuro de um ecossistema no balanço de carbono atmosférico, seria necessário também conhecer e quantificar todos esses processos. Como em muitos períodos da história do planeta, este ciclo não se encontra em equilíbrio. A queima de combustíveis fósseis (principalmente petróleo e carvão mineral) e as mudanças do uso da terra, têm resultado em um incremento do carbono na atmosfera da ordem de 5,5 Pg anuais (1 peta grama (Pg) = 1 bilhão de toneladas). Dessas, apenas 3,5 Pg de C permanecem na atmosfera e passam a contribuir efetivamente para o efeito estufa, sendo o restante dissolvido nos oceanos ou seqüestrado pela atividade fotossintética, ficando retido como biomassa viva ou como matéria orgânica do solo (SCHLESINGER, 1997; GRACE, 2001). As fontes de. 14.

(17) carbono da atmosfera são bem conhecidas, como aquelas decorrentes das atividades humanas, que queimam combustíveis fósseis e liberam bilhões de toneladas por ano para a atmosfera, e aquelas naturais, como o vulcanismo. O desmatamento tropical pela queima da biomassa, para uso agrícola da terra, para pastos e para uso de madeiras, é também um grande responsável pelo crescente aumento de CO2 na atmosfera. As florestas contêm de 20 a 100 vezes mais carbono por unidade de área que as plantações ou pastos. Com o desmatamento, o carbono originalmente contido na vegetação e nos solos é liberado para a atmosfera em forma de CO2. Os vegetais terrestres constroem seus tecidos a partir do CO2 atmosférico captado pelas folhas. É a fotossíntese terrestre que retira anualmente da atmosfera, em um processo natural, cerca de 100 Gt de carbono em forma de dióxido de carbono. Sabe-se também que à noite estes mesmos vegetais liberam dióxido de carbono para a atmosfera pela respiração e que, conjuntamente com o solo, devolvem para a atmosfera cerca de 100 Gt de CO2 por ano (HOUGHTON & WOODWELL, 1989). O grau de atividade vegetal depende notadamente da luminosidade, da temperatura, da umidade e de outras variáveis. Em resumo (Figura 2), a fotossíntese e a respiração tanto dos vegetais como dos solos é que são os dois processos principais pelos quais passam os fluxos de carbono entre atmosfera e biosfera.. Figura 2: Fluxo sazonal do carbono nas árvores em distintas estações climáticas, (a) Inverno Reservas de carboidratos subterrâneos para formação de novas folhas, galhos e flores; (b) Início do verão – Carboidratos da fotossíntese para crescimento de folhas e galhos nas copas e crescimento dos caules e galhos grossos e (c) Após o verão – Carboidratos da fotossíntese se movimenta para produção das raízes finas e armazenamentos nas partes grossas das árvores. Fonte: Aber & Melillo (1991). 15.

(18) Diferentes tipos de floresta armazenam quantidades diferentes de carbono dentro de sua biomassa, e locais diferentes dentro de um mesmo tipo de floresta também variam muito com relação à quantidade de biomassa. Esta afirmação se baseia no fato de a maioria das estimativas de biomassa ser feita apenas nas partes aéreas da planta. Adaptações devem ser feitas para as estimativas das árvores menores, da vegetação rasteira no solo e da vegetação viva abaixo do solo (raízes), devendo-se incluir também a vegetação morta, tanto acima como abaixo do solo, em pé ou caída (HOUGHTON, 1994), como mostra a figura 3.. Figura 3: Representação esquemática dos principais estoques e fluxos do ciclo de carbono em uma floresta. Fonte: Aduan (2003). Conforme Andrade (1978), o maior porcentual de biomassa encontra-se na madeira do fuste e ele tende a aumentar à medida que a população envelhece. Pereira et al. (1984) observaram que com o aumento da idade ocorre também um aumento substancial da proporção de madeira em relação à matéria seca total. Caso mudanças climáticas ocorram decorrentes do aumento de dióxido de carbono na atmosfera, sem dúvida alguma os ecossistemas terrestres serão afetados. Uma questão não deixa dúvidas: o homem provoca a liberação para a atmosfera de grandes quantidades de CO2. Descobrir como a Terra vai reagir aos impactos da liberação excessiva deste gás é toda uma questão em aberto.. 16.

