INPE-12142-TDI/968

ESTUDO DA PRODUO DE XIDO NITROSO EM CULTIVO DE FEIJO (Phaseolus vulgaris)

Caio Eduardo Azevedo Gonalves

Dissertao de Mestrado do Curso de Ps-Graduao em Geofsica Espacial, orientada pelo Dr. Plnio Carlos Alval e pela Dra. Edith Vasconcellos de Andrade Marinho,

aprovada em 27 de fevereiro de 2002.

INPE So Jos dos Campos

2005

550.3 GONALVES, C. E. A. Estudo da produo de xido nitroso em cultivo de feijo (phaseolus vulgaris) / C. E. A. Gonalves. So Jos dos Campos: INPE, 2002. 89p. (INPE-12142-TDI/968). 1.xido Nitroso. 2.Efeito Estufa. 3.Cpulas Estticas. 4.Agricultura. 5.Cromatografia Gasosa. 6. Cpulas de Acrlico. I.Ttulo.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeo especialmente ao orientador Dr. Plnio Carlos Alval, pela orientao deste trabalho, auxiliando na tcnica de cromatografia, no trabalho de campo e nas constantes leituras e discusses do trabalho para o seu bom desenvolvimento e concluso. Agradeo Dra Edith V.A. Marinho, estimuladora desta pesquisa e pessoa a qual eu sempre soube que poderia contar nas horas mais difceis. Ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em especial, ao Laboratrio de Oznio do INPE de So Jos dos Campos (SP). Aos docentes e pesquisadores do Curso de Ps Graduao em Geofsica Espacial do INPE, em especial ao Dr. Marcelo Saba e Dra. Virgnia Alves. Aos tcnicos Anglica, Mangueira e Marcelo do Laboratrio de Oznio pelo apoio durante a fase experimental deste trabalho e um agradecimento muito especial ao tcnico Domingos pela grande ajuda ao longo de todo o trabalho de campo. A todo o pessoal do Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat, pela realizao do experimento, em especial aos professores Dr. Serafim Daniel Ballestero e Dr. Marcelo dos Santos Targa. bibliotecria Slvia que sempre se mostrou muito eficiente nas solicitaes de artigos. Ao aluno de Iniciao Cientfica Gustavo Porto Salbi pela ajuda nas coletas no campo. Aos colegas Kleber, Iara, Ana Paula, Jos Luiz e Manuella que direta ou indiretamente auxiliaram na realizao deste trabalho. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico pela concesso da bolsa de estudo. E, em especial minha famlia que muito me apoiou em todos os momentos.

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo apresentar as primeiras medidas de xido nitroso (N2O) emitido numa cultura de feijo (Phaseulos vulgaris) utilizando-se dois tipos de fertilizantes: orgnico e inorgnico, alm do controle (sem fertilizante). A importncia desse gs deve-se sua relao direta com o efeito estufa global e com a destruio do oznio estratosfrico. O experimento foi realizado no Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat (UNITAU) (23o01 S e 45o30 W) no perodo de 02/07/2001 11/10/2001 com um total de 13 campanhas de campo. Para determinar o fluxo do N2O foram usadas cpulas de acrlico transparente cobrindo 0,25m2 de rea, em parcelas de feijo com dimenses de 16m2. Trs parcelas estudadas foram fertilizadas com sulfato de amnio e trs com lodo de esgoto, separadamente, com uma taxa de fertilizao de 2g de N/m2. O xido nitroso acumulado nas cmaras foi determinado usando-se a tcnica de cromatografia gasosa, associada a um detector de captura de eltrons. A variao do fluxo foi de 1,5 a 17,6 g(N2O) m-2 h-1para a parcela no fertilizada, 3,5 a 68,8 g (N2O) m-2 h-1 para a parcela com o lodo de esgoto e entre 3,5 e 78,1 g (N2O) m-2 h-1 para a parcela do sulfato de amnio. O xido nitroso emitido representou 0,70 a 1,65% do nitrognio aplicado ao solo. Os fluxos aqui apresentados esto dentro da faixa de valores obtidos por outros pesquisadores a partir de estudos em diferentes culturas e fertilizaes.

STUDY OF THE NITROUS OXIDE PRODUCTION IN BEANS CROP

ABSTRACT

The purpose of this work is to present the first measurements of nitrous oxide emitted in beans crop (Phaseulos vulgaris) using two types of fertilizers: an organic, another inorganic, plus control. The experiment was performed at the Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat (UNITAU) (23o01 'S and 45o30 'W) in the period from 02/07/2001 to 11/10/2001. To N2O flux determination, transparent acrylic chambers with 0.25 m2 superficial area were used in 16 m2 parcels. Three of the studied parcels had been fertilized with ammonium sulphate and three with silt of sewer with a fertilization of 2g of N/m2. For the quantitative determination of N2O concentration, gas chromatography technique was used in conjunction with electron capture detector. The fluxes variation was of 1.5 to 17.6 g(N2O) m-2 h-1 for the parcel without fertilizer, from 3.5 to 68.8 g(N2O) m-2 h-1 for the parcel with the silt of sewer and from 3.5 to 78.1 g(N2O) m-2 h-1 for the parcel of ammonium sulphate. The emitted nitrous oxide represented from 0.70 to 1.65% of the nitrogen applied to the soil. The fluxes presented here are comparable to those obtained by other researchers studies in different crops and fertilizations.

SUMRIO

Pg. LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE SMBOLOS

CAPTULO 01 - INTRODUO..................................................................................... 17 1.1 OBJETIVOS GERAIS.......................................................................................... 20 1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................................... 21

CAPTULO 02 - XIDO NITROSO NA ATMOSFERA .............................................. 23 2.1. INTRODUO.................................................................................................... 23 2.2. O XIDO NITROSO COMO GS DO EFEITO ESTUFA ............................... 24 2.3. BALANO DO XIDO NITROSO NA ATMOSFERA.................................... 29

2.3.1. PRINCIPAIS FONTES NATURAIS ........................................................... 31 2.3.1.1. SOLOS ....................................................................................................... 31 2.3.1.2. OCEANOS .................................................................................................. 32

2.3.2. FONTES ANTRPICAS............................................................................. 32 2.3.2.1. PRTICAS AGRCOLAS E EMISSO DE N2O .............................. 34

2.4. SUMIDOUROS.................................................................................................... 36 2.5. A PRODUO DE N2O NO SOLO.................................................................... 38 2.6. PRINCIPAIS CULTURAS AGRCOLAS E USO DE FERTILIZANTES SINTTICOS NO BRASIL ............................................................................................. 40

CAPTULO 03 - METODOLOGIA ................................................................................. 43 3.1. LOCAL DE AMOSTRAGEM ............................................................................. 43 3.2. CULTURA PRATICADA ................................................................................... 44 3.3. TCNICA DE COLETA...................................................................................... 51 3.4. DESCRIO DO MTODO CROMATOGRFICO ........................................ 56 3.5. DETERMINAO DO FLUXO DE N2O........................................................... 61

CAPTULO 04 - RESULTADOS E DISCUSSO .......................................................... 65 4.1. INTRODUO.................................................................................................... 65 4.2. FLUXOS DE N2O ................................................................................................ 68

CAPTULO 05 - CONCLUSES E SUGESTES......................................................... 79

JeffersonREFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

Jefferson....................................................................... 81

LISTA DE FIGURAS

2.1 - Concentraes atmosfricas de N2O para os ltimos 100 anos. ..................................24 2.2 - Esquema simplificado do efeito estufa.........................................................................25 2.3 - Transmisso da radiao trmica pelos gases do efeito estufa.....................................27 2.4 - Forante radiativo do N2O no perodo de 1765 a 2000................................................28 2.5 -Evoluo do consumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil, no perodo de 1996-

2000. .............................................................................................................................41 3.1 - Vista area da Fazenda Experimental da UNITAU, a flecha indica a rea onde foi

realizado o experimento. ..............................................................................................43 3.2 Croqui do campo. ........................................................................................................48 3.3 Plantio do feijo em 02/07/2001..................................................................................50 3.4 - Vista do campo experimental com as parcelas de feijo em 12/09/2001.....................51 3.5 - Cpula de acrlico e cilindro de coleta no trabalho de campo. ....................................54 3.6 - Componentes bsicos de um cromatgrafo a gs. .......................................................57 3.7 - Esquema de um DCE ...................................................................................................59 3.8 - Cromatograma produzido em anlise pelo Laboratrio de Oznio INPE/So Jos dos

Campos. ........................................................................................................................60 4.1 - Grfico da variao da concentrao de N2O para o dia 25/07/2001 na parcela de

Sulfato de Amnio no Bloco 03. ..................................................................................66 4.2 . Mdia de temperatura para os dias de coleta. ...............................................................67 4.3 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 01 (R1) com os fertilizantes sulfato

de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6). .................................................................69 4.4 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 2 (R2) com os fertilizantes sulfato

de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6). .................................................................70 4.5 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 3 (R3) com os fertilizantes sulfato

de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6) e a parcela testemunha.............................71

LISTA DE TABELAS

1.1- Principais Gases Trao do Efeito Estufa ........................................................................ 18 2.1 - Fontes e Sumidouros de N2o ......................................................................................... 30 3.1 - Datas das Amostras Recolhidas...................................................................................... 56 4.1- Estgio Fenolgico da Planta .......................................................................................... 68 4.2 - Anlise do Solo Versus Fluxo de N 2o ............................................................................ 73 4.3 - Fluxo Integrado de N 2o no Perodo do Experimento e Produo de Feijo por Parcela

(EM G)............................................................................................................................ 73 4.4 - Comparao do Fluxo de N 2o com Outros Trabalhos ................................................... 75 4.5 - Perda de N2o a Partir da Quantidade de Fertilizante Aplicado ...................................... 76

LISTA DE SMBOLOS

A rea, m2 Ca Razo de mistura na amostra, partes por bilho em volume Cp Razo de mistura no padro, partes por bilho em volume K Kelvin mi,a Valor mdio da rea da amostra mi, p Valor mdio da rea do padro P Presso total, atmosfera (atm) pi Presso parcial, atm ppbv partes por bilho em volume ni Nmero de moles do gs, mol l Litros h horas nt Nmero total de moles na mistura, mol m Massa da substncia, grama (g) ml Mililitros M Massa molar da substncia, g mol-1 V Volume da cpula, litros T Temperatura absoluta, Kelvin (K) t tempo, minutos (min) Tg Teragrama, 1012g g Microgramas

ONn 2 Variao do nmero de moles de N2O, mol ON2

Frao molar do xido nitroso, R Constante universal dos gases ideais, 0,082 atm.l.mol-1K-1 R2 Coeficiente de determinao W/m2 Watts por metro quadrado Fluxo, g m-2 h-1 kgN/ha ano Quilograma de Nitrognio por hectare por ano km Quilmetros keV 103 eltron-volt

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CAPTULO 1

INTRODUO

Aumentos recentes na concentrao de gases trao na atmosfera, devido atividade

antrpica, tm levado a um impacto no balano de entrada e sada de radiao solar do

planeta, tendendo ao aquecimento da superfcie da terra, tambm conhecido como efeito

estufa. Este aumento de temperatura pode causar imediatamente vrias modificaes ao

meio ambiente (Kirchhoff, 1992). Esse efeito realizado por alguns poucos gases que

existem na atmosfera que podem ser naturais, isto , gases produzidos naturalmente na

biosfera, ou podem ser introduzidos artificialmente na atmosfera, pela ao do homem.

