Carlos Alberto Martinez

(1)

(2)

Concentração histórica do dióxido de carbono

800.000 AC a 2015 DC 1950 a 2015 DC C onc ent ra ç ã o at m os fér ic a de C O2 ( ppm )

(3)

(4)

(5)

Concentração histórica do metano

800.000 AC a 2015 DC 1950 a 2015 DC C onc ent ra ç ã o at m os fér ic a de C H 4 (ppm )

(6)

Concentração histórica do óxido nitroso

800.000 AC a 2015 DC 1950 a 2015 DC C onc ent ra ç ã o at m os fér ic a de N2 O (ppm )

ANO (valores negativos = AC) ANO

800.000 AC a 2015 DC 1950 a 2015 DC

(7)

(8)

(9)

Categoria de emissão

Contribuição proporcional ao

Aquecimento

CO

₂

de combustível fóssil

0,50

CO

₂

de mudança de uso da terra

0,25

Metano

0,25

Oxido nitroso

0,09

Aerossóis

-0,4

Aquecimento Total

0,7 (°C)

Contribuição de cada tipo de emissão de gás de efeito estufa

para o incremento da temperatura média global no período

de 1800 a 2005 (Adaptado de Matthews et al., 2014)

(10)

(11)

(12)

(13)

Em apenas 20 anos as populações de arbustos nas regiões Alpinas se

expandiram notavelmente, preenchendo espaços (a), incrementando seu

tamanho (b) ou colonizando novas áreas de temperaturas mais amenas (c)

(Adaptado de Myers-Smith et al., 2011).

(14)

Qual a contribuição

do CO₂ como

(15)

CO

₂

Plant carbon

fixation

Plant respiration and

photorespiration

CO

₂

CO

₂ Soil microbe respiration of soil carbon

Plants impact climate through carbon exchange, water transpiration

and carbon sequestration

H

₂

O

Water uptake by

roots

H

₂

O

Water

transpiration

Soil carbon

Nutrient uptake by

roots

(16)

Bioquímica

Fotoquímica

ESQUEMA DA FOTOSSÍNTESE C3

Sacarose

(exportação)

Amido

(armazenamento)

CO

₂

(17)

Modificado de Lawlor, 1987, Majerowicks, 2005 fluorescência Radiação Temperatura CO₂ Umidade

(18)

CO

₂

O

2

H

₂

O

CO

₂

O

2

H

₂

O

Concentração atual do CO₂(400 mmol mol-1₎

Concentração elevada do CO₂(800 mmol mol-1₎

(19)

S. tuberosum

S. curtilobum

360

720

360

720 Concentração de CO

₂

(20)

Força do dreno e produtividade

Maior força

dreno

Menor força

dreno

Fotossíntese

_{Fotossíntese}

(21)

Carboidratos

Glicose

HXK?

Expressão

gênica

Outras

proteinas do

cloroplasto

Síntese de

Proteínas

-

RUBISCO

+

Fotossíntese

CO

₂

N

DRENOS

ACLIMATAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE

(22)

Esquema dos efeitos principais diretos do aumento da [CO₂] atmosférica sobre os processos fisiológicos nas plantas

(23)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Soja Mandioca Arroz Trigo Média Plantas C3 % d e In cr emen to em ele vada [C O 2 ]

Fotossíntese

Resposta à elevada [CO₂] (intervalo de confiança 95%) da fotossíntese de diferentes espécies de cultivos C3 em experimentos FACE. (Adaptado de Bishop et al., 2014).

(24)

0 5 10 15 20 25 30

Soja Arroz Trigo Média Plantas C3

% d e In cr emen to em ele vada [C O 2

Biomassa

Resposta à elevada [CO₂] (intervalo de confiança 95%) biomassa acima do solo de diferentes espécies de cultivos C3 em experimentos FACE.

(25)

0 5 10 15 20 25 30 35

Soja Arroz Trigo Média Plantas C3 % d e In cr emen to em ele vada [C O 2 ]

Rendimento

Resposta à elevada [CO₂] (intervalo de confiança 95%) no rendimento de grãos de diferentes espécies de cultivos C3 em experimentos FACE. (Adaptado de Bishop et al., 2014).