(19) 2.2 Modelagem A modelagem de processos biológicos tem por objetivos planejar o uso da terra, estabelecer padrões ambientais e estimar os riscos reais e potenciais das atividades agrícolas e ambientais. Diversos modelos têm sido criados nos últimos 25 anos para estudos de dinâmica de MOS e nutrientes em ecossistemas no mundo. Smith et al. (1997) e Molina & Smith (1998) apresentaram uma comparação crítica de nove modelos de simulação de C e nutrientes em diferentes ecossistemas terrestres de clima temperado, por meio de sete experimentos de longa duração. Esses autores observaram que um grupo de seis modelos (RothC-26.3, CENTURY, DAISY, CANDY, NCSOIL, e DNDC). Desses seis, apenas dois modelos foram capazes de simular o C em todos sistemas de uso da terra em cada experimento (RothC-26.3 e CENTURY). Na região semiárida do NE do Brasil, recentemente, foi desenvolvido um modelo, o EPIC SEAR, adaptado do modelo EPIC, que foi aplicado às condições de um Latossolo do Piauí, cultivado com milho e feijão, obtendo-se resultados bastante satisfatórios (BARROS et al, 2004a,b). Outro modelo desenvolvido, o SALSA (PEINETTI et al., 2008) especificamente para ambientes semiáridos, também simulou bem a dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS), produtividade de biomassa do milho e dinâmica do nitrogênio (N) no solo. Entretanto, esses dois modelos (EPICSEAR e SALSA) ainda estão em fase inicial de desenvolvimento, tendo sido testados em condições muito específicas de solo e clima na região semiárida do NE brasileiro. Sendo assim, é importante que sejam testados outros modelos já consolidados para avaliar seu potencial de uso na região. O uso de modelos matemáticos tem sido propostos para estudar o comportamento de diferentes usos e práticas de manejo em relação à dinâmica do C, N, P e S do solo (WENDGLIN, 2007). Entre os modelos mais usados, está o Century (PARTON et al., 1987), que já tem sido usado em ecossistemas subtropicais (FERNANDES, 2002), tropicais (CERRI et al., 2003; LEITE et al., 2003; LEITE et al., 2004; WENDLING, 2007; NASCIMENTO, 2008) e semiárido (ALTHOFF et al., 2009; MARTINS et al., 2009), apresentando boa capacidade para simular os efeitos de diferentes usos e manejos. O carbono do solo é dividido em compartimentos ativo, lento e passivo, com diferentes tempos de reciclagens (1, 30 e 1500 anos, respectivamente). Esta abordagem tem sido usada em muitos modelos de matéria orgânica desenvolvidos mais recentemente (VAN VEEN & PAUL, 1981; PARTON et al., 1987; JENKINSON, 1990; 17.

(20) PARTON et al., 1998). Van Veen & Paul (1981) melhoraram o modelo de Jenkinson & Rayners (1977), incluindo conceitos de proteção química e física, e fatores como erosão e cultivo do solo. Parton et al. (1987) adicionaram o efeito da textura na dinâmica da MOS e desenvolveram submodelos de ciclagem de nutrientes, os quais simulam, simultaneamente, C do solo e dinâmicas de nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S). A última versão do RothC-26.3 também inclui a proteção física da matéria orgânica do solo pela fração mineral (COLEMAN & JENKINSON, 1996). A predição dos efeitos do clima, composição atmosférica e mudanças no uso da terra é essencial na formulação de políticas ambientais, agrícolas, sociais e econômicas. Modelos matemáticos otimizam o entendimento da dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS), testando cenários específicos e são instrumentos essenciais no prognóstico dos efeitos das mudanças ambientais. 2.2.1 Descrição do modelo CENTURY 4.0 A versão Century 4.0 com interface para o DOS, envolve um conjunto de arquivos e programas interligados. Dentre os arquivos destacam-se os chamados arquivo local (SITE.100) e o arquivo dos cenários de manejo (*.SCH). No arquivo local são indicados as informações iniciais de localização geográfica, clima e solo da área a ser estudada. No arquivo do cenário de manejo são informadas as atividades de manejo realizadas nesta área, sendo estas organizadas de modo qualitativo, quantitativo e temporal o que possibilita dividir o cenário de manejo em blocos e reconstituir o histórico de manejo da área num único arquivo. No arquivo *.SCH podem ser listadas atividades que envolvem diferentes sistemas de cultivo, florestas, remoção de floresta, culturas, fertilização com N, P e S, irrigação, adubação orgânica, uso de fogo, colheita e pastejo. Em paralelo, as informações dos parâmetros destas atividades são consultadas nos arquivos acessórios, como:. CULT.100, TREE.100, TREM.100,. CROP.100,. FERT.100,. IRRI.100,. OMAD.100, FIRE.100, HARV.100 e GRAZ.100, dependendo do tipo de uso do solo e de manejo adotado em cada sistema simulado. O fluxograma do Century para representar o submodelo da floresta (Figura 4), mostra bem a dinâmica e estoques do C nos compartimentos, representado pelos parâmetros da biomassa foliar (rleavc), galhos grossos (rlwodc), galhos finos (fbrchc), raízes grossas (crootc) e raízes finas (frootc), todas medidas em g C m-2.. 18.

