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O professor da Universidade Federal de Viçosa, Carlos Schaefer¸ explica, na entrevista a seguir, concedida por telefone à IHU On-Line, como IHU On-Line - Com a elevação da temperatura e do o solo está sendo afetado pelo aquecimento global. Para que possamos entender como funciona o solo e que mudanças serão essas, ele traz dados de pesquisas que estão sendo realizadas na Antártida. Seu grupo de pesquisa tem monitorado a vegetação, o derretimento dos solos e o impacto que isso causa no meio ambiente. Segundo Schaefer, "algumas plantas têm se adaptado bem a esse cenário de aquecimento e passam a ocupar novas áreas. E essas plantas eram de latitudes um pouco menos frias que estão adaptadas agora, cada vez mais, a latitudes mais altas em regiões que eram antes cobertas de neve e gelo".

Carlos Schaefer é graduado em Agronomia pela Universidade Federal de Viçosa, onde também fez especialização em Solos Tropicais e mestrado na área de Solos e Nutrição de Plantas. É doutor em Ciência do Solo pela University of Reading (Inglaterra) e pós-doutor pela University of Western Austrália. É autor de Ecossistemas Terrestres e Solos da Antártica Marítima (Viçosa: Neput-UFV, 2004).

Confira a entrevista.

IHU On-Line - Devido ao aquecimento global, que consequências sofrem os solos e as plantas?

Carlos Schaefer - O aquecimento global, do ponto de vista prático, a partir do que temos pesquisado na Antártida, afeta bastante a região que chamamos de Antártica Marítima. A Antártica Marítima é uma das áreas que tem a maior variação de temperatura, o maior incremento no aumento de valor da temperatura média global já medido em todo o planeta. É uma região bem sensível em termos de variação de temperatura medida e os impactos ecológicos são muito grandes. A temperatura na Antártida ficava sempre próxima de zero ou abaixo de zero, e agora, algumas vezes, a temperatura sobe, o que faz com que a água saia do estado sólido para o líquido.

Esse derretimento cria várias oportunidades de plantas e animais ocuparem áreas que antes estavam cobertas de neve, de gelo e, essas áreas, então, são colonizadas por plantas. Algumas dessas plantas já começam a mostrar adaptações a latitudes mais próximas das regiões polares, justamente devido a essa tendência de aquecimento na direção das latitudes maiores. O que nós monitoramos lá é isto: a vegetação, o derretimento dos solos e o impacto que isso causa no meio ambiente. Algumas plantas têm se adaptado bem a esse cenário de aquecimento e passam a ocupar novas áreas. E essas plantas eram de latitudes um pouco menos frias que estão adaptadas agora, cada vez mais, a latitudes mais altas em regiões que eram antes cobertas de neve e gelo.

IHU On-Line - Os solos têm poder de se readaptar ao meio ambiente, mesmo aqueles que já foram alterados pelo aquecimento global?

Carlos Schaefer - A grande questão que envolve o solo no aquecimento global, no caso das regiões polares, a Antártica principalmente, é que ele encontra-se num estado congelado, que chamamos de permafrost. Quando ele deixa de ser congelado, derrete esse permafrost e a temperatura se eleva para acima de zero, o que propicia um crescimento microbiano. Então toda aquela bola que estava congelada, estocada no solo, passa a ser mineralizada e emitir gás carbônico para a atmosfera.

Por outro lado, como eu relatei antes, a vegetação também passa a colonizar essas áreas. Temos, portanto, dois balanços importantes aí que precisamos estudar. Estamos codificando para entender, primeiro, se produtibilidade das plantas coloca mais carbono no solo e, segundo, se o solo está emitindo carbono em função desse aquecimento. Então, são duas coisas que são concorrentes entre si, digamos assim. Uma é a planta sintetizando carbono, morrendo, crescendo, vivendo e depositando esse carbono como matéria orgânica no solo, e o outro é o solo, por estar derretendo o gelo, o congelamento, o permafrost, está aumentando a emissão de carbono para a atmosfera.

Esse balanço, nós já temos alguns trabalhos em andamento, mostra um potencial de emissões de gás carbônico bem elevado mesmo para a Antártica. Em outras regiões do planeta, no Ártico, por exemplo, o potencial de emissão de carbono é muito, mas muito grande, muito maior do que o potencial de sequestro de carbono da vegetação.