Para que um constituinte seja um gs do efeito estufa, este deve ter a propriedade de

absorver radiao eletromagntica na regio infravermelho do espectro eletromagntico (o

infravermelho a regio em que as ondas transmitem calor) e, possuindo esta propriedade,

o gs situado na troposfera absorve parte da radiao de onda longa emitida pelo planeta.

Uma parte da radiao absorvida pelo gs ser retransmitida para a superfcie. Com o

aumento da concentrao dos gases do efeito estufa, aumenta tambm a capacidade da

atmosfera em reter o calor provocando, assim, o aquecimento do planeta. De acordo com

Cotton & Pielke (1995) um aumento da temperatura global elevaria o nvel das guas do

mar, modificaria a precipitao e outras condies climticas locais. Os principais gases

responsveis pelo efeito estufa so: o dixido de carbono (CO2), o metano (CH4), o xido

nitroso (N2O), clorofluorcarbonos (CFCs) e o oznio (O3). Estima-se que, se a taxa atual de

aumento desses gases continuar, as temperaturas mdias globais subiro 0,3oC por dcada,

com uma incerteza de 0,2oC a 0,5oC por dcada, de modo que, no ano 2100, o aquecimento

global estaria compreendido na faixa de 1,0 a 3,5oC (European Comission, 1997; Lima,

2001). A Tabela 1.1 mostra as principais fontes antropognicas dos principais gases do

efeito estufa, assim como a sua importncia relativa para o aquecimento global.

18

TABELA 1.1 Principais Gases Trao do Efeito Estufa.

Gs Principais Fontes Antropognicas Tempo de Vida na

Atmosfera

Razo de Mistura na Atmosfera

Contribuio Relativa

CO2 Combustveis

fsseis, desflorestamento.

50 - 200 anos 353 ppmv 60%

CH4

Cultivo de arroz inundado, pecuria,

combustveis fsseis, queima de

biomassa.

10 anos 1745 ppbv 15%

N2O Fertilizantes,

converso do uso da terra.

150 anos 314 ppbv 6%

CFC-11 CFS-12

Refrigeradores, aerossis, processos

industriais. 60 a 120 anos 260-560 pptv 12%

O3 Hidrocarbonetos

(com NOx), queima de biomassa

Semanas a meses 34 pptv 7%

Adaptada de Krupa (1997). (Obs: ppmv = partes por milho em volume, ppbv = partes por bilho em volume e pptv = partes por trilho em volume)

Nesta tabela observa-se que embora a concentrao do xido nitroso seja pequena em

relao aos outros gases, ele contribui com cerca de 6% do efeito estufa e alm disso, a sua

concentrao atmosfrica cerca de 10% maior que na era pr-industrial (287 ppbv (IPCC,

1995)), em virtude das causas antropognicas e naturais (Krupa, 1997). At cerca de duas

dcadas atrs, os estudos sobre efeito estufa levavam em conta to somente o CO2. A partir

da dcada de 80 os estudos incluem o metano (CH4) e CFCs, porm os estudos de xido

nitroso ainda so escassos e se restringiram muito s suas fontes naturais.

As emisses dos gases do efeito estufa so geralmente expressas em termos de CO2

equivalente, denominado Potencial de Aquecimento Global (GWP Global Warming

Potencial) calculado para 100 anos de integrao dos efeitos. Os GWP do CO2, do CH4 e

do N2O so 1, 21 e 310, respectivamente (IPCC, 1996a). Isto significa que o CH4 apresenta

19

um potencial de aquecimento global 21 vezes superior ao do CO2, e que o N2O apresenta

um potencial de aquecimento global 310 vezes superior ao do CO2.

A agricultura contribui para o efeito estufa, com emisses de gases como o CH4, CO2, N2O

e xidos de nitrognio (NOx). Estima-se que 20% do incremento anual da forante radiativa

global so devidos ao setor agrcola considerando-se s o efeito dos gases metano, xido

nitroso e gs carbnico (IPCC, 1996a), excluda a frao correspondente s mudanas do

uso da terra relacionadas com atividades agrcolas (15%) (Lima, 2001). As fontes agrcolas

de gases do efeito estufa so o cultivo de arroz irrigado por inundao, a pecuria, dejetos

animais, o uso agrcola dos solos e a queima de resduos agrcolas. Estudos indicam que

cerca de 55% das emisses antrpicas de metano provm da agricultura e da pecuria

(IPCC, 1995). Os solos agrcolas, pelo uso de fertilizantes nitrogenados, fixao biolgica

de nitrognio, adio de dejetos animais, incorporao de resduos agrcolas, entre outros

fatores, so responsveis por significativas emisses de xido nitroso (Lima, 2001).

O balano global de xido nitroso proveniente da agricultura bastante incerto, no que se

refere prtica agrcola. Considerando-se que uma grande quantidade de fertilizante

adicionada ao solo e nem todo aproveitado pela plantao, podem ocorrer grandes perdas

de nitrognio em forma de N2O para a atmosfera. As taxas de emisso deste gs podem

variar dependendo do fertilizante usado, da plantao, do tipo e preparo do solo, de fatores

ambientais e pela variao natural de ponto a ponto (Clayton et al, 1994; Bouwman, 1990;

Mosier et al. 1983). Em 1970 aproximadamente 32 milhes de toneladas (Tg ou1012g) de

fertilizante a base de nitrognio foram produzidas globalmente, e a maior parte dele foi

aplicada em pases em desenvolvimento na zona temperada. Em 1990, cerca de 80 Tg

foram produzidas, e cerca de 40% foi aplicado em pases nos trpicos e subtrpicos

(Matson et al. 1996). Projees correntes sugerem que 100 Tg/ano de fertilizantes a base de

nitrognio sero aplicadas em pases em desenvolvimento no ano 2025 (Matson et al.

1996). Entretanto, a partir da assinatura do Protocolo de Kyoto, os estudos nesta rea vem

sendo coordenados para que ocorra um melhor aproveitamento dos fertilizantes e a

20

diminuio do seu uso. Segundo Kroeze e Mosier (1999), com o Cenrio de Reduo

proposto, as emisses devero ser reduzidas em at 20% relativas ao ano 2000.

As influncias do uso dos fertilizantes, sobre as emisses de xido nitroso, tem sido

avaliadas por diversos pesquisadores (Cole et al. 1997; Kroeze, 1996; Mosier et al. 1998).

Matson et al. (1996), estudaram as emisses de N2O e NO em plantaes de cana-de-acar

no Hawai. Clayton et al. (1994), fizeram medidas em um solo na Esccia, inicialmente

pouco drenado e posteriormente fertilizado. Uma das caractersticas mais claramente

visveis nestes trabalhos foi o aumento na emisso de N2O aps a fertilizao.

No Brasil, os estudos sobre N2O restringem-se s medidas do fluxo a partir de diferentes

ecossistemas naturais (Marinho, 1993) e nos solos da floresta equatorial Amaznica (Keller

et al.1986; Luizao et al.1989), em diversas localidades. Eles constataram que as florestas

tropicais contribuem com uma frao significativa das fontes globais de xido nitroso

atmosfrico, ou seja, cerca de 40% da fonte atual, e possivelmente 75% da fonte pr-

industrial. Sanhueza et al. (1990), atravs de medidas no solo do cerrado venezuelano,

constataram que este tipo de solo contribui com uma grande frao da produo de xido

nitroso (0 36,9 gN2O.m-2h1). Esses trabalhos restringiram-se fonte natural de N2O, mas no que se refere ao fluxo de xido nitroso proveniente do uso de fertilizantes na

agricultura ainda no existem trabalhos realizados no Brasil. Considerando-se que o Brasil

possui grande extenso de terras destinadas agricultura e est entre os principais

produtores de gros do planeta (IBGE, 2002) faz-se necessrio estudar a emisso de N2O na

agricultura para melhor caracterizar esta fonte, estimar a sua contribuio em termos de

Brasil e no seu balano global.

1.1 Objetivos Gerais

Este trabalho tem como objetivo geral apresentar a primeira determinao do fluxo de

xido nitroso em cultivo de feijo no Brasil, utilizando-se dois tipos de fertilizao, uma

21

inorgnica (Sulfato de Amnio) e outra orgnica (Lodo de Esgoto). As medidas foram

feitas tambm, sobre parcelas de feijo sem fertilizante para controle e comparao.

1.2 Objetivos Especficos

1) Construir as cpulas de coleta de gs N2O.

2) Realizar coletas de amostras de ar usando os mtodos de cmara esttica

durante as vrias fases da cultura do feijo.

3) Analisar as amostras de ar coletadas por cromatografia gasosa.

4) Determinar os fluxos de N2O em cultura de feijo nas diversas fases de

adubao e crescimento.

5) Avaliar o potencial de emisso de N2O na cultura de feijo no Brasil e em

termos globais.

O Captulo 2 apresenta uma reviso da literatura sobre os dados de concentrao de xido

nitroso, suas fontes e sumidouros e a descrio da produo do xido nitroso pela

agricultura destacando-se as reaes que ocorrem nas razes da planta e a relao da sua

produo com os fertilizantes. No Captulo 3 trata-se da metodologia de trabalho, onde so

descritas as cpulas usadas no experimento, bem como o equipamento para obteno da

razo de mistura do xido nitroso. No Captulo 4 apresentam-se os resultados e comparao

com outros trabalhos da literatura feitos fora do Brasil. Por fim no Captulo 5 so

apresentadas as concluses e sugestes.

22

23

CAPTULO 2

XIDO NITROSO NA ATMOSFERA

2.1. Introduo

A substncia qumica mais importante contendo nitrognio, do ponto de vista climtico, o

N2O (Ramanathan et al. 1985). O xido nitroso um gs trao ativo qumica e

radiativamente, pois participa de reaes na atmosfera terrestre e absorve radiao

eletromagntica. Ele produzido por ampla variedade de fontes no solo e na gua, sendo

removido na estratosfera principalmente por meio de fotlise e reaes com tomos de

oxignio eletronicamente excitados (Watson et al. 1990).

O xido nitroso um gs trao com uma razo de mistura na atmosfera de

aproximadamente 314 partes por bilho por volume (ppbv),cuja concentrao atmosfrica

tem crescido de 0,2-0,3% ao ano nos ltimos 20-30 anos (Watson et al. 1990), sendo que

sua concentrao na poca pr-industrial era cerca de 287 ppbv (IPCC, 1995). um dos

importantes gases do efeito estufa, pois na baixa atmosfera o xido nitroso absorve

eficientemente a radiao infravermelha vinda da superfcie terrestre, e na estratosfera este

gs tem papel fundamental em ciclos de destruio cataltica do oznio (Cicerone, 1987;

Isaksen & Stordal, 1986). A Figura 2.1 mostra a variao na concentrao de N2O ao longo

dos ltimos 100 anos, com dados de superfcie.

