Edital Fapesp-Facepe Pesquisa Cooperativa em Mudança Climática Global COORDENADORES

I M P A C T O S D E M U D A N Ç A S C L I M Á T I C A S S O B R E A C O B E R T U R A E U S O D A T E R R A E M P E R N A M B U C O : G E R A Ç Ã O E D I S P O N I B I L I Z A Ç Ã O D E I N F O R M A Ç Õ E S P A R A O S U B S Í D I O A P O L Í T I C A S P Ú B L I C A S

Edital 02-2009 Fapesp-Facepe

Pesquisa Cooperativa em Mudança Climática Global

COORDENADORES

Jean Pierre H. B. Ometto, CCST-INPE

jean.ometto@inpe.br

Rômulo S. C. Menezes, UFPE

Instituições Parceiras

São Paulo

Centro de Ciência do Sistema Terrestre-Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE

Centro de Energia Nuclear na Agricultura –USP Instituto de Biociências - USP

Pernambuco

Universidade Federal de Pernambuco - UFPE Embrapa Solos- UEP Recife

Embrapa Semi-Árido - CPATSA

Univ. Federal Rural de Pernambuco-UFRPE Instituto Agronômico de Pernambuco - IPA Associação Plantas do Nordeste-APNE

Motivação

• Importância do Semiárido Nordestino ao país;

• Caatinga: ˜11% do país (844.453 km) e abriga 28 milhões de pessoas.

• Necessidade e importância de levantamento de dados, espacialmente distribuídos e em alta resolução (Carbono, Nutrientes, Estoques, Fluxos, ….);

• Oportunidade para desenvolvimento de modelagem climática, biogeoquímica;

• Cenários (e.g, IPCC) apontando aumento de secas extremas na região;

• Interlocução e transversalidade da pesquisa científica com gestão pública

OBJETIVO GERAL

Avaliar, através de atividades observacionais e de

modelagem, os impactos das mudanças climáticas

projetadas sobre os balanços de carbono e

nitrogênio e sobre a produtividade das principais

culturas agrícolas e da vegetação nativa nas

ESTAGIO ATUAL DAS ATIVIDADES

Componente Observacional



Escala >

- Sensoriamento Remoto

- Levantamento do uso e cobertura do solo;

- Quantificação de estágios fenológicos e disponibilidade hídrica à vegetação (NDVI, TRMM)

- Carbono/Nitrogênio

- Quantificação de estoques (Nitrogênio), - Caracterização (Isótopos);

- Fluxos (C, Eddy Fluxes, Fotossíntese, Respiração); Água/Energia - Balanço hidrológico (PPT, Troughfall, Infiltração/retenção solo; Corpo

ESTAGIO ATUAL DAS ATIVIDADES

Componente Modelagem



Escalas: Regional, Estadual, Sítios amostrais (Garanhuns,

Serra Talhada, Petrolina)

- Carbono/Nitrogênio

- Ciclagem Biogeoquímica - CENTURY;

- INLAND – Modelo de Superfície (Calibração para Caatinga)

- Vegetação

- INLAND – Modelo de Superfície (Calibração para Caatinga

com dados de campo)

- Sensoriamento Remoto – Modelo

- Clima

Atividades de mapeamento da cobertura e

uso do solo

O trabalho foi inicialmente dividido

em áreas equivalentes às cartas do

levantamento sistemático

brasileiro (56), na escala de

1:100.000 e depois unidas num

mesmo arquivo, que é o produto

final deste trabalho.

ESTOQUES NA VEGETAÇÃO

Uso do sensoriamento remoto na estimativa de fitomassa

florestal em área do Agreste de Pernambuco

Uso do sensoriamento remoto na estimativa de fitomassa florestal em área do Agreste de Pernambuco

Metodologia

Mapa de estimativa da fitomassa vegetal Localização da unidades amostrais Inventário da vegetação arbórea: •Caatinga densa; •Caatinga aberta Correlação entre dados orbitais e de campo Função de regressão e estimativa da fitomassa acima do solo Estimativa da fitomassa abaixo do solo de acordo com equação desenvolvida por COSTA

et al. (2013)

Estimativa da fitomassa

Resultados preliminares – Estoque - NDVI

Carta Piloto Caatinga Densa Caatinga Aberta

Área (km2₎

₃₉₉₅

_863,02

_531,36

2.072.792

1.583.955

488.837

0

0

0

77

71

73

10,6

18,4

9,2

Ín di ce de v eg et aç ão ( 0 a 1 0 0 0 0 )

Análise da vegetação usando índices de vegetação MODIS

A escala (0 a 10000) dos índices indicam variação de ausência de cobertura vegetal a maior cobertura (floresta perenifólia)

Proporção dos principais tipos de vegetação em quatro regiões de PE

Árvore perenifólia (AP), árvore decídua (AD), arbustivas (Arb) e herbáceas (Her)

ESTOQUES NA VEGETAÇÃO

BIOMASSA SUBTERRÂNEA

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 0 10 20 30 40 50 60 L NL NQ P Open Dense Rat io s R:S B io m a ss es Mg ha -1

Shoot Root Ratio Fig. 2 Root and shoot biomass and their ratio (R:S) in

dry tropical dry forests growing in different soil classes (Luvisol, L; Litholic Neosol, NL; Quartzarenic Neosol, NQ; and Planosol, P) and with open and dense

vegetation coverage (mean ± s.e.), in semi-arid areas of Pernambuco, Brazil.