IHU On-Line - Estudos mostram que o aquecimento global vem causando a liberação de imensos estoques de carbono guardados nos solos. Quais são as consequências deste fenômeno a médio e longo prazo?

Carlos Schaefer - O solo é o grande reservatório de carbono orgânico terrestre, é mais importante do que a própria vegetação. Toda a mídia fala da vegetação, mas é porque não vemos o carbono que está no solo, todo mundo vê uma árvore, mas ninguém vê a matéria orgânica que está no solo. Quando fazemos a conta, essa matéria orgânica é mais importante em termos de quantidade total. Então, nessas regiões em que há pouca matéria orgânica, pouca planta grande, a matéria orgânica que está no solo pode ser muito expressiva, é uma matéria orgânica de plantas pequenas, presente em musgos, por exemplo.

No entanto, eles produzem muito carbono, que, congelado, é um estoque muito grande nesse sistema. Esse carbono acumulado, uma vez que o planeta esteja aquecendo, começa a ser emitido em taxas muito rápidas. O aquecimento está afetando essas latitudes onde há presença desse carbono acumulado de uma forma muito forte. Nossos estudos lá na Antártica pretendem conhecer como são essas taxas de emissão de carbono para essas áreas da Antártica. Já se sabe que é uma quantidade muito significativa.

IHU On-Line - Qual a região do Brasil mais vulnerável aos impactos das mudanças climáticas?

Carlos Schaefer - As regiões tropicais, de maneira geral, são muito frágeis quanto às mudanças climáticas porque os trópicos já são quentes suficientes para produção agrícola. Os trópicos de todas as regiões da Terra talvez sejam as regiões que tenham os maiores impactos negativos, por serem regiões que não têm benefício com o aumento da temperatura. As regiões temperadas, pelo contrário, se beneficiam. Na região Nordeste, o efeito deve ser de aumento da estação seca, e na região Sul e Sudeste haverá os extremos de temperatura, muito frio no inverno e muito calor no verão e tempos fortes de chuva.

As latitudes subtropicais, nessas épocas de mudança, passa por períodos com essas características. Isso tudo causa incerteza na agricultura, que trabalha com tendências de equilíbrio, portanto muitos ciclos de altos e baixos de temperatura ou umidade não é algo bom. Na região Sul, além dos verões muito quentes e secos, haverá falta de água. E, nas regiões Norte e Nordeste, a falta de água será generalizada, agravando a seca. Na Europa, por exemplo, o aquecimento não é mau. No norte do continente o fenômeno está viabilizando várias áreas agrícolas; onde não se plantava nada antes está ficando quente suficiente para se plantar trigo, cevada e aveia.

Carlos Schaefer - Não, nem sempre. Na verdade, a água de degelo vai ter uma permanência no solo pequena, depois vai para o mar. O degelo do solo provoca aumento da água do nível do mar, mas não na água do solo. Você não tem um grande aumento desse jeito que estão falando.

IHU On-Line - E quais as consequências deste fenômeno do aumento do nível do mar?

Carlos Schaefer - Para nós a situação também é um pouco complicada, porque teremos cada vez mais erosão costeira nas áreas mais baixas.

degelo no continente Antártico, constata-se que a disponibilidade de água no solo de determinadas regiões está aumentando... IHU On-Line - O Brasil também vive esse problema?

Carlos Schaefer - Todos os países que têm grande concentração urbana no litoral vão padecer desse tipo de problema. Isso já é uma coisa esperada, mesmo com meio metro de aumento de nível do mar já se terão problemas grandes. Eles estão falando aí da ordem de chegar a um metro.

IHU On-Line - O senhor falou da relação do aquecimento global e a agricultura. Uma agricultura sem planejamento pode prejudicar as consequências do aquecimento da Terra?

Carlos Schaefer - Os sistemas que se usam na agricultura, por exemplo, no Sul, onde o pessoal faz muito cultivo mínimo, que são sistemas que colocam carbono no solo, o que contribui para a diminuição de carbono, e isso pode ser um bom caminho para diminuir o impacto de emissão. O que sabemos hoje é que o modelo agrícola que é realmente conservador de carbono ajuda nessa mitigação, ou seja, na diminuição de emissão.

Agora, outras coisas têm que ser feitas, não basta só a agricultura contribuir com isso. A diminuição das emissões de combustível fóssil é a importante e urgente. A queima de combustível fóssil continua sendo o principal vilão. Não adianta discutirmos coisas menores, cuidarmos de aspectos menores. É a mesma coisa que você estar marcando um médico para extrair uma verruga e estar com dois cânceres, entendeu?