(21) Figura 4: Fluxograma da dinâmica e estoques do carbono no modelo de simulação CENTURY v.4.0 nos diferentes compartimentos da floresta. Fonte: Parton et al. (1987). O Century é um modelo mecanístico que analisa, em longo prazo, a dinâmica da matéria orgânica do solo e de nutrientes no sistema solo-planta em diversos agroecossistemas. Foi desenvolvido originalmente para simular a dinâmica da MOS em pastagens naturais nas planícies norte americanas (PARTON et al., 1987), porém tem sido utilizado em diversos biomas, tipos de solos e climas (PARTON et al, 1988; METHEREL et al., 1994). As principais variáveis de entrada do modelo Century são: temperatura do ar, precipitação mensal, conteúdo de lignina no material vegetal, teores de N, P e S do material vegetal, textura do solo, aporte de N no solo e teor inicial de C, N, P e S nos diferentes compartimentos do solo (LEITE et al., 2004).. 2.2.2 Submodelo Matéria Orgânica do Solo (MOS) A matéria orgânica do solo (MOS) influi significativamente na disponibilidade de nutrientes, agregação do solo e no fluxo de gases de efeito estufa entre a superfície terrestre e a atmosfera. Além disso, representa o principal compartimento de carbono (C) na biosfera, estimado em 1550 Pg (FOLLET, 2001), além de atuar como fonte e dreno para carbono e nutrientes. Por meio do seu manejo, pode-se evitar que o C seja transferido para a atmosfera ou que permaneça retido no material do solo, contribuindo para a mitigação das mudanças climáticas (WATSON et al., 2000). Com a evolução dos métodos experimentais de longo prazo e o desenvolvimento dos modelos de simulação,. 19.

(22) a pesquisa foi acumulando informações importantes acerca da dinâmica do C no solo e, assim, melhorando o manejo da matéria orgânica do solo (SHAFFER et al., 2001). O conteúdo da matéria orgânica do solo encontra-se relativamente estável em solo sob vegetação natural. No entanto, com a conversão da vegetação nativa em áreas agrícolas, ocorre redução da MOS, especialmente quando se utilizam métodos de preparo que revolvem intensamente o solo e sistemas de culturas com baixa adição de resíduos vegetais (LOVATO, 2001; VEZZANI, 2001). Nesta situação, estabelece-se um processo de degradação das condições químicas, físicas e biológicas do solo, com perda da produtividade das culturas e da qualidade do solo (BAYER & MIELNICZUK, 1999; VEZZANI, 2001) A MOS é um componente bastante sensível dos ciclos do C e do N total da Terra, às condições ambientais e às mudanças nas práticas de manejo do solo (SILVA et al., 2000). Assim, o uso de modelo de simulação para estimar as mudanças na dinâmica do carbono orgânico total do solo e dos compartimentos de C tem sido importante. O submodelo da MOS é baseado em múltiplos compartimentos, separados pelo tempo de reciclagem, similar a outros modelos de dinâmica da MOS (VAN VEEN & PAUL, 1981; JENKINSON, 1990). A maior parte dos modelos inclui compartimentos de C de diferentes reatividades, tais como o compartimento ativo ou lábil, com um rápido tempo de ciclagem (< 10 anos), geralmente representado pelo C da biomassa microbiana (PAUL, 1984). O compartimento lento ou intermediário ( 30 anos), que tem sido representado pelo C da fração leve, fisicamente protegidos ou biologicamente resistentes à decomposição (MOTAVALLI et al., 1994), e o compartimento passivo, quimicamente recalcitrante ou também fisicamente protegido ( 1.500 anos), que pode ser estimado pelas substâncias humicas (WOOMER et al., 1994; LEITE et al., 2003) (Figura 5). Equações de primeira ordem são usadas para modelar todos os compartimentos da matéria orgânica, temperatura e umidade do solo. Modificando as taxas de decomposição, a reciclagem do compartimento ativo e a formação do passivo são controladas pelo teor de areia e de argila do solo, respectivamente. Os resíduos vegetais são divididos em compartimentos dependendo dos teores de lignina e nitrogênio. Por meio do modelo, pode-se relacionar matéria orgânica aos níveis de fertilidade e ao manejo atual e futuro, otimizando o entendimento das transformações dos nutrientes em solos de diversos agroecossistemas (PARTON et al., 1987).. 20.