Pesquisadores tm estudado desde os anos 70 o ciclo biogeoqumico do N2O e procurado

entender as perturbaes antrpicas neste ciclo. Embora muito avano tenha sido obtido em

identificar as fontes desconhecidas, especialmente as associadas com atividades humanas, o

balano global de N2O estimado ainda mostra uma incerteza entre as taxas de destruio na

estratosfera e as taxas estimadas de produo antrpica nos solos e oceanos atualmente

aceitas (Kim et al. 2000). A identificao das fontes uma tarefa complexa, difcil de

24

caracterizar e quantificar. Esta avaliao , porm, cada vez mais necessria para se prever

os efeitos a longo prazo sobre a atmosfera e sobre o clima global.

FIGURA 2.1 - Concentraes atmosfricas de N2O para os ltimos 100 anos. FONTE: IPCC (2001).

2.2. O xido Nitroso como Gs do Efeito Estufa

A fonte primria de energia do sistema Terra-atmosfera a radiao solar, emitida

essencialmente nas regies do visvel, do infravermelho e ultravioleta prximo, com o Sol

comportando-se aproximadamente como um corpo negro a 5800K (Wayne, 1985). Desta

energia, cerca de 50% atinge a superfcie terrestre aquecendo-a. A superfcie aquecida

emite energia na regio de onda longa do espectro eletromagntico (4-100 m), tambm conhecida como radiao infravermelha ou radiao terrestre. Alguns constituintes

atmosfricos absorvem parte desta radiao e a emitem em todas as direes. A emisso em

direo superfcie terrestre aquece-a novamente. Este aquecimento, resultante do

aprisionamento da radiao conhecido como efeito estufa ("greenhouse effect").

A energia radiante que chega do Sol para a Terra cerca de 236 W/m2 portanto a energia

que sai na faixa de ondas longas (infravermelho) deveria ser tambm de 236 W/m2. A

temperatura observada na superfcie de 288K, em mdia, e essa temperatura corresponde

25

a uma energia de 390 W/m2. Desses, 236 W/m2 passam pela atmosfera e conseguem chegar

ao espao, enquanto que 150 W/m2 so absorvidos e reemitidos de volta pelos gases do

efeito estufa (IPCC, 1995). Em termos de energia, o efeito estufa natural pode ser definido

como estes 154 W/m2 de radiao infravermelha que as molculas dos gases de efeito

estufa aprisionam e reemitem para a Terra. este fenmeno que mantm naturalmente a

superfcie da Terra aquecida em torno dos 288K (IPCC,1995).

Com o cu claro, em torno de 60-70% do efeito estufa natural provocado pelo vapor

dgua, gs de efeito estufa dominante na atmosfera terrestre (IPCC 1995). As nuvens

tambm tm um outro papel importante no equilbrio trmico do planeta. Elas refletem boa

parte da radiao solar de volta para o espao pelas superfcies brancas, promovendo um

efeito contrrio ao das molculas dos gases causadoras do efeito estufa. Em termos gerais,

as nuvens tm um efeito de esfriamento de aproximadamente 20 W/m2, fruto do balano

entre a energia que elas refletem diretamente para o espao e a energia que elas aprisionam

(IPCC,1995). A Figura 2.2 traz um esquema das componentes do balano de radiao

terrestre e o efeito estufa.

FIGURA 2.2 - Esquema simplificado do efeito estufa. Fonte: UNEP (1997).

26

A contribuio de um gs ao efeito estufa depende do comprimento de onda que o gs

absorve a radiao, do potencial de absoro por molcula do gs, e se outros gases

absorvem fortemente nos mesmos comprimentos de onda.

O CO2 e o vapor d'gua absorvem numa grande faixa de freqncias, o que em conjunto

com a alta concentrao destes gases na atmosfera assegura que vrias das suas linhas de

absoro estejam saturadas. Este fato pode ser visto na Figura 2.3 (Wang et al. 1976) que

apresenta a transmisso da radiao trmica pelo vapor d'gua, CO2, O3, CH4 e N2O. Os

gases que possuem linhas de absoro que coincidem com a regio de absoro do CO2 e

vapor dgua contribuem muito pouco para o efeito estufa, a no ser que possuam

concentraes comparveis s do CO2 ou do vapor d'gua. Entretanto, os gases que

possuem bandas de absoro dentro ou prximos da janela atmosfrica, mesmo com

concentraes relativamente baixas podem contribuir fortemente para o efeito estufa. Entre

estes gases tm-se o metano, o xido nitroso e o oznio.

27

FIGURA 2.3 - Transmisso da radiao trmica pelos gases do efeito estufa. FONTE: adaptada de Wang et al. (1976, p.688).

O aumento na concentrao dos gases radiativamente ativos, com bandas na regio da

janela atmosfrica est entre os fatores que podem perturbar o balano de radiao no

sistema Terra-atmosfera. Estes fatores so denominados de forantes radiativos e dependem

da concentrao do gs, do comprimento de onda no qual ele absorve, da eficincia de

absoro e da existncia ou no de outros gases absorvendo nas mesmas bandas. A maior

contribuio do N2O para o efeito estufa devida a banda de 1285 cm-1 (57%); com

28

contribuies adicionais da banda de 588 cm-1 (35%) e da banda em 224 cm-1 (8%) (Yung

et al., 1976).

Estudos recentes tm trabalhado com um ndice que possa comparar a contribuio

temporal dos diferentes gases do efeito estufa ao aquecimento global, uma vez que os

forantes radiativos no levam em conta as possveis contribuies devido aos diferentes

tempos de residncia dos gases. Este ndice denominado de potencial de aquecimento

global ("Global Warming Potential - GWP") definido como a razo entre as integrais no

tempo do forante climtico devido introduo de 1kg do gs trao em relao a

introduo de 1kg de CO2.

A Figura 2.4 apresenta a variao, entre 1765 e 2000, da forante radiativa do xido nitroso

para o efeito estufa. Nesta figura observa-se que, embora a concentrao do xido nitroso

seja pequena em relao aos outros gases, sua contribuio passou de 0,027 W/m2 entre

1765-1900 para 0,15 W/m2 entre 1765-2000, ou seja, um aumento de mais de cinco vezes.

1765-1900 1900-1960 1960-1970 1970-1980 1980-1990 1990-20000.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

For

ante

Rad

iativ

a (W

/m2 )

Ano

FIGURA 2.4 - Forante radiativo do N2O no perodo de 1765 a 2000. FONTE: modificada de Shine et al. (1990, p.55) e IPCC (2001).

29

2.3. Balano do xido Nitroso na Atmosfera

O xido nitroso produzido por microorganismos nos sistemas terrestres e marinhos, como

intermedirio em diversos processos do ciclo do nitrognio incluindo desnitrificao e

nitrificao (Matson & Vitousek, 1990). O xido nitroso tambm produzido pela queima

de biomassa ou de combustveis fsseis, e ainda outras fontes menores. O maior sumidouro

deste gs a reao com oxignio ativo na estratosfera.

A Tabela 2.1 apresenta o balano entre fontes e sumidouros de xido nitroso. Observa-se

que a agricultura, juntamente com a pecuria, a principal fonte antrpica do gs. Os solos,

atravs da sua vegetao tambm so responsveis por grande parcela do N2O na

atmosfera. Machida et al. (1995), estimou a emisso de xido nitroso na era pr-industrial a

partir da anlise de bolhas de ar aprisionadas em testemunhos de geleiras seculares e

concluiu que a emisso era em mdia de 11 TgN /ano, ao passo que os clculos realizados

para os anos de 1970 e 1980 indicaram uma emisso em 4 7 Tg maiores que na era pr-

industrial. Kroeze et al. (1999) mostram que o aumento do N2O na atmosfera pode ser

atribudo s mudanas nos sistemas de produo de alimentos (maior demanda por

alimentos) e segundo Matson et al. (1996), a aplicao de fertilizantes base de nitrognio

tem crescido rapidamente nas ltimas dcadas. Esta intensificao na expanso do uso de

fertilizantes pode ter conseqncias no balano do xido nitroso.

30

TABELA 2.1 - Fontes e Sumidouros de N2O.

Fontes Naturais TgN/ano (Variao) Solos Tropicais:

Floresta mida 3,0 (2,2-3,7) Savanas Secas 1,0 (0,5-2,0)

Solos Temperados: Florestas 1,0 (0,1-0,2) Pradarias 1,0 (0,5-2,0)

Oceanos 3,0 (1-5) Total de Fontes Naturais 9,0 (4,3-14,7)

Fontes Antrpicas Solos de agricultura 3,3 (0,6-14,8) Queima de biomassa 0,5 (0,2-1,0) Fontes Industriais 1,3 (0,7-1,8) Gado 2,1 (0,6-3,1)

Total de Fontes Antrpicas 7,2 (2,1-19,7) Total das Fontes 16,2 (6,4-34,4)

Sumidouros

Estratosfera 12,3 (9-16) AUMENTO NA ATMOSFERA 3,9 (3,1-4,7)

Adaptada de Kroeze e Mosier (1998)

Na tabela acima, as fontes naturais esto melhor caracterizadas e no apresentam tantas

incertezas quanto s fontes antropognicas, principalmente as relacionadas com as

atividades agrcolas.

Observa-se tambm que a taxa de aumento de nitrognio na atmosfera cerca de 3,9 Tg

N/ano; sabendo-se que o reservatrio de N na atmosfera cerca de 1500 TgN (Rasmussen e

Khalil (1986), Khalil e Rasmussen (1992)) esse aumento resulta numa taxa de crescimento

de 0,26% ao ano. De acordo com Matson & Vitousek (1990) a taxa de crescimento do N na

atmosfera tem aumentado de 0,2 a 0,3% nos ltimos vinte anos. Isso reflete no balano de

radiao e na qumica da estratosfera.

31

2.3.1. Principais Fontes Naturais

So trs as principais fontes naturais de xido nitroso: solos, sistemas aquticos e formao

qumica na atmosfera. Destas, os solos apresentam a mais importante contribuio,

aproximadamente dois teros (6 7 Tg N/ano) das emisses naturais (Bouwman et

al.1993). Aproximadamente um tero (3 4 Tg N/ano) das emisses naturais so oriundos

de oceanos (Nevison et al., 1995). Outros sistemas aquticos e formao qumica na

atmosfera contribuem com quantidades bem menores (< 1 Tg N/ano) (Dentener & Crutzen,

1994; Seitzinger & Kroeze, 1998).

2.3.1.1. Solos

Os ecossistemas tropicais tm importante funo no ciclo global de N2O, segundo Keller et

al. (1988). Alguns estudos indicam que os solos tropicais correspondem aproximadamente

metade das fontes globais de N2O. Estima-se que alteraes nas fontes biognicas de N2O

causem maior impacto nas concentraes deste gs afetando, conseqentemente, a qumica

da estratosfera e o balano de radiao da atmosfera.