(26)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Fotossíntese Biomassa Rendimento

% de I ncremen to em el ev ad a [C O2 ] SISTEMA FACE 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Fotossíntese Biomassa Rendimento

% de I ncremen to em el ev ad a [C O2 ] CÂMARAS DE CRESCIMENTO

(27)

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 0 200 400 600 800 1000 Ta xa de f ot os sí n tes e (µmol m -2 s -1 ) Concentração de CO₂(ppm) Plantas C3 Plantas C4

Resposta fotossintética de plantas de metabolismo fotossintético C3 e C4 a diferentes níveis de CO₂em condições de alta luminosidade e condições não limitantes de água e nutrientes (adaptado de Allen & Prasad, 2004).

(28)

0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 300 400 500 600 700 800

CO₂ concentration (mmol mol-1)

P h o to sy n th e si s R e sp o n se R a ti o LN HN

Low nutrient soil

High nutrient soil

Response of a

pioneer tropical tree

(Cecropia

pachystachya) to three levels of CO

₂

CO₂ interacts with other environmental and soil factors

(29)

0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 300 400 500 600 700 800

CO₂ concentration (mmol mol-1)

P h o to sy n th e si s R e sp o n se R a ti o LN HN

Response of

late successional tree

tropical species (Essenbeckia leiocarpa) to

three levels of CO

₂

High nutrient soil

Low nutrient soil

Non-linear response of plants to CO

₂

(30)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 100 200 300 400 500 600

CO

₂

concentration (ppm)

Ph

ot

os

yn

th

esis

(mmo

l m

-2

s

-1

)

(31)

Temperatura do ar Pressão de vapor Taxa de uso da água CO₂ atmosférico Condutância estomática Temperatura foliar Transpiração Temperatura folha-ar

Efeitos do aumento da temperatura e da concentração de CO

₂

sobre a taxa de uso de água pelas folhas

.

(32)

Climate Change and Crop Productivity

Cotton Photosynthesis – Solar Radiation

Solar Radiation, MJ m-2 d-1 0 5 10 15 20 25 30 Can op y Net P ho to syn th es is, g CO 2 m -2 d -1 0 50 100 150 200 250 360 ppm 720 ppm

(33)

Climate Change and Crop Productivity

Photosynthesis – Leaf Water Potential

Midday Leaf Water Potential, MPa

-4.0 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 Phot osy nt hes is , m g CO 2 m -2 s -1 0 2 4 6 8 10 PPF, 1600 µmol m-2 s-1 350 µl l-1 CO₂ 700 µl l-1_CO 2

(34)

RESPOSTA DO ARROZ A ELEVADA [CO

₂

]

Global Change Biology 14: 1642-1650, 2008

Rendimento Massa grãos Nº panículas IAF TCN A max gs I. de colheita Biomassa Tot Nº de grãos

(35)

Climate Change and Crop Productivity

Temperature and CO2 – Rice Yield

Temperature, °C 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Rice y ield, t ha -1 0 2 4 6 8 10 12 330 ppm 660 ppm

(36)

Climate Change and Crop Productivity

Temperature Effects on Crop Yield – Several Major

Crops

Crop

Topt,

°C

Tmax,

°C

Yield

at Topt, t/ha

Yield

at 28

°C, t/ha

Yield at

32°C

t/ha

% decrease

(28 to 32 °C)

Rice

25

36

7.55

6.31

2.93

54 Soybean

28

39

3.41

3.06

10 Dry bean

22

32

2.87

1.39

0.00

100 Peanut

25

40

3.38

3.22

2.58

20 Grain

sorghum

26

35

12.24

11.75

6.95

41

(37)

Área cultivada global

Δ T (°C) por década Δ Rendimento por °C Δ Rendimento por década Valor provável 0,3 -5% -1,5% Faixa plausível 0,1 a 0,5 -8 a -3% -4% a -3% Δ CO₂(ppm) por década Δ Rendimento por ppm Δ Rendimento por década Valor provável 25 ppm 0,07% 1,8% Faixa plausível 20 a 30 ppm 0,05 a 0,09% 1,0 a 2,7% Estimativas prováveis e plausíveis do incremento da temperatura (T) e CO₂ e seus efeitos na produção agrícola global para as próximas décadas (adaptado de Lobell & Gourdji, 2012; Lobell et al., 2011).