(23) Figura 5: Compartimentos e fluxos de carbono no modelo de simulação CENTURY v. 4.0. Fonte: Parton et al. (1987). 2.3 Biomassa Vegetal da Caatinga 2.3.1 Biomassa aérea 2.3.1.1-Folhas O nome “caatinga” é de origem Tupi-Guarani e significa “floresta branca”, que certamente caracteriza bem o aspecto da vegetação na estação seca, quando as folhas caem (ALBUQUERQUE & BANDEIRA, 1995) e apenas os troncos brancos e brilhosos das árvores e arbustos permanecem na paisagem seca. A denominação caatinga tem sido muito usada para a região geográfica no nordeste brasileiro, e isto tem gerado algumas confusões (CASTELLANOS, 1960). O conceito de regiões das caatingas inclui áreas tais como a chapada do Araripe, com a vegetação de cerrado, ou outras áreas mais úmidas dos “brejos” de Pernambuco. Porém, o conceito exclui áreas que, apesar de floristicamente serem parte da vegetação de caatinga, não são consideradas dentro da região geográfica, tais como o vale do rio Jequitinhonha em Minas Gerais (SAMPAIO, 1995). Na vegetação das caatingas, as proporções de massas de folhas são próximas de outras vegetações, variando de 10 a 30% em plantas menores (NORTHUP et al., 2005; PEICHL & ARAIN, 2007; PAUL et al., 2008), mas ficando usualmente na faixa de 25% (REGINA, 2000; SOARES & OLIVEIRA, 2002; SALIS et al., 2006). A biomassa. 21.

(24) aérea viva é a parte mais visível do ecossistema. Não há dúvida de que a parte aérea da vegetação é fundamental para geração e regulação da maioria dos processos que compõem o ciclo de carbono. Nas folhas, está a principal via de entrada de carbono para o sistema. Uma das formas de acompanhar a produtividade das vegetações arbustivoarbóreas é medir a queda de folhas e outros detritos, ao longo do ano. Considerando que a vegetação já tenha atingido um equilíbrio na formação e perda de biomassa, a medida da queda de folhedo dá uma idéia da capacidade de produção. Segundo Dantas (2003), as produções de folhedo em uma caatinga arbórea de Remígio, na Paraíba por dois anos consecutivos foram de 5,3 e 2,9 Ton ha-1 ano-1. No Ceará, Schacht et al. (1989) encontraram queda de folhedo de 3 Ton ha-1 ano-1 dos quais 80% eram folhas. O trabalho de Silva (1998) permitiu calcular a proporção da massa de folhas em relação à biomassa aérea total das caatingas. Em árvores e arbustos maiores a proporção fica em torno dos 5% e em plantas menores em cerca de 10%. Em uma área de vegetação nativa que tem uma mistura de plantas de vários tamanhos, a proporção deve ficar entre estes dois limites. A proporção real em Serra Talhada foi de 9% (KAUFFMANN et al 1993). 2.3.1.2-Caules, galhos grossos e finos A cobertura florestal mundial está na ordem de 3,9 bilhões de hectares, dos quais 886 milhões se encontram no continente central e sul americano, devendo-se destacar que o Brasil detém aproximadamente 61%, ou seja, 540 milhões de hectares. No contexto produtivo, 374,6 milhões de hectares, ou 69% da cobertura florestal, apresentam um grande potencial como fonte de matéria-prima para o setor industrial de base florestal. As florestas nativas respondem por 98% desta oferta, ou seja, 367,1 milhões de hectares, enquanto as florestas plantadas respondem por aproximadamente 6,4 milhões de hectares (BNDES, 2002). Em relação às florestas brasileiras, a floresta amazônica ocupa 284 milhões de hectares e constitui 1/3 das reservas mundiais de florestas tropicais. A vegetação dos cerrados fica em torno de 160 milhões de hectares, mas está bastante devastada devido à expansão agropecuária (GALVÃO et al. 2000). A vegetação das caatingas, recobria quase todo o semiárido nordestino, equivalendo a pouco mais da metade dos 1,5 milhão de quilômetros quadrados da região. A biomassa constitui a massa total dos organismos por unidade de superfície ou de volume, capaz de ser aproveitada como insumo energético. No caso particular da. 22.