Bouwman (1990) calculou a emisso de N2O em solos subtropicais e temperados como

sendo de 4,5 Tg N/ano. Para solos tropicais o valor atribudo pode ser cerca de 5,5 a 6,5 Tg

N/ano, de modo que a emisso total de N2O em solos pode ser em torno de 6 3 Tg N/ano. Este nmero questionvel, em virtude da limitao de dados disponveis e a grande

variao temporal e espacial das taxas de emisso de xido nitroso, nos solos, em diferentes

climas.

O fluxo global de xido nitroso pelas florestas tropicais estimado entre 2,2 e 3,7 Tg N/ano

(Watson et al., 1990). O impacto do desmatamento sobre as emisses de N2O nos solos

desconhecido, mas alguns estudos apontam que em reas desmatadas, as emisses so

32

intensificadas por um fator de trs (Luizao et al. 1989), enquanto outros estudos concluem

que os fluxos desse gs diminuem, se a vegetao no retornar ( Watson et al., 1990).

Segundo Livingston et al. (1988), as concentraes de N2O troposfrico na Floresta

Amaznica so maiores do que a mdia global, embora a maioria das fontes ainda no

tenha sido identificada, mostrando a importncia da caracterizao das mesmas.

2.3.1.2. Oceanos

Os oceanos so fontes importantes de N2O, mas no as principais. Com base nas medies

dos gradientes de concentrao entre a atmosfera, superfcies aqferas (Watson et al. 1990)

e nas estimativas do coeficiente de troca do gs, estimou-se que a fonte ocenica contribuiu

com cerca de 2,8 a 3,9 Tg de nitrognio por ano, resultado significativamente inferior s

estimativas anteriores (Watson et al. 1990). difcil uma determinao precisa do fluxo

anual global do N2O no oceano, em virtude das incertezas associadas quantificao do

coeficiente de troca do gs entre o oceano e a atmosfera. Alm disso, a presso parcial do

N2O nas superfcies aqferas altamente varivel, espacial e temporariamente (Watson et

al., 1990).

2.3.2. Fontes Antrpicas

As emisses antrpicas de xido nitroso atuais so consideradas maiores que as pr-

industriais. Atualmente essas emisses so de aproximadamente 3 8 Tg N/ano (Prather et

al., 1995), sendo que a principal fonte a atividade agrcola (aproximadamente 75%),

enquanto produo de energia, produo industrial e queima de biomassa contribuem com

25% das emisses antropognicas. Contudo essas estimativas esto associadas a grandes

incertezas.

A produo de alimento para a crescente populao mundial atualmente considerada a

mais importante fonte antropognica de N2O. Trs fontes agrcolas de produo de N2O

33

podem ser distinguidas: solos agrcolas, sistemas de produo animal e emisses indiretas

(Mosier et al., 1998a). Solos de agricultura so fontes de N2O porque, a quantidade de

nitrognio no campo est diretamente ligada aos processos de nitrificao de desnitrificao

pelas bactrias do solo que produzem o N2O. A adio de nitrognio ao solo pode ocorrer

atravs do uso de fertilizantes sintticos, de esterco animal ou de resduos de colheita.

Sistemas de manejo animal so fontes de N2O, porque o esterco produzido est sujeito a

decomposio nos estbulos ou, nos casos de animais criados soltos, no prprio campo.

Finalmente, h algumas fontes indiretas que esto associadas agricultura, como por

exemplo o aumento da produo de N2O em sistemas aquticos como resultado da

lixiviao dos solos agrcolas.

A gerao de energia outra fonte de N2O, contribuindo com 5% das emisses antrpicas.

Processos de combusto podem formar N2O pela queima de combustvel e pela oxidao

do N2 atmosfrico. Relativamente, grandes quantidades de N2O so emitidas de veculos

equipados com conversores catalticos. Usinas de energia so geralmente consideradas

fontes relativamente pequenas de N2O, em particular quando o combustvel usado leo ou

gs natural. Usinas que usam carvo mineral podem, dependendo do processo de

combusto, ser fontes moderadas de N2O.

Aproximadamente 4% das emisses atuais esto associadas com a queima de biomassa.

Esta categoria no inclui somente emisses de queima de vegetao, mas tambm queima

de lixo e efeito de desflorestamentos.

Finalmente, existem alguns processos industriais que contribuem para a produo do xido

nitroso. Destes, a produo do cido adpico e cido ntrico so os mais importantes e

contribuem com 2% das emisses globais.

34

2.3.2.1. Prticas Agrcolas e Emisso de N2o

Trabalhos recentes na literatura mostram que a emisso de xido nitroso em solos de

agricultura geralmente maior e mais varivel do que em terras no cultivadas ou em

ecossistemas naturais (Bouwman, 1990). Os fluxos emanados de terras no cultivadas,

ecossistemas naturais em regies temperadas ou tropicais tendem a ser menores que 3 ou 4

ng N m-2 s-1, respectivamente, enquanto que em terras cultivadas tendem a ser maiores que

10 ng N m-2 s-1 ( Bouwman, 1990). Skiba et al. (1994) encontrou que em solos que no

eram usados para fins de agricultura o fluxo de xido nitroso era de 0,6 a 1,7 ng N m-2 s-1, e

que a emisso aumentava de 2 a 7 ng N m-2 s-1 quando era depositado fertilizante no solo.

Geralmente h uma alta taxa de emisso de xido nitroso imediatamente aps a aplicao

do fertilizante, e estendendo-se pelo perodo de seis semanas. Depois desse perodo a taxa

de emisso cai e flutua ao redor de um valor menor independente da quantidade de

nitrognio aplicado ( Mosier et al., 1983). Eichner (1990) sugere que a emisso de xido

nitroso varia com o tipo de fertilizante usado e corresponde a 0,001% a 6,8% do nitrognio

aplicado. Conclui tambm que a maior emisso ocorre quando aplicado hidrxido de

amnia e a menor emisso quando so aplicadas solues de nitrognio. Mosier (1983) por

sua vez concluiu que as interaes entre as variveis fsicas, qumicas e biolgicas so

complexas por isso a emisso de N2O varivel tanto no tempo quanto no espao.

Cai et al. (1997) observaram aumentos significativos da emisso de N2O em campos de

arroz inundado sob regime intermitente de gua, com o aumento da taxa de aplicao de

nitrognio sobretudo na forma de sulfato de amnio. Esses autores levantam a possibilidade

que ciclos alternados de anaerobiose e aerobiose aumentam a emisso de N2O em relao

s condies de anaerobiose ou aerobiose permanentes (Embrapa, 2001).

Medidas de emisses de N2O, em diferentes tipos de solo e sistemas de cultivo so ainda

necessrias para se obter estimativas regionais mais precisas. Grande parte dos trabalhos

segundo Kaiser et al. (1998), no so contnuos e enfocam a estao de crescimento,

negligenciando perodos de inverno, quando ainda podem ocorrer emisses de N2O

35

(chegando a registrar 50% das emisses nessa estao) (Embrapa, 2001). Alm disso,

diferentes culturas agrcolas influenciam distintamente na emisso de N2O. Em seus

estudos, as menores emisses de N2O foram observadas para culturas de trigo de inverno e

as maiores perdas em culturas de beterraba, embora nesta ltima cultura tenha sido

utilizado menor quantidade de fertilizante nitrogenado (Kaiser et al., 1998).

As gramneas podem contribuir com a emisso do xido de diferentes formas. O nitrognio

atmosfrico fixado por gramneas pode ser nitrificado e desnitrificado da mesma forma que

na aplicao de um fertilizante nitrogenado, constituindo-se assim em mais uma fonte de

xido nitroso. Galbally et al. (1992) sugere uma emisso de 4 kg N ha-1 ano-1 para pastos

verdes, Duxbury et al. (1992) sugere que gramneas podem aumentar a emisso de xido de

um fator de 2 ou 3 vezes, em relao a um solo limpo.

A converso de florestas tropicais em plantaes de gros ou em pastagem tem um efeito

significativo na emisso do N2O. Keller et al. (1986) mostrou que a emisso de xido

nitroso aumentou de um fator de dois quando uma rea de floresta no centro do Brasil foi

cortada. Luizao et al. (1989) relatou que solos para pastos produzem trs vezes mais xido

nitroso que um solo de floresta tropical, caindo gradualmente durante um perodo de dez a

vinte anos.

Estudos sobre o efeito de prticas agrcolas na emisso de xido nitroso, no Brasil, so

escassos. Recentemente, Vargas et al. (1997), estudaram o efeito de sistemas de cultivo em

solos da regio do cerrado (Planaltina DF) na emisso de xido nitroso, comparando-os

com os de reas de cerrado nativo. As emisses, embora tenham sido consideradas baixas

em todos os tratamentos durante o perodo experimental, foram bem maiores do que as

observadas no ecossistema natural. As maiores emisses de xido nitroso foram obtidas

durante a estao mida. Em reas de pastagens e reas cultivadas houve, na estao seca,

um aumento de 35,7% e de 51,1%, respectivamente, na emisso desse gs, quando

comparado s reas de cerrado nativo. Tais propores foram consideravelmente

aumentadas durante a estao mida (pastagens simples, 90,2%; pastagem consorciada,

36

94,6% e rea cultivada (milho e soja) 123,9%), enquanto no cerrado nativo no houve

variaes na emisso do xido nitroso durante a estao seca e mida. Nas reas cultivadas,

a maior emisso foi incrementada pela fixao biolgica do N2 na cultura de soja, e pela

adubao nitrogenada na cultura de milho (Embrapa, 2001).

2.4. Sumidouros

Embora as estimativas da quantidade de xido nitroso, produzido por suas diversas fontes,

tenham mudado durante a ltima dcada, o valor admitido para o seu nico sumidouro na

estratosfera, permanece constante em 12,3 Tg N/ano (Kroeze, 1998).

Na estratosfera, a concentrao do xido nitroso diminui com a altura, estabelecendo um

gradiente vertical na sua taxa de mistura. Uma frao de N2O emitido na superfcie, sofre

decomposio, principalmente por fotlise ultravioleta (Bates e Hays, 1967 citado por

Marinho, 1993), ao penetrar na estratosfera, atravs da tropopausa. A fotlise do N2O

ocorre atravs da reao:

)(122 DONhON ++ (2.2)

que se torna eficiente para comprimentos de onda menores que 220nm, mas ocorre

principalmente na janela atmosfrica prxima a 200nm. Um segundo processo que

contribui para a perda de N2O so as reaes:

1221

2 ,)( KONDOON ++ (2.3)

21

2 ,2)( KNODOON + (2.4)

onde os tomos de oxignio livre, so produzidos principalmente, na fotodissociao do

oznio, na regio de comprimento de onda entre 200-300nm. Os dois processos (Equaes

2.3.a. e 2.3.b.), tm probabilidades iguais de ocorrer. Contudo, apenas o segundo processo

produz xidos de nitrognio reativos, sendo o processo mais eficiente de introduo de NO

37

na estratosfera. Os valores mdios atualmente aceitos para a perda de N2O, atravs da

fotodissociao na estratosfera, e da produo de xido ntrico (NO), reao 2.3.b., so

respectivamente 12,3 Tg N/ano e 1,2 Tg N/ano (Kroeze, 1998).