(38)

Alteração simulada do rendimento em trigo em Argentina e Austrália por efeitos de 3 níveis de CO₂ (360, 540 e 720 ppm) e incremento da temperatura em +3 e +6 °C) (Adaptado de Asseng et al., 2013).

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

A _B C D Network Pure CO2 flux

CO2 concentration monitoring

Win speed

Regulated CO2 flux

Control computer in container Et h er n et c o n n ect io n Static chamber E

(46)

(47)

0 5 10 15 20 25 30 21/8 23/8 25/8 27/8 29/8 31/8 2/9 4/9 6/9 8/9 10/9 12/9 14/9 16/9 18/9 20/9 T control (°C) T heated (° C) Soil t em per at ure ( °C)

(48)

Carlos Alberto Martinez

Workshop on Impacts of Global Climate Change on Agriculture and Livestock

(49)

 ~50% da área agrícola Brasil ocupada por forrageiras.

 ~160 milhões de has. dedicadas a pastagens para bovinocultura de carne e leite.

 No Brasil, 90% dos nutrientes dos animais são proporcionados pelo pasto.  Brasil maior produtor e exportador de carne bovina produzida de forma extensiva.

(50)

Gene Expression

Profiling

Biochemical

Physiological

Whole Plant growth

and productivity

Panicum Maximum (

gramínea C4

)

Stylosanthes capitata (leguminosa, C3

) Fixadora de N

Agricultura de Baixo Carbono (ABC)

CLIMATE CHANGE: SCENARIO B1

Impact of elevated CO

₂

(600 ppm) and temperature (+2°C) in plants

(51)

FLUORÔMETROS

MEDIDORES DAS TROCAS GASOSAS

CLOROFILÔMETROS

(52)

(53)

Δ 16%

(54)

(55)

(56)

(57)

Gene Expression Profiling and metabolomic studies

Biochemical studies

Physiological studies

Whole Plant growth

and productivity

Quality of forages

GHG emissions

CO

₂

uptake

Biotic stress and other

insect interactions

(58)

N

₂

O

NO

₃- NH₄+

N

₂

O

emission

Denitrification

CO

₂

emission

CO

₂

uptake

SOM

Gas exchange measurements

Plant

Biomass

Heterotrophic respiration Autotrophic Respiration Isotopic discrimination Fertilization

CH

₄

emission

Enteric fermentation

Digestibility (in vitro)

Soil emission Sample Chambers CO_{2 in} CO_{2 out} Nitrification UREA

(59)

(60)

(61)

Biodiversidade da batata nos

Andes

(62)

Cultivo da quinua

(Chenopodium quinoa

Willd.)sob

condições de estresse salino e alagamento - Bolívia

(63)

(64)

Prof. Carlos Alberto Martinez

USP-RP-Brazil (Coordination)

(Physiology and biochemistry)

Prof. Milton Groppo Jr

.

USP-RP-Brazil

Co-PI (Morphology and anatomy)

Profª Elizabeth Ainsworth

University of Illinois Urbana-USA

Co-PI (Molecular studies)

Prof. Sui Mui Tsai (CENA).

GHG and soil microbiota

Prof. Marcia Braga (IBt)

Carbohydrates

Prof. Miquel Gonzáles-Meler

University of Illinois Chicago-USA

Co-PI (Carbon and nitrogen - isotopes )

Prof. Carlos Prado

Univ. Federal de São Carlos

AR (Morphology and growth)

Prof. Franco Miglietta

CNR-IBIMET Firenze- Itália

Collab. (FACE system)

Prof. Bruce Kimball

Agricultural Research Service, USDA, USA (Collab. T-FACE)

Prof. Kevin Griffin

Lamont-Doherty Earth Observatory University of Columbia, USA

Collab. Photosynthesis & Respiration

Drs. Alessandro Zaldei e Damiano Gianelle

CNR-IBIMET Firenze- Itália

Collab. FACE system

(65)

(66)

(67)

(68)

Financial support

FAPESP

http://espaber.uspnet.usp.br/jorusp/?p=17373 http://www.fapesp.br/pfpmcg/pfpmcg_huaman.pdf