(25) biomassa florestal, ela está constituída pelos elementos aéreos e subterrâneos das árvores (troncos, galhos, folhas e raízes), bem como da vegetação herbácea e arbustiva, dos liquens e da serrapilheira (biomassa morta) (SERVICE CANADIEN DES FORÊTS, 2008). Geralmente, a biomassa acima do solo é distribuída na seguinte ordem: madeira do fuste > galhos > casca > folhas (CALDEIRA, 1998, 2003; WATZLAWICK, 2003). Estima-se que a média de biomassa aérea total da vegetação de caatinga varie entre 30 e 50 Ton ha-1, na faixa da estimada no presente trabalho. O valor exato não é conhecido porque a variação espacial é muito grande e as estimativas foram feitas para pouco locais. Há áreas com vegetação rala e baixa e áreas com vegetação alta e densa, com variação estimada entre 2 e 156 Ton ha-1. Medida direta (74 Ton ha-1) foi feita apenas em Serra Talhada, Pernambuco (KAUFFMANN et al. 1993). A princípio de comparação, as biomassas das florestas tropicais úmidas, que atingem alturas bem maiores que as da caatinga e que, por conseguinte, têm árvores com caules bem mais grossos, estão na faixa de 200 a 400 Ton ha-1. Sampaio & Silva (2005) selecionaram nove espécies de árvores da caatinga que têm distribuição mais ampla e maior contribuição para área basal e, nas plantas a partir de 17,5 cm de DAP, cerca de 70% da biomassa era de caules e galhos maiores que 5 cm de diâmetro, 20% de galhos entre 1 e 5 cm, 5% de ramos < 1cm e 5% de folhas. A distribuição da biomassa nos diferentes órgãos da planta varia de espécie para espécie, e entre populações da mesma espécie (CALDEIRA, 2003). Sabe-se que durante a fase inicial do desenvolvimento de uma floresta grande parte dos carboidratos é canalizada para a produção de biomassa da copa. Com o passar do tempo, as copas começam a competir entre si, aumentando a produção relativa do tronco e diminuindo gradativamente a biomassa das folhas e dos ramos (ANDRADE, 1978; SCHUMACHER, 1996). Nesse sentido, Campos (1991) e Caldeira (1998) acrescentaram que esta acumulação é diferente de local para local, refletindo a variação dos diversos fatores ambientais e fatores inerentes à própria planta. O acúmulo da biomassa nos ecossistemas é afetado por todos os fatores relacionados com a fotossíntese e a respiração (KOZLOWSKI & PALLARDY, 1996). 2.3.2 Biomassa radicular A quantificação da biomassa tem recebido, nesses últimos anos, uma atenção especial na medida em que ela se relaciona diretamente com a fixação do CO2 (dióxido. 23.

(26) de carbono) atmosférico, agindo, em conseqüência, como redutora das emissões de dióxido de carbono, um dos grandes responsáveis pelo efeito estufa. Todavia, a metodologia utilizada na quantificação da biomassa não tem sido uniforme quanto aos procedimentos, tendo em vista que algumas delas não levam em consideração a biomassa morta (serrapilheira) e a subterrânea (WATZLAWICK, 2003). A produção anual de raízes na caatinga é fator importante para a manutenção e ciclagem de nutrientes, inclusive nas camadas mais profundas do solo (MENEZES & SALCEDO, 1999). O crescimento das raízes finas ocorre de forma independente do crescimento da parte aérea e, em áreas de caatinga, é fortemente influenciado pelo conteúdo de água no solo (CUEVAS et al., 1991). A biomassa total de raízes em uma floresta tropical do semiárido, foi estimada numa faixa que oscilou entre 31 a 45 t ha-1 (CASTELLANOS et al., 1991), já em uma floresta tropical úmida na Amazônia Venezuelana, variou de 54 a 60 t ha-1 (SANFORD Jr.,1989). Em estudo realizado na região de Araripina, Pernambuco, na chapada do Araripe, Tissen et al., (1992) encontraram biomassas totais de raízes, até 1 m de profundidade de 8 a 12 t ha-1. Em Chamela, região semiárida do México, Kummerow et al. (1990) encontraram mais de 50% das raízes finas na camada dos 10 cm superficiais, com uma produção de 4,23 t ha-1 ano-1. Se, por um lado, a maior proporção de raízes finas na camada de solo superficial é uma característica das florestas tropicais, por outro lado, o grau de profundidade de enraizamento varia de acordo com o tipo de solo, de floresta e de espécie (CUEVAS et al.,1991). Leite (1998) estudou a biomassa de raízes em uma área de caatinga hipoxerófila, em Caruaru-PE, e observaram que a biomassa de raízes com diâmetro < 2mm, na profundidade de 0-15cm, variou de 2,08 a 2,61 t ha-1 e, na profundidade de 15-30cm, variou de 1,19 a 1,33 t ha-1. Já a biomassa das raízes com diâmetro de 2 a 5mm na profundidade de 0-15cm, variou 3,30 a 4,35 t ha-1 e, na profundidade de 15-30cm, variou de 1,70 a 1,83 t ha-1. Observaram também, que as raízes com diâmetro até 2mm, representaram ou entre 60 e 70% do total de raízes. De forma semelhante ao exemplo anterior, Silva (2003) mediu a produção em caatinga de Petrolina nas profundidades de 0-10; 10-20 e 20-30 cm, e observaram, que as biomassas das raízes finas diminuíram com as profundidades, apresentando os seguintes valores médios; 5,7 t. ha-1; 2,3 t. ha-1; e 2,1 t. ha-1, respectivamente. Do total de raízes até 30cm, 53% estavam na profundidade de 0-10cm.. 24.