O NO rapidamente oxidado pelo oznio e forma NO2, que fotolisado regenera o NO,

atravs da seqncia de reaes:

ONOhNO ++ 2 (2.5)

4323 ,)( KMOMOPO +++ (2.6)

5223 , KONOONO ++ (2.7)

Nestas reaes a soma de NO + NO2 = NOx permanece inalterada. A importncia do NOx,

para o oznio estratosfrico, est na competio entre NO2 e O3 por tomos de oxignio, ou

seja:

6223 ,)( KONONOPO ++ (2.8)

7233 ,2)( KOOPO + (2.9)

e o fato de que, a taxa de reao da primeira muito maior que o da segunda. A primeira

reao, portanto, favorecida, mesmo que a taxa de mistura do NO2 seja duas ordens de

magnitude menor que a do oznio. Isto leva seqncia de reaes:

23 OOhO ++ (2.10)

NOONOO ++ 2 (2.11)

38

223 ONOONO ++ (2.12)

Somando-se essas trs ltimas equaes chega-se a:

233 3OOO + (2.13)

Como se observa o NOx no consumido embora destrua o oznio, isto , ele age como um

catalisador na destruio de oznio numa atmosfera pura em oxignio. Devido sua

velocidade, o ciclo cataltico se processa diversas vezes, enquanto a perda de oznio devido

a outros mecanismos ocorre apenas uma vez.

2.5. A Produo de N2o no Solo

Os solos agrcolas constituem uma das mais importantes fontes de N2O para a atmosfera, o

que se d por meio de adio de fertilizantes nitrogenados sintticos, da deposio de

dejetos animais ricos em nitrognio e da fixao biolgica de nitrognio aumentada pelo

excesso de fertilizante. As emisses de N2O dos solos ocorrem como conseqncia dos

processos microbiolgicos de desnitrificao e nitrificao, a partir do nitrognio mineral

(Lima, 2001). Nas razes de leguminosas existem colnias de bactrias (gnero Rhizobium)

que durante o processo de fixao simbitica do nitrognio formam N2O, que pode ser

fixado em aminocidos ou, eventualmente, se perder por volatilizao. A transformao dos

compostos nitrogenados no solo (biomassa e fertilizantes) passam pelas fases de

amonificao (transformao do N em amnia) e nitrificao. A principal fase a

nitrificao, que realizada por bactrias do gnero Nitrosomas (transformao do amnio

em nitrito )( 2NO ) e a Nitrobacter (transformao do nitrito em nitrato )( 3

NO ), exigindo a

presena de oxignio molecular. De forma simplificada, o que acontece durante a

nitrificao (processo aerbico) : as bactrias utilizam a amnia contida em fertilizantes ou

proveniente da prpria biomassa do solo e a oxidam em NH2OH. Este composto instvel d

origem ao on )( 3NO e aos compostos NO e N2O. A planta s utiliza como fonte de

39

nitrognio o on 3NO , sendo os outros dois compostos liberados para a atmosfera. As

perdas de nitrognio no solo tambm podem ocorrer por volatizao da amnia (NH3) ou

atravs da desnitrificao na forma de NO, N2O e N2. Nesses processos, ao contrrio das

bactrias fixadoras de nitrognio, elas partem de compostos nitrogenados como nitratos e

nitritos e os reduzem a N2O, NO e N2 (todos gases volteis que vo para a atmosfera),

fechando o ciclo do nitrognio (Eichner, 1990). Esse processo se d em condies

anaerbicas e uma forma de sobrevivncia dessas bactrias. As bactrias que fazem este

processo so as Pseudomonas denitrificans. Resumindo:

Desnitrificao: 2223 2 NONNONONO

Nitrificao: ONNONONONH 2324 +

Uma variedade de agentes orgnicos e inorgnicos podem inibir o crescimento e ao de

bactrias nitrificantes. Altas concentraes de amnia e cido nitroso podem ser inibidores.

O efeito do pH tambm significante com uma estreita faixa tima entre 7,5 e 8,6.

Embora se acredite que o processo de desnitrificao seja a mais importante etapa do ciclo

do nitrognio e responsvel pela emisso do xido nitroso, sob certas circunstncias, o

processo de nitrificao pode ter uma importncia relativamente maior (Skiba et al., 1993).

Recentemente um mtodo baseado na sensibilidade diferencial da desnitrificao e da

nitrificao inibio do acetileno, tem sido utilizado para distinguir estes dois processos

como fontes de xido nitroso (Maag & Vinther, 1996; Embrapa, 2001). Eichner (1990),

avalia que a contribuio dos processos varia dependendo das condies locais e da prtica

agrcola.

40

2.6. Principais Culturas Agrcolas e Uso de Fertilizantes Sintticos no Brasil

A produo de gros no Brasil deve atingir uma safra recorde 100,9 milhes de toneladas

(CONAB, 2002). As principais culturas de gro praticadas no Brasil nos ltimos cinco anos

foram: soja, milho, arroz e feijo (IBGE, 2002). Em 2000 foram colhidas 32.734,96 mil

toneladas de soja, 32.321,0 mil toneladas de milho, 11.134,58 mil toneladas de arroz e

3.056,29 mil toneladas de feijo (IBGE, 2002). A produo de feijo atual registrou um

aumento de 60% com relao produo em 1995 (ANDA, 2001), quando a produo

girava em torno de 1.941,7 mil toneladas. Levando-se em considerao que a cultura de

feijo desempenha uma importante prtica agrcola no Brasil, o estudo da emisso de xido

nitroso nesse tipo de cultura de fundamental relevncia.

Os principais fertilizantes nitrogenados utilizados no Brasil so a uria, a amnia, o nitrato

de amnio anidro e o sulfato de amnio (baseado em ANDA, 1997). O consumo total de

fertilizantes nitrogenados sintticos no Brasil, em 2000 foi de 17,8.106 toneladas, sendo que

o principal estado consumidor foi So Paulo, seguido dos Estados do Rio Grande do Sul,

Minas Gerais e Paran (ANDA, 2001). A Figura 2.5 mostra a evoluo da quantidade de

fertilizante usada no Brasil nos perodo compreendidos entre 1996 e 2000. De acordo com

ANDA (2001) o consumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil nos ano de 2000 foi de

2,28 x 106 toneladas para uria; 1,87 x 106 toneladas para o sulfato de amnio, 1,83 x 106

toneladas para o fosfato mono amnico (MAP) e 0,72 x 106 toneladas para o nitrato de

amnio.

41

02468

101214161820

1996 1997 1998 1999 2000

Ano

Qua

ntid

ade

de F

ertil

izan

te(1

06 T

onel

adas

)

FIGURA 2.5 -Evoluo do consumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil, no perodo de 1996-2000.

FONTE: ANDA (2001).

Como se pode verificar nos dados acima, a quantidade de fertilizantes a base de nitrognio

usado no Brasil mostra uma tendncia de crescimento. De acordo com Ferreira (2001) a

produtividade das culturas aumentou consideravelmente nos ltimos anos devido ao maior

uso de fertilizantes e poltica de vendas e propaganda das empresas produtoras de

fertilizantes, sem aumentar significativamente a rea de cultivo.

42

43

CAPTULO 3

METODOLOGIA

3.1. LOCAL DE AMOSTRAGEM

As medidas de fluxo de xido nitroso foram coordenadas em conjunto com os

pesquisadores do Departamento de Cincias Agrrias da Universidade de Taubat

(UNITAU) atravs de um convnio entre a UNITAU e o INPE. As coordenadas

geogrficas do local so: 23o01` S e 45o30` O, e altitude de 575 metros. Esse campus

localiza-se a 5 km do centro da cidade de Taubat SP a 45 km da cidade de So Jos dos

Campos SP. A Figura 3.1 mostra uma foto area do campus.

FIGURA 3.1 - Vista area da Fazenda Experimental da UNITAU, a flecha indica a rea

onde foi realizado o experimento.

44

Essa vista area engloba todo o campus, na parte de cima da foto se concentram as

atividades ligadas pecuria e na parte de baixo se encontram as culturas agrcolas e os

prdios da faculdade. O retngulo em branco demarca a rea usada para a cultura do feijo.

A principal razo na escolha do local para a realizao do experimento foi a infra-estrutura

e apoio logstico que o Departamento de Agronomia da UNITAU ofereceu. Essa infra-

estrutura possibilitou a realizao de todo o trabalho de preparao da terra, anlise do solo,

monitoramento contra as pragas, aplicao dos fertilizantes e irrigao.

O tipo de solo da rea onde foi instalado o experimento o Latossolo Vermelho Amarelo,

com uma textura mdia do tipo areno-argiloso com as seguintes caractersticas: 53% de

areia, 35% de argila e 12% de silte com mdia fertilidade. Esse tipo de solo apresenta uma

boa drenagem e aerao, que so recomendados para o tipo de cultura que ser estudada.

3.2. CULTURA PRATICADA

O desenvolvimento do projeto foi feito com a instalao do experimento em condies de

campo, na Fazenda Piloto do Departamento de Cincias Agrrias da UNITAU, com uma

cultura de feijo. A escolha do feijo deve-se ao fato de ser uma cultura de fcil manejo,

podendo ser plantada o ano todo e ainda levando em considerao que o cultivo do feijo

no Brasil o quarto no ranking da produo de gros, s perdendo para as culturas de

milho, soja e arroz (IBGE, 2000) e para 2001 perde tambm para o trigo.

A classificao botnica do feijo usado no experimento : Ordem: Rosales, Famlia:

Fabaceae (Leguminosae), Subfamlia: Faboidae (Papilionoidae), Tribo: Phaseoleae,

Gnero: Phaseolus e Espcie: Phaseolus vulgaris. Popularmente esse tipo de feijo

conhecido como carioquinha. Esse tipo de planta produz vagens altas em relao ao solo,

atinge uma altura de 40 a 50cm, um ciclo (perodo de tempo entre a semeadura e a colheita)

aproximado de 90 dias. A semente pequena, de cor marrom claro, com estrias de um

45

marrom mais escuro. O intervalo limite de temperatura de 18 a 30oC, sendo que planta

no tolera o excesso de gua.

A semeadura do feijo pode ser feito o ano todo, desde que nos meses mais secos seja feita

a irrigao. A profundidade de semeadura feita no experimento foi de 2,5 a 3 cm, pois

acima desse valor as incidncias de podrido radiculares so maiores e abaixo desse valor a

incidncia de radiao solar afeta a germinao. O preparo do solo foi feito com uma

arao com duas gradagens possibilitando, dessa forma, boas condies de aerao.