Sampaio, Menezes et al_ Plant and Soil

y = 0,195x y = 0,257x 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 B io m a ss a r a d ic u la r (M g h a -1) Biomassa aérea (Mg ha-1₎ Neossolo litólico 3m 4m 5m Linear (3m) Linear (4m) Linear (5m) (B) r2_=0,94, p=0,006

Relações das biomassas radiculares

ESTOQUES NO SOLO

Exemplos de diferentes classes de solo

e cobertura e uso

Amostragem de solos

(Setembro 2013)

ESTOQUES NO SOLO

Zona da Mata Agreste Sertão do Moxotó Sertão de Terra Nova

Argissolo Neossolo regolítico Neossolo quartzarênico Argissolo Latossolo Planossolo Planossolo Planossolo Gleissolo Argissolo Luvissolo Latossolo

Neossolo litólico Neossolo litólico Neossolo litólico

Considerou-se para a Zona da Mata as três classes de solo dominantes e para o Agreste e o Sertão, as quatro classes de solo principais, representando mais de 80% da superfície de cada região.

Região Superfície (ha) % Núm. de

pontos amostrais %

Zona da Mata 1.088.300 11 36 20

Agreste 2.473.450 25 48 27

Sertão 6.333.032 64 96 53

Total 9.893.800 100 180 100

FLUXOS

Garanhuns Serra Talhada

Petrolina

Localização das áreas experimentais do

projeto em Pernambuco

Área Experimental em Garanhuns-PE

Pastagem

Área de caatinga Área de pasto: período úmido

Garanhuns/Serra Talhada

Torre micrometeorológica para medição dos fluxos de

água, energia e CO

Área de pasto:

13

Curso diário do fluxo de CO

em B. decumbens

-15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 0 4 8 12 16 20 24 Fl ux o CO 2 ( m m ol .m -2 s -1 ) _{Hora Local} seco (10/02 a 10/03/2012) úmido (09/07 a 09/08/2012) A Garanhuns, PE

12

Variação sazonal (totais diários) da precipitação pluvial e do fluxo de

CO₂ em B. Decumbens. Garanhuns

Resultados dos fluxos de CO2 (Eddy Covariance)

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 0 2 4 6 8 10 12 08/02/2012 23/04/2012 07/07/2012 20/09/2012 04/12/2012 CO 2 , m m o l m -2 s -1 P re ci p ita çã o p lu vi al , m m Tempo, dias Precipitação CO2

Média anual = -0,830 mmol CO₂m-2

2012 >> -2,82 t C ha

Considerações:

-CH₄: não houve variação significativa (one way-ANOVA) do metano para as duas estações nos sistemas de tratamento;

-N2O: houve diferença significativa (one way-ANOVA,

p=0,00009) entre as duas estações para os dois sistemas de tratamento, com maior emissão para o dia 20/04/2013 (estação seca). Para esse dia de coleta houve correlação dos fluxos com a temperatura do ar (r=-0,85, p=0,03) e temperatura do solo (r= -0,80, p=0,02)

- CO₂: com maior emissão no dia 20/04/2013-estação seca (Anova, p= 0,0000). Não houve diferença significativa para o sistema Caatinga entre as duas campanhas.

Dióxido de Carbono (CO2)

Data coleta CO 2 (g m -2d -1) 18/04/13 19/04/13 20/04/13 20/08/13 21/08/13 22/08/13 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 Pastagem Caatinga Metano (CH4) Data coleta CH 4 ( mg m -2 d -1) 18/04/13 19/04/13 20/04/13 20/08/13 21/08/13 22/08/13 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Pastagem Caatinga Óxido Nitroso (N2O) Data coleta N2 O ( mg m -2 d -1) 18/04/13 19/04/13 20/04/13 20/08/13 21/08/13 22/08/13 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Pastagem Caatinga Estação Seca Estação Chuvosa

Medidas de respiração do solo na

pastagem e caatinga

Estudos Ecofisiológicos em Campo

(Catingueira, marmeleiro, jurema, outras...)

A espécie caducifólia apresenta melhor desempenho em

condições de baixo DPV, mas, sob alto DPV, a sempre-verde se

sobressai.

Alta eficiência do uso da água (WUE) apresentada pela sempre-verde em condições de seca

Estudos ecofisiológicos em condições controladas

Observa-se que a partir do dia 35(~) elev/drought a planta retirou menos água da terra do que amb/drought, caracterizando assim uma melhor WUE, interessante que a diferença é quase constante no decorrer dos dias.

2012

2013

Estudos hidrológicos na pastagem e caatinga

ATIVIDADES E

PRODUTOS

ESPERADOS

Projeções de mudanças climáticas do Modelo ETA para o estado de

Pernambuco para diferentes períodos até o final do século

As anomalias são calculadas como a diferença entre os valores simulados no período futuro e no período de 1960-1990

As simulações dos modelos do CMIP5 (projeto de intercomparação de

modelos climáticos que fornecem as projeções para o próximo relatório do IPCC, AR5) para o período 1961 a 1990

Precipitção

ATIVIDADES E

PRODUTOS

ESPERADOS

CENTURY

Simula a ciclagem biogeoquímica em ecossistemas naturais e

agroecossistemas sob várias situações de clima e solo.

ATIVIDADES E

PRODUTOS

ESPERADOS

Uso do INLAND para modelagem regional dos

balanços de carbono em Pernambuco

Jorge Bustamante-Becerra, Jean Ometto et al., em preparação)

Simulação da produção anual de NPP considerando vegetação com estratos homogêneos (V_hom) e heterogêneos (V_het) e a diferença de V_het-V_hom nas quatro regiões

Site do projeto:

Nitrogen Cycling In Latin America: Drivers, Impacts And

Vulnerabilities (N

)

General Objective

Develop a broad integrative network of research and outreach across

multiple ecoregions and different socioeconomic conditions in Latin

America

Sites / Network