(27) Em geral, há uma redução exponencial da biomassa das raízes com a profundidade. Este declínio com a profundidade pode ser controlado pela: a) reciclagem de nutrientes retornando ao solo via queda de serrapilheira; b) tropismo de matéria orgânica; c) estado sucessional das florestas; e d) aumento da toxidade do alumínio com a profundidade (CAVELIER et al., 1996). O acúmulo de biomassa abaixo do solo varia com a espécie e o espaçamento (REIS et al., 1993; SCHUMACHER, 1995; WATZLAWICK, 2003; CALDEIRA, 2003). Gonçalves e Mello (2000) acrescentaram que a contribuição do sistema radicular para a biomassa total da árvore varia em função da idade (SCHUMACHER, 1995; WATZLAWICK, 2003), devendo ser ressaltado que os porcentuais maiores ocorrem na fase inicial do crescimento. Esta contribuição somente mudará após o fechamento da copa, quando o acúmulo de nutrientes passa a ser mais intenso nos troncos, uma vez que a formação da copa atingiu uma fase de relativa estabilidade, pois o auto-sombreamento impõe um limite da área foliar máxima.. 2.3.3 Biomassa florestal para fins energéticos A cobertura florestal protege o solo, os mananciais de água e a fauna, evita enchentes, captura dióxido de carbono , aumenta a vida útil de reservatórios hídricos que geram energia ou fornecem água potável e propicia a manutenção da biodiversidade. Com todos esses benefícios que a floresta oferece, infelizmente é acentuado o desequilíbrio entre a demanda e a oferta de recursos naturais dos ecossistemas da região semiárida e das florestas decíduas do NE. Os setores industriais que mais consomem os recursos naturais da caatinga são as cerâmicas, as padarias, as indústrias de óleos vegetais e de sabão. As indústrias das cerâmicas geralmente localizam-se nos vales dos rios, o que contribui para eliminação da mata ciliar, e utilizam como matéria-prima os solos aluviais das margens dos rios, que são justamente os solos mais ricos do Nordeste (MENDES, 1997). De acordo com Golley et al. (1978), a estimativa da biomassa é um instrumento útil na avaliação de ecossistemas, quanto à sua conversão de energia e ciclagem de nutrientes. Além de ser econômica e socialmente importante para o Brasil, a floresta tem papel essencial na qualidade de vida da população pelos benefícios ambientais que proporciona. Devido ao crescimento demográfico e a uma sucessão de cultivos comerciais (algodão, sisal, fumo, batata inglesa, mamona, etc), ao processo de ocupação, e uso da terra com retirada de lenha e agricultura de subsistência, principalmente com cultivo de 25.

(28) milho, feijão e mandioca, além da criação animal, houve forte pressão sobre os recursos naturais no semiárido paraibano (SABOURIN et al., 2000). A biomassa representa a quarta fonte de energia em nível global e constitui o principal combustível para 75% da população mundial. No contexto energético satisfaz hoje 14% da demanda energética mundial, com significativa participação na matriz energética dos países subdesenvolvidos, onde sua contribuição pode atingir níveis da ordem de 90%. Enquanto ela é a principal fonte de energia para os países em desenvolvimento, para outros, como alguns países da União Européia, ela satisfaz apenas 2% das necessidades energéticas. Assim, a produção e a utilização da biomassa para fins energéticos nesses países têm sido os resultados da gestão de suas próprias reservas, ainda que aproximadamente 2000 ha de florestas tenham sido implantados com essa finalidade pelo conjunto dos países da União Européia (PARLAMENTO EUROPEU, 2009). As atividades florestais no Brasil têm significativa importância social, pois asseguram a manutenção de 700 mil empregos diretos e 2 milhões de indiretos. Dentre todas as utilizações possíveis da biomassa, a geração de energia pode ser considerada a mais expressiva no semiárido paraibano. Em efeito, a sua combustão constituiu tradicionalmente a fonte de energia mais importante desde o descobrimento do fogo, e teve uma participação significativa até a Revolução Industrial (INFANTE & VEIRAS, 2003). A extração de lenha da caatinga tem grande importância na economia regional. Por exemplo, a lenha e o carvão são responsáveis por fornecer 1/3 da demanda energética industrial e comercial do nordeste brasileiro. Dessa demanda, cerca de 92% são atendidas por biomassa oriunda do desmatamento da caatinga, havendo um consumo estimado em 25 milhões de st.ano-1 de lenha (CAVALCANTI & ARAÚJO, 2008). Essa demanda tem contribuído para a redução das áreas cobertas com caatinga. Segundo estimativas, resta ainda uma área aproximadamente de 36.106 de ha, de mata nativa, ou seja, 43% da cobertura original (PROBIO, 2007). De acordo com Sá (1994), a região semiárida possui estoque explorável de 692 milhões de st. Apesar do consumo local ser menor do que os industriais e comerciais, dados do consumo médio de lenha residencial, nos municípios do sertão paraibano, incluindo o município do presente trabalho, Santa Terezinha, apresentaram resultados significativos na exploração florestal para consumo local de 3.718,83 kg/ano, que corresponde a 10,33 kg/residência/dia (LIMA et al. 1994). Esses resultados estão próximos aos encontrados 26.