No experimento foram utilizados 4 tipos de fertilizantes inorgnicos, 1 tipo de fertilizante

orgnico e parcelas sem fertilizante (testemunha). O estudo do fluxo do xido nitroso foi

realizado somente com dois tipos, um orgnico e outro inorgnico. Isso deveu-se a

limitao do nmero de cpulas disponveis, dos cilindros de amostragem e ao tempo

necessrio para analisar as amostras de gs no laboratrio. O fertilizante inorgnico

escolhido foi o Sulfato de Amnio, dado que este o fertilizante mais usado pelos

produtores em nvel nacional e o mais indicado por Ferreira (2001). Como fertilizante

orgnico estudou-se o Lodo de Esgoto, uma vez que este composto um rejeito no

aproveitado e est sendo estudada a sua viabilidade como adubo em plantaes. Porm, no

existem estudos que indiquem a emisso de xido nitroso gerado a partir do seu uso.

O Sulfato de Amnio o fertilizante nitrogenado mais usado em todo o mundo (Coelho et

al., 1988) e apresenta uma srie de vantagens em relao aos outros fertilizantes, entre as

quais se destacam: inaltervel, isento de perigo de fogo e fcil de misturar em outros

fertilizantes. Alm disso, alguns solos so beneficiados com o enxofre nele contido. Por

outro lado, tende a aumentar a acidez do solo. O Sulfato de Amnio comercial apresenta-se

na forma de cristais, com uma cor varivel de branco a cinza-claro. Possui em mdia 20%

de nitrognio (N) e 24% de enxofre elementar (S). altamente estvel, no absorve

umidade e no pode ser misturado com calcrio, pois provoca perda de amnia por

volatilizao.

46

O sulfato de amnio altamente solvel, dissolvendo-se rapidamente na umidade do solo, o

on de nitrognio contido no sulfato de amnio, fixado pelo complexo coloidal do solo.

Nesse processo, ons de amnio ( +4NH ) deslocam quantidade equivalente de ons clcio,

magnsio, potssio, sdio e hidrognio que estavam retidos no complexo coloidal. O

sulfato de amnio, de modo geral, um fertilizante muito bom para, praticamente, todos os

tipos de solo e culturas, devendo-se tomar precaues no seu uso em certas circunstncias.

Assim, quantidades excessivas, principalmente em solos arenosos, causam queima das

plantas ou resultam num supersuprimento de nitrognio, indesejvel para algumas culturas.

Solos com baixa capacidade para neutralizar a acidez do sulfato de amnio, em pouco

tempo tornam-se arruinados, se o clcio no for aplicado corretamente.

O lodo de esgoto que um resduo descartado pela Sabesp (Companhia de Saneamento

Bsico do Estado de So Paulo) de Taubat, cuja utilidade prtica como fertilizante est

sendo estudada pela UNITAU. Possui as seguintes caractersticas: 4,36% de nitrognio

total; 0,02% de nitrognio ntrico; 0,10% de nitrognio amoniacal e 4,24% (de nitrognio

orgnico).

Com base no resultado da anlise de solo e recomendao de Raij et.al. (1996) para a

cultura do feijo nas condies de inverno determinou-se a quantidade dos adubos

necessria para os diferentes tipos de tratamentos (TN). Na distribuio das parcelas foi

utilizada a sigla TN para designar o tratamento (6 tipos), sendo que TN1 refere-se parcela

sem fertilizante, TN5 parcela com sulfato de amnio e TN6 parcela com lodo de esgoto,

onde a composio dada por:

TN5 Adubao com 153 g/parcela de Sulfato de Amnio que corresponde a 32 g/parcela de N ou 2 g/m2 de N e 35,19 g/parcela de S ou 2,20 g/m2 de S; 96 g/parcela de

KCl que corresponde a 48 g/parcela de K2O ou 3 g/m2 de K2O; 355,55 g/parcela de SS

que corresponde a 64 g/parcela de P2O5.

47

TN6 Adubao com 734 g/parcela de Lodo de Esgoto, que corresponde a 32 g/parcela de N ou 2 g/m2 de N; 96 g/parcela de KCl que corresponde a 48 g/parcela de K2O ou

3g/m2 de K2O; 355,55 g/parcela de SS que corresponde a 64g/m2 de P2O5.

As fertilizaes foram feitas com 1/3 da quantidade necessria no plantio (02/07/2001),

outro 1/3 com adubao de cobertura no dia 04/08/2001 e a terceira adubao de cobertura

dia 20/09/2001.

O terreno usado para o plantio foi dividido em 24 parcelas de 4 metros por 4 metros e

separados entre si por 5 metros de distncia. O delineamento experimental foi inteiramente

casualisado com quatro repeties para cada tratamento.

Na Figura 3.2 apresenta-se um croqui do campo, destacando-se as repeties com as

diferentes parcelas. O terreno apresentava uma pequena inclinao, de forma que o Bloco

01 ficava na parte inferior e o Bloco 03 na parte mais alta. As parcelas usadas para fazer

as medidas de xido nitroso esto destacadas em negrito.

48

Bloco 03 Bloco 02 Bloco 01 (parte mais alta) (parte mais baixa)

FIGURA 3.2 Croqui do Campo.

TN2R4 TN3R4 -

TN4R4 TN5R4 -

TN6R4 TN1R4 -

TN6R3 TN6R2 TN6R1

TN1R3 TN4R2 TN5R1

TN5R3 TN5R2 TN1R1

TN3R3 TN2R2 TN3R1

TN4R3 TN3R2 TN4R1

TN2R3 TN1R2 TN2R1

49

O plantio foi realizado no dia 02/07/2001 (Fig. 3.3) s 14:00 horas com o dia ensolarado e

temperatura mdia local de 26oC. As irrigaes ocorreram no dia 06/07/2001 e 07/07/2001

pelo perodo de uma hora, e no dia 17/07/2001 pelo perodo de 1h e 30min, a partir desse

dia era feita a irrigao uma ou duas vezes por semana dependendo da demanda de gua

pela cultura, procurando-se manter gua disponvel para a planta.

Nos dias de coleta de amostras de ar as condies meteorolgicas estavam bastante

estveis, com pouca ou nenhuma nebulosidade, com sol e temperatura em torno de 20oC.

Observou-se apenas um dia com temperaturas mais baixas, em torno de 15oC (27/09).

Houve um dia (12/07) com precipitao no incio do experimento inviabilizando a coleta

das amostras.

Na Figura 3.4 apresenta-se uma fotografia das parcelas, com as respectivas tabuletas de

identificao. Essa foto foi obtida no dia 12/09, quando as duas primeiras fertilizaes j

haviam ocorrido e os ps de feijo estavam com aproximadamente 25 cm de altura.

50

FIGURA 3.3 Plantio do feijo em 02/07/2001.

51

FIGURA 3.4 - Vista do campo experimental com as parcelas de feijo em 12/09/2001.

3.3. Tcnica de Coleta

Para avaliar o fluxo de xido nitroso emitido pelos solos cultivados usado o mtodo de

cpula esttica (Christensen, 1983), onde, os gases emitidos pelo solo ficam aprisionados

dentro de uma cpula. Essas cmaras podem ser feitas de diferentes materiais tais como

alumnio, acrlico, PVC etc, assim como ter diferentes tamanhos, dependendo da cultura

estudada. A utilizao de cpulas para medio de troca de gases trao entre a superfcie e a

atmosfera constitui a tcnica mais freqentemente empregada e citada na literatura (Matson

et al. 1996, Khalil et al. 1998, Alval, 1995). Em geral, assume-se que as concentraes do

gs obtido no interior da cpula variam linearmente no tempo (Hutchinson et al., 2000).

A partir da anlise de fontes de perturbao na utilizao de cpulas estticas, Hutchinson

et al. (2000) recomenda os seguintes procedimentos: (1) para se evitar uma alterao

52

significativa na profundidade da camada de interface atmosfrica entre os perodos de

medida ou a criao de um microclima artificial no interior da base da cpula instalada

permanentemente, deve-se estabelecer uma dimenso mnima acima da superfcie do solo

para se obter uma vedao adequada no topo da cpula; (2) como as taxas de recuperao

dos gradientes de gs trao prximo superfcie aps uma perturbao so lentas, deve-se

ter cautela na colocao do topo da cpula ou na remoo de amostras de gs para anlise

no sentido de se evitar alteraes na presso interna suficientes para causarem fluxos para

dentro do solo ou a partir dele; (3) deve-se evitar o perigo potencial associado realizao

de medidas consecutivas na mesma base da cpula sem respeitar o tempo necessrio para a

recuperao do gradiente de gs trao devido s perturbaes associadas ao perodo de

montagem anterior.

Dados de simulao feitos por Hutchinson et al. (2000) revelaram tambm que qualquer

mudana que resulte efetivamente em um menor ndice de difuso do gs, reduz o potencial

de erros de medidas por influncia da cpula. Como resultado, o desempenho da cpula

tende a aumentar em solos com texturas mais finas em comparao com solos mais

arenosos, em solos compactos em relao aos no compactos, em solos midos em relao

aos secos e em solos uniformes em comparao com solos no-uniformes, com fraturas

verticais alinhadas, buracos de minhocas, etc.

Cmaras com volumes menores do que cerca de 100 litros requerem um menor tempo de

acumulao, porm as amostras devem ser colhidas em microseringas. Nas cmaras

maiores, as amostras podem ser colhidas no interior de cilindros que a tecnologia que vem

sendo usada no Laboratrio de Oznio no INPE de So Jos dos Campos. Khalil et al.

(1998) utilizou cmaras de 75l de volume nas medidas de fluxo de diversos gases. Alval

(1995) utilizou uma cmara de 125l nas anlises de fluxo de metano no Pantanal Mato-

grossense. As cpulas usadas no presente trabalho tm um formato cbico de 50cm de lado,

volume 125l e foram construdas de acrlico transparente.

53

O ar do interior da cpula extrado, por uma bomba de ar porttil movida a bateria e

inserido em cilindros de ao-inoxidvel especiais de 800ml, e polimento interno para

impedir a aderncia ou reaes qumicas dos gases da amostra com as paredes do cilindro

(Kirchhoff e Marinho, 1989). Antes de serem enviados aos locais de coleta, os cilindros so

aquecidos e evacuados ao mesmo tempo para a retirada de qualquer resduo da amostra

anterior. No momento da nova coleta, os dutos e conexes so purgados atravs de uma

bomba e o ar pressurizado no cilindro. Esta pressurizao tem a funo de permitir a

injeo natural da amostra no sistema de anlise do xido nitroso, evitar a contaminao

externa e possibilitar a injeo em outros cromatgrafos.

A Figura 3.5 mostra a cpula colocada no solo e o detalhe do cilindro de coleta. Observa-se

tambm nesta figura que os ps de feijo esto com altura aproximada de 40 cm. A foto foi

tirada no dia 27/09/2001, quase no final do experimento. O basto de madeira prximo

cpula servia para indicar o local de colocao das cpulas no decorrer do experimento, de

modo que as cpulas eram colocadas sempre no mesmo local.

54

FIGURA 3.5 - Cpula de acrlico e cilindro de coleta no trabalho de campo.

Na obteno dos fluxos nas parcelas estudadas foram utilizadas quatro cpulas de igual

tamanho. Uma foi colocada na parcela sem fertilizante (testemunha) e as outras trs cpulas

foram colocadas nas parcelas com fertilizante. A colocao das cpulas ocorria por volta

das 10:30 da manh (horrio local) quando a atmosfera j estava estabilizada. Foram

coletadas uma amostra de ar fora das cpulas e 2 amostras dentro de cada cpula no tempo

de 30 minutos e 60 minutos depois da cpula colocada no solo. Aps a segunda coleta as

cpulas eram retiradas do local e aguardavam o novo perodo de coleta, o qual ocorria por

volta das 13:00 local. As cpulas que estavam na parcela com um tipo de fertilizante eram

colocadas na parcela com outro tipo de fertilizante e seguia-se o mesmo processo de coleta.

As coletas foram realizadas uma vez por semana, totalizando 13 campanhas de

amostragem, desde o plantio (02/07/2001) at que as folhas do feijo comeassem a secar,

55

o que ocorreu no incio de outubro, sendo que a ltima medida foi feita no dia 11/10/2001.

A Tabela 3.1 mostra as datas das campanhas e as amostras obtidas nos perodos da manh,

a partir das 10:30, e tarde, a partir das 13:00. As amostras foram obtidas de forma alternada,

ou seja, em um dia pela manh eram colhidas amostras nas parcelas com fertilizao de

lodo e no outro dia pela manh eram recolhidas nas parcelas com fertilizao de sulfato de

amnio, e assim sucessivamente.

De acordo com trabalhos da literatura, no existe uma regra estabelecida com relao a

quantos dias de coleta so necessrios. Smith et al. (1982) no estudo da influncia de

fertilizante a base de uria em plantaes de arroz coletaram desde o plantio at a colheita a

cada 7 dias. Matson et al (1996), mediram o fluxo todos os dias durante 15 dias. Khalil et al

(1998) fizeram medidas de metano e xido nitroso em campos de arroz na China, nos quais

as coletas eram feitas a cada quatro dias durante todo experimento. Esse nmero de coletas,

em geral, definido de acordo com a infra-estrutura de anlise do grupo de pesquisa, como

mencionado por Khalil at al. (1998).

56

TABELA 3.1 Datas das Amostras Recolhidas.

Data Perodo Coletado Manh (10:30 at 12:00) Tarde (13:00 at 15:00) Testemunha Sulfato de

Amnio Lodo de Esgoto

Testemunha Sulfato de Amnio

Lodo de Esgoto

05/07/2001 9 9 - 9 - 9 16/07/2001 9 - 9 9 9 - 19/07/2001 9 9 - 9 - 9 25/07/2001 9 - 9 9 9 - 01/08/2001 9 9 - 9 - 9 09/08/2001 9 - 9 9 9 - 14/08/2001 9 9 - 9 - 9 23/08/2001 9 - 9 9 9 - 31/08/2001 9 9 - 9 - 9 12/09/2001 9 - 9 9 9 - 20/09/2001 9 9 - 9 - 9 27/09/2001 9 - 9 9 9 - 11/10/2001 9 9 - 9 - 9 As amostras deste trabalho foram analisadas em laboratrio e a concentrao em ppbv das

amostras determinada como ser apresentado no item 3.6. A partir dos resultados das

anlises foram construdos grficos para cada cpula da concentrao versus o tempo de

cada coleta: 0, 30 e 60 minutos. Em t = 0 colhido o ar ambiente, isto , fora da cpula.

3.4. Descrio do Mtodo Cromatogrfico

A concentrao de N2O foi obtida utilizando-se a tcnica de cromatografia gasosa. A

tcnica de cromatografia foi empregada pela primeira vez por Ramsey em 1905, para

separar misturas de gases e vapores. Utilizada inicialmente no estudo da poluio urbana,

esta tcnica passou a ser aprimorada para anlise de amostras de ar limpo, que refletissem

as condies da atmosfera em maior escala. Esta tcnica apresenta preciso, sensibilidade e

linearidade, fatores de importncia quando esto envolvidas quantidades trao de certas

substncias, como ocorre no estudo da qumica atmosfrica. Sua eficincia est

estreitamente relacionada com o tipo e as caractersticas da coluna cromatogrfica

escolhida, das vazes e pureza dos gases utilizados e do sistema de deteco.

57

A cromatografia pode ser conceituada como um processo fsico-qumico de separao, no

qual os constituintes da amostra so distribudos entre duas fases, uma estacionria e outra

mvel (Ciola, 1985). A fase estacionria ocorre normalmente dentro de um tubo,

denominado coluna cromatogrfica, a qual instalada no interior do cromatgrafo. A fase

mvel sempre fluida; quando o fluido gs, o processo chamado de cromatografia

gasosa e quando o fluido um lquido o processo chamado de cromatografia lquida.

A Figura 3.6 mostra um esquema dos componentes bsicos do cromatgrafo a gs utilizado

nas anlises do xido nitroso. Suas principais partes so: reservatrio de gs de arraste; o

forno, onde a temperatura monitorada constantemente alm de ser mantida a um valor

constante; a coluna cromatogrfica, o detector e o integrador.

FIGURA 3.6 - Componentes bsicos de um cromatgrafo a gs. FONTE: modificada de Ciola (1985, pag. 03).

O gs de arraste usado uma mistura ultrapura de argnio (95%) com metano (5%), sob

alta presso o qual flui atravs do sistema a 20ml/min. Ele o responsvel pelo transporte

da amostra gasosa desde o ponto de injeo, passando pela coluna at atingir o detector. A

coluna utilizada possui 1/8 de dimetro e 3m de comprimento, preenchida com um

58

polmero especial (Porapak-q) e mantida temperatura constante de 63oC, no interior da

qual ocorre a separao do N2O. A afinidade de cada componente individual com o

adsorvente determina o seu tempo de reteno, isto , o tempo de permanncia na coluna.

No trmino da coluna instala-se o detector que transmite um sinal proporcional

concentrao de cada substncia analisada. Dispositivos especiais mantm a vazo da fase

mvel com grande preciso. O detector empregado nas anlises de xido nitroso o de

captura de eltrons, DCE, (Ver Figura 3.7). Este um dos detectores mais sensveis e

seletivos em uso atualmente, podendo detectar concentraes de at um picograma (10-9g)

para determinadas substncias (McNair e Bonelli, 1968). O seu princpio de funcionamento

consiste na coliso de partculas beta relativamente energticas (67kev), emitidas por uma

fonte slida de Nquel-63, com molculas do gs de arraste. Este processo libera um grande

nmero de eltrons secundrios de baixa energia os quais, sob a ao de um campo eltrico

ativo na cavidade do detector, produzem uma pequena corrente de fundo. A passagem da

amostra gasosa altera este sinal atravs da captura de alguns eltrons secundrios por

molculas eletronegativas, no caso o xido nitroso. Aps sua passagem, a corrente retorna

ao seu valor original e apresenta um pico negativo, o qual invertido e amplificado

resultando em um cromatograma como exemplificado na Figura 3.8.

59

FIGURA 3.7 - Esquema de um DCE. FONTE: adaptada de Ciola (1985, pg. 135).

Na Figura 3.8 apresenta-se um cromatograma tpico de uma anlise de xido nitroso, em

3.55 minutos o pico do N2O. A rea obtida (147210 unidades) comparada com a do

padro para determinar a concentrao do N2O. Na figura o pico maior com tempo de

reteno de 1,56 minutos se refere ao oxignio e no tem interesse prtico nas medidas

desse trabalho. Os outros valores contidos nesse cromatograma se referem ao tipo de

integrao usada, a rea de cada pico e a porcentagem referente a cada pico.

60

FIGURA 3.8 - Cromatograma produzido em anlise pelo Laboratrio de Oznio

INPE/So Jos dos Campos.

Para as anlises foi usado um padro primrio de xido nitroso com concentrao de

(310,98 3,27) ppbv, adquirido da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Devido alta sensibilidade do detector de captura de eltrons que capaz de sentir

pequenas variaes nas condies de laboratrio, a sua calibrao rotineiramente

intercalada s anlises das amostras. A primeira condio necessria para se iniciar o

trabalho, que o equipamento esteja perfeitamente estabilizado nas temperaturas

previamente estabelecida, de 63oC e 350oC, respectivamente, para a coluna e o detector. Os

valores dessas temperaturas foram atribudos depois de vrios testes com o cromatgrafo a

fim de se obter a melhor otimizao do sistema como um todo (Marinho, 1993).

A seqncia de passos para a anlise do xido nitroso :

61

1) Faz-se a corrida em branco, isto , aciona-se o integrador sem injetar qualquer

amostra no sistema (o gs de arraste permanece fluindo pelo sistema). Este

procedimento indica o estado do equipamento e do gs de arraste, deve produzir

como resposta, uma linha reta (corrente de fundo).

2) Em seguida so realizadas cerca de 3 ou 4 injees do padro, sendo necessria a

obteno de um desvio padro relativo da mdia de 3 ou 4 injees consecutivas

menor que 1%

3) Injeta-se a mesma amostra 3 a 4 vezes e tira-se a mdia, da mesma forma, se o

desvio padro relativo for menor que 1%, prossegue-se a anlise das amostras,

intercalando a injeo de padro e amostra, e assim sucessivamente.

A determinao da razo de mistura do N2O na amostra dado por:

pi

aipa m

mCC

,

,= (3.1)

onde Ca e Cp so respectivamente a razo de mistura do N2O na amostra e no padro

utilizado, dados em ppbv, e aim , e pim , so os valores mdios das reas da amostra e do

padro respectivamente, obtidas do integrador.

3.5. Determinao do Fluxo de N2O

O fluxo de xido nitroso pode ser determinado a partir da variao temporal da razo de

mistura do xido nitroso no interior da cpula, para um dado intervalo de tempo. A razo

de mistura do xido nitroso em uma amostra de gs pode ser descrita pela razo entre a sua

presso parcial (pi) e a presso total (p), ou pela razo entre o nmero de moles do gs (ni) e

o nmero total de moles mistura (nt). O nmero de moles de uma substncia presente em

uma amostra dada pela razo entre a massa da substncia (m) e a massa molar da

62

substncia(M) ou n = m/M. Adotando-se uma variao no nmero de moles de xido

nitroso ( ONn 2 ), e aplicando a equao dos gases ideais (PV=mRT/M), tem-se:

ONONt

n

PVM

RTm

nONON

2

2

22 == (3.2)

onde P a presso total (atm), V o volume total (l), MN2O a massa molar do xido nitroso.

R a constante dos gases ideais (0,082 atm l mol-1 K-1 ) e T a temperatura (K) e ON2 a variao da frao molar do xido nitroso. Admitindo-se que o fluxo ao atravessar a rea A

(m2) constante durante um intervalo de tempo (t, min), podemos escrever este fluxo () em ngN2O m-2min-1 como:

tRTAPVM ONON

= 22 (3.3)

A determinao do termo tON /2 obtida utilizando-se regresso linear. construdo um grfico com trs pontos, onde o primeiro ponto no tempo zero minutos, considerada a

concentrao do ar atmosfrico, no tempo 30 minutos a primeira coleta dentro da cpula e

no tempo 60 minutos a ltima coleta na cpula. Com isso o termo tON /2 dado por b na equao do tipo C = Co + bt.