(29) por Oliveira et al.(1998) e Vale et al. (2003), respectivamente para comunidades localizadas no Cariri e Seridó paraibano (9,4 e 9,6 kg/residência/dia) e em São João D’Aliança-GO (10,54 kg/residência/dia). O consumo médio de lenha nas comunidades é de 695 st/ano, o que corresponde a 228.026 kg/ano; 14% das residências compram a lenha, 43,9% coletam e 42,2% compram e coletam. Estima-se que as emissões de CO2 oriundas da queima de combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral e gás natural) respondem por aproximadamente 50% do fenômeno do efeito estufa. Neste particular, o destino de parte desse carbono lançado na atmosfera desde o final do século XIX, é o fundo dos oceanos. Lá, ele se encontra depositado sob a forma de carbonatos e bicarbonatos, totalizando em torno de 41.000 Giga toneladas (Gt), (41 x 1012 t) de C (97% do total), enquanto a atmosfera retém apenas 700 Gt (1,6%) e toda biomassa terrestre, por sua vez, retêm apenas 600 Gt, ou aproximadamente 1,4% do total (AB’SÁBER et al., 1990b). Comparada ao petróleo, a combustão de 1 tonelada seca de madeira evita emissões de CO2 da ordem de 1.600 kg (STAISS & PEREIRA, 2001). Dentro deste contexto, se considerarmos o aumento crescente da concentração de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera e as possíveis consequências sobre as plantas, principalmente em razão do aumento da temperatura, cuja previsão é elevar de 1,5 a 4,5 ºC até o ano 2050, controlar o aumento do dióxido de carbono torna-se imprescindível (WATZLAWICK, 2003). Muitos têm sido os argumentos favoráveis ao desenvolvimento de tecnologias para o melhor aproveitamento da biomassa florestal para fins energéticos, porém três deles em particular têm merecido uma atenção especial: social, uma vez que a madeira como suprimento energético contribui com um impacto positivo sobre o desenvolvimento rural, através do reflorestamento de áreas inadequadas para a agricultura tradicional; ecológico, por ser um recurso renovável, possibilita a redução significativa das fontes de energia de origem fóssil e a utilização racional desses recursos permite a exploração e a valorização mais otimizadas dos recursos florestais; e econômica, que considera a possibilidade de aproveitamento de todos os subprodutos oriundos da cadeia produtiva da matéria prima florestal e empregos que a biomassa florestal oferece. O mundo encontra-se diante de uma grave situação para o seu suprimento sustentável de energia, e este problema tem um número reduzido de soluções, principalmente no que tange aos combustíveis fósseis. Para tal, é essencial inverter o 27.