Foram utilizados dois critrios para selecionar um experimento como vlido. O primeiro

deles que a variao da concentrao de N2O acumulada dentro da cpula no decorrer do

tempo seja crescente e que o coeficiente de determinao (R2) seja maior que 0,90. Esse

critrio tem sido usado por outros pesquisadores no estudo de emisso de gases para a

atmosfera (Sass et al. 1992, Khalil, et al.,1998). O segundo critrio que a concentrao

determinada pela reta de regresso para o tempo zero fosse prxima do valor obtido na

coleta para este tempo.

63

Algumas variveis ambientais, tais como presso atmosfrica e temperatura dentro da

cpula so necessrias para o clculo do fluxo de N2O como descrito na equao 3.3. A

temperatura dentro da cpula foi medida com um termopar utilizado quando era feita a

retirada da amostra ao passo que a presso usada obtida de uma estao meteorolgica

existente prxima ao stio do experimento.

64

65

CAPTULO 4

RESULTADOS E DISCUSSO

4.1. Introduo

Os valores de concentrao de N2O para o ar ambiente no variaram muito de um dia para

outro ou de perodo para perodo, com uma mdia de 321,9 1,5 (ppbv). Para uma atmosfera limpa e longe de fontes pode-se adotar um valor de referncia de 315,2 0,9 (ppbv), obtido em Barra de Maxaranguape, Natal-RN, que se caracteriza por receber forte

brisa martima, livre de contribuies locais, comportando-se como uma estao ocenica.

O valor de Natal mencionado foi obtido pela mdia dos dados coletados prximos

superfcie no perodo de 01/07/2001 31/08/2001. A mdia obtida nesse experimento para

razo de mistura atmosfrica mostrou-se maior que Natal, porm so amostras obtidas em

cima de uma fonte de xido nitroso.

O nmero de coletas feitas no experimento totalizou 234 (13 idas a Taubat x 8 parcelas

utilizadas, sendo que de cada parcela amostravam-se 2 cilindros de ar ambiente e mais dois

cilindros de amostra de ar por dia de coleta, um pela manh, outra a tarde). Nem todos os

fluxos resultantes mostraram-se vlidos, ou seja, no obedeciam os critrios apresentados

no item 3.5. Embora as coletas fossem conduzidas com o necessrio cuidado, algumas

curvas resultaram no lineares no experimento. As possveis causas atribudas so: (1)

perturbao nas plantas e no solo pela colocao da cpula; (2) mistura ineficiente do ar

dentro da cpula, ou seja, gradientes de N2O dentro da cmara; (3) saturao da

concentrao e (4) erros experimentais.

Como exemplo, a Figura 4.1 mostra a variao da concentrao de N2O para o dia

25/07/2001 na parcela com fertilizao de Sulfato de Amnio no Bloco 03, pode-se

observar a tima correlao entre as duas variveis, resultando numa medida vlida.

66

0 10 20 30 40 50 60

320

325

330

335

340

345

Y = 321.50 + 0.37 * XR2=0.99SD=0.28

Con

cent

ra

o de

N2O

(ppb

v)

Tempo (min)

FIGURA 4.1 - Grfico da variao da concentrao de N2O para o dia 25/07/2001 na parcela de Sulfato de Amnio no Bloco 03. Das 13 campanhas realizadas, resultaram 104 (13 idas Taubat x 8 parcelas utilizadas,

sendo que cada dois cilindros de amostragem de uma parcela era usado para determinao

de um fluxo de xido nitroso) determinaes de fluxos de N2O, dos quais foram

descartados 12 fluxos com coeficientes de determinao inferior a 0,90. Observou-se que

nos dias 05/07/2001 e 16/07/2001 (1o e 2o dias de coleta) o nmero de medidas com

coeficiente de determinao menor que 0,90 foi maior que os outros dias. No dia 05/07, 4

medidas resultaram com coeficiente menor que 0,90 de um total de 8 medidas e no dia

16/07 3 medidas. Em todos os outros dias apenas 1 medida ou nenhuma apresentou

correlaes inferiores a 0,90. Esta diferena pode ser atribuda ao fato que nesses dois dias

iniciais utilizou-se uma canaleta de ao sob as cpulas. Esse suporte na parte de baixo tinha

como objetivo garantir que no haveria escape de gs. No suporte era colocada gua para

vedao e com isso havia uma grande evaporao de gua dentro da cpula podendo

perturbar os resultados, alm disso, a colocao dessa canaleta no solo era mais difcil do

que s a cpula. Portanto, aliado a essas dificuldades e aos resultados insatisfatrios das

anlises dos dois primeiros dias de coleta, decidiu-se retirar as canaletas ao longo do

67

restante do experimento. De acordo com Hutchinson et al. (2000), a utilizao da tcnica de

cpula esttica apresenta melhores resultados quanto menor for a interveno ou colocao

de objetos na cpula. Outra medida adotada foi revestir com papel alumnio as duas laterais

mais a superior que faceavam com o Sol, a fim de minimizar o efeito estufa criado dentro

da cpula, enquanto que as demais ficaram transparentes de modo a permitir a passagem de

radiao para as plantas executarem a fotossntese. A temperatura ambiente era medida pela

manh s 10:30 e tarde, s 13;00 quando se comeavam as coletas. A figura 4.2 a seguir

apresenta as mdias de temperatura para os dias de coleta.

05/07 16/07 19/07 25/07 01/08 09/08 14/08 23/08 31/08 12/09 20/09 27/09 11/10

1618202224262830323436384042 Tambmanh

Tambtarde

Tem

pera

tura

(C

)

Dia

FIGURA 4.2 . Mdia de temperatura para os dias de coleta. O estgio fenolgico da planta tambm foi acompanhado ao longo do experimento,

apresentando-se da seguinte forma:

68

TABELA 4.1 Estgio Fenolgico da Planta.

Dia Testemunha (Bloco 3)

Sulfato de Amnio

(Bloco 1)

Sulfato de Amnio

(Bloco 2)

Sulfato de Amnio

(Bloco 3)

Lodo de Esgoto

(Bloco 1)

Lodo de Esgoto

(Bloco 2)

Lodo de Esgoto

(Bloco 3) 05/07/01 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 h = 0 16/07/01 h = 1,5 h = 0 h = 1,8 h = 0 h = 0 h = 1,3 h = 1,5 19/07/01 h = 3,0 h = 2,8 h = 2,2 h = 2,3 h = 0 h = 2,5 h = 0 25/07/01 h = 5,0 h = 5,5 h = 5,5 h = 5,0 h = 0 h = 4,2 h = 0 01/08/01 h =, 7,5 h = 6,0 h = 8,0 h = 7,5 h = 0 h = 7,3 h = 0 09/08/01 h = 9,0 h = 9,9 h = 9,0 h = 9,5 h = 1,5 h = 9,0 h = 1,3 14/08/01 h = 10,0 h = 11,0 h = 12,0 h = 10,5 h = 4,0 h = 10,0 h = 2,5 23/08/01 h = 12,0 h = 12,2 h = 12,9 h = 12,0 h = 6,0 h = 10,8 h = 4,3 31/08/01 h = 13,2 h = 13,5 h = 13,5 h = 13,8 h = 10,0 h = 12,0 h = 5,5 12/09/01 h = 15,2 h = 16,0 h = 18,0 h = 15,5 h = 14,0 h = 15,0 h = 9,5 20/09/01 h = 26 h = 26,8 h = 29,0 h = 28,3 h = 23,0 h = 25,0 h = 16,5 27/09/01 h = 35 h = 38 h = 37 cm h = 35 h = 30 h = 32 h = 26 11/10/01 Vagem quase

seca, h = 42 Vagem quase seca, h = 41

Vagem quase seca, h = 40

Vagem quase seca, h = 42

h = 35 Vagem quase seca, h = 35

h = 32

Obs: h = emergncia (altura da planta em cm).

4.2. Fluxos de N2O

Na Figura 4.3 apresentam-se os resultados dos fluxos para o Bloco 01, com os

fertilizantes sulfato de amnio (S.A.) e lodo de esgoto. Seria esperado valor maior de fluxos

de N2O j nas primeiras medidas realizadas. Trabalhos na literatura mostram que os picos

de fluxo de xido nitroso apresentam-se nos primeiros dias depois da fertilizao (Matson

et al., 1996) e depois se mantm constante. Nas coletas feitas nos trs primeiros dias o solo

estava bastante seco, j que o experimento foi realizado no perodo de inverno e o solo no

estava irrigado. Essas trs primeiras medidas de fluxo apresentaram um valor mdio: 7 2 gm-2h-1 para sulfato de amnio e 12,1 1,6 gm-2h-1 para o lodo de esgoto. Mesmo apresentando um valor de fluxo baixo, o valor para o lodo de esgoto foi o dobro do valor de

fluxo do sulfato de amnio no incio de experimento. Como o solo apresentava-se muito

seco, aps a terceira semana do experimento, adotou-se um procedimento de irrigao que

coincidisse com as coletas no dia posterior ao da irrigao. Aps a segunda fertilizao com

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sulfato de amnio identificou-se um valor um pouco maior de fluxo de xido nitroso no dia

09/08 (29,7 1,1 gm-2h-1) que nos dias anteriores e um valor de fluxo relativamente alto no dia 23/08 (78 18 gm-2h-1). Este valor alto registrado no dia 23/08 pode ser atribudo a uma maior atividade microbiolgica, pois o solo apresentava-se bastante mido devido a

uma chuva forte no dia anterior. Observa-se tambm que no dia 12/09, os valores de fluxo

apresentam-se baixos e de praticamente de mesmo valor, 5,0 0,7 gm-2h-1 para o lodo e 5,9 1,1 gm-2h-1 para o sulfato de amnio pois nesse dia, devido a problemas tcnicos no foi feita a irrigao e as medidas foram realizadas em solo extremamente seco, tornando

difcil a vedao da cpula. Aps a terceira fertilizao nenhum pico de xido nitroso foi

observado. Uma provvel explicao para a no existncia de um novo pico que neste

perodo as plantas j estavam todas formadas (cheias de folhas, vagens e caules bem

desenvolvidos), de modo que e a atividade bacteriana tornou-se muito baixa.

05/07 16/07 19/07 25/07 01/08 09/08 14/08 23/08 31/08 12/09 20/09 27/09 10/100

20

40

60

80

1003

Ferti

liza

o

2Fe

rtiliz

ao

1Fe

rtiliz

ao

S.A.T5R1 LodoT6R1

Flux

o de

N2O

(gm

-2h-

1 )

Dia

FIGURA 4.3 - Medidas de Fluxo de N2O (gm-2h-1) para o bloco 01 (R1) com os fertilizantes sulfato de amnio S.A. (T5) e lodo de esgoto (T6).

70

A Figura 4.4 apresenta os fluxos obtidos para o bloco 02. Verifica-se que os fluxos obtidos

so menores quando comparados com os da figura anterior (bloco 01) embora os

procedimentos adotados fossem mantidos idnticos. As duas primeiras medidas sobre a