(30) atual quadro de consumo, dependente de poucas fontes energéticas, a maioria em fase de esgotamento, para uma estrutura de consumo na qual seja utilizado um maior número de alternativas, principalmente para os países em desenvolvimento como o Brasil. Entre outras a biomassa, por ser renovável, constitui a mais promissora fonte alternativa para uma situação de suprimento energético que só tende a se agravar. A partir da biomassa podem ser produzidos combustíveis sólidos, líquidos e gasosos. 3. Carbono Orgânico do Solo (COS) O solo é o receptáculo final dos resíduos orgânicos de origem vegetal, animal e produtos das transformações destes. A vegetação é a principal responsável pela deposição de materiais orgânicos no solo, especialmente através da queda de material morto. O tipo de vegetação e as condições ambientais são os fatores determinantes da quantidade e da qualidade do material depositado no solo, definindo a sua heterogeneidade e taxa de decomposição (MOREIRA & SIQUEIRA, 2002). No solo a matéria orgânica apresenta-se como um sistema complexo de substâncias e sua dinâmica é governada pela adição de resíduos orgânicos de diversas naturezas e por uma transformação contínua sob ação de fatores biológicos, químicos e físicos. Cerca de 10 a 15% da reserva total do carbono orgânico nos solos minerais é constituída por macromoléculas (proteínas e aminoácidos, carboidratos simples e complexos, resinas, e outros), e 85 a 90% pelas substâncias humicas propriamente ditas (FONTANA et al., 2001; CAMARGO et al.,1999). A quantidade de carbono orgânico do solo é muito variável, dependendo principalmente do tipo de solo e da vegetação explorada. Há relatos que o solo retém duas vezes mais carbono que a vegetação ou mesmo a atmosfera e que mudanças no índice de carbono do solo podem ter grande efeito no balanço global. (BELLAMY et al., 2005). A transformação de sistemas naturais em áreas agrícolas representa, nas regiões tropicais, uma importante causa do aumento da concentração de CO2 atmosférico, com efeitos sobre alterações climáticas (SCHOLES & BREEMEN, 1997). Heath et al. (2005) explicam que as florestas têm um papel chave como dissipadoras de carbono, podendo contribuir para a redução dos danos causados pela emissão continua de dióxido de carbono na atmosfera, que está associada com as mudanças no clima. A grande radiação solar quando associada às chuvas torrenciais, tão comuns nas regiões semiáridas, são citadas por Araújo (2005) como elementos de grande. 28.

(31) importância na perda de C-CO2 do solo. Assim quanto mais exposto o solo estiver, maior será a sua degradação, a ocorrência de chuvas torrenciais acaba por levar sob forma erosiva todo o material desagregado, sendo a radiação solar um dos principais agentes desencadeadores da relação desagregação e erosão. Em solos com cobertura vegetal natural, o carbono orgânico encontra-se em equilíbrio dinâmico, com teores praticamente constantes com o tempo. Essa condição é alterada quando o solo é submetido ao cultivo, e um novo equilíbrio é atingido num nível que varia em razão das características do sistema de manejo adotado (STEVENSON, 1994).. 29.

(32) 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ABER, J. D.; MELILLO, J. M. Terretrial ecosystems – Part II – Mechanisms processes controlling ecosystem structure and function. Publisher Saunders College Publishing, Orlando Florida, 1991, 158 p. AB’SÁBER, A.N. O domínio morfoclimático Semiárido das caatingas brasileiras. São Paulo: Instituto de Geografia USP. 1974. 1-39p. Série Geomorfologia, 43.. AB’SÁBER. A.N.; J. GOLDEMBERG.; L. RODÉS.; W. ZULAUF. Identificação de áreas para o florestamento no espaço total do Brasil. Estudos Avançados, n. 4, v. 9, p. 63-119, 1990a. AB’SÁBER, A.N.; Paleoclimas quaternários e pré-história da América Tropical. II. Revista Brasileira de Biologia, v. 50, p. 821-831, 1990b. ADUAN, R. E. Ciclagem de carbono em ecossistemas terrestres – o caso do cerrado brasileiro / R.E., Aduan; M.F.,Vilela; C.A., Klink. – Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2003. 11 p. (Documentos /Embrapa Cerrados, ISSN 1517-5111; 105).. ANDRADE, F. H. Ecologia florestal. Santa Maria: UFSM, 1978. 230 p.. ALBUQUERQUE, S.G & BANDEIRA, G.R.L. Effect of thinning and slashing on forage phytomas from a caatinga of Petrolina, Pernambuco, Brazil. Pesquisa Agropecuária Brasileira v. 30, p. 885-891, 1995.. ALTHOFF, T.D.; MARTINS, J.C.R; DUTRA, E.D.; ALBUQUERQUE, R.G. & MENEZES, R.S.C. Calibração do Century para simulação da produtividade do milho em um Neossolo Regolítico no semiárido. In: Congresso Brasileiro de Ciência do Solo, 32., Fortaleza, 2009. Anais. Fortaleza, Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2009, 241 p.. ARAÚJO FILHO, J.A.; BARBOSA, T.M.L. . Manejo agroflorestal de Caatinga: uma proposta de sistema de produção. In: OLIVEIRA, T.S.; ASSIS JUNIOR, R.N.; ROMERO, R.E.; SILVA, J.R.C. Agricultura, sustentabilidade e o semiárido. Fortaleza: UFC, 2000, p. 47-57.. ARAUJO, K. D. Variabilidade temporal das condições climáticas sobre as perdas de CO2 a encosta do açude Namorados, em São João do Cariri-PB. 2005, 75 f Dissertação (Mestrado em Manejo de Solo e água) – Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal da Paraíba, Areia, 2005.. 30.

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