IHU On-Line - Com a elevação da temperatura e o aumento da frequência de chuvas em algumas regiões, e a falta dela em outras, quais são suas projeções para o futuro diante desta realidade?

Carlos Schaefer - O que se diz na climatologia é que o clima vai ficar cada vez mais errático, vai ficar cada vez mais cheio de altos e baixos e imprevisível. Ele vai poder ter condições de inverno severos, verões extremamente quentes e precipitações desiguais, com variações enormes entre os anos.

IHU On-Line - E tudo isso nos leva para que tipo de cenário?

Carlos Schaefer - Leva a uma condição de instabilidade, das pessoas não poderem mais confiar na meteorologia, no clima, seja para sua atividade agrícola ou pecuária, para o planejamento rural de maneira geral. Isso cria uma incerteza muito grande do ponto de vista do planejamento. Isso é muito ruim. Por sorte o Brasil está numa condição em que é um trópico úmido, o trópico mais úmido. Por isso, pode ser que nós, em relação às outras regiões tropicais, ainda soframos menos relativamente, mas ainda assim as consequências serão grandes.

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"O solo é o grande reservatório de carbono orgânico terrestre'. Entrevista especial com Carlos Schaefer

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O professor da Universidade Federal de Viçosa, Carlos Schaefer¸ explica, na entrevista a seguir, concedida por telefone à IHU On-Line, como IHU On-Line - Com a elevação da temperatura e do o solo está sendo afetado pelo aquecimento global.

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Seqüestro de carbono no solo e mitigação do efeito estufa

O papel do solo frente à problemática exposta é muito importante. O solo é considerado o principal reservatório temporário de carbono no ecossistema ( Bruce et al., 1999), por apresentar, em média, 4,5 vezes mais carbono do que a biota e 3,3 vezes mais do que a atmosfera ( Lal, 2004a). Com esses valores de estoque de carbono presente no solo e na biota é evidente que a preservação desses reservatórios é de grande importância para o equilíbrio da concentração do gás carbônico na atmosfera.

A pesquisa tem mostrado que, indubitavelmente, a manutenção do estoque de carbono no solo cultivado é intrínseco ao manejo dispensado ao solo e às culturas, que também interfere, de forma incontestável, na qualidade dos recursos hídricos inseridos no contexto das bacias hidrográficas dos ecossistemas envolvidos. Para exemplificar, somente a conversão de ecossistemas naturais para agricultura pode corresponder a perdas superiores a 60% do estoque de matéria orgânica em solos temperados e superar 75% do estoque original em solos tropicais, implicando portanto, em significativa emissão de gás carbônico para a atmosfera ( Lal, 2004a).

No Brasil, em sistemas de manejo de solo baseado no preparo convencional com intenso revolvimento de solo, normalmente, a perda do estoque original da matéria orgânica do solo, em solo não cultivado e em mata natural, pode atingir 50% em períodos que variam de 15 a 23 anos ( Pöttker, 1977; Bayer et al., 2003). Além disso, esses sistemas são comumente mais predispostos à erosão, que, segundo Lal (2003), é responsável por emissões globais de até 1,0 Pg C ano-1 (1Pg= Petagrama - 1015 g = 1 bilhão de Mg).

A dimensão da contribuição das diferentes formas de exploração agrícola (mudanças no uso do solo) na emissão de gás carbônico é evidente ao observar que este gás corresponde a, aproximadamente, 22% do total emitido, embora essa estimativa tenha grande incerteza. Por outro lado, o potencial mundial do solo em seqüestrar carbono, segundo Lal (2004b), pode atingir um terço do acréscimo anual (3,3 Pg) de carbono na atmosfera quando manejado por meio de práticas conservacionistas adequadas. No Brasil, o sistema plantio direto, ao preconizar elevada adição de matéria seca ao solo, faz parte desse contexto e deve ser amplamente recomendado e, principalmente, qualificado, diante de conjunturas que pregam a inobservância de princípios básicos de manejo do solo e da água.

No País, são escassas as pesquisas que avaliam a contribuição da agricultura na emissão de gás carbônico. Estimativas de Cerri et al. (2004) demonstram ter ocorrido emissão líquida anual de 46,4 milhões de toneladas no período de 1975-1995, enquanto que a mitigação decorrente da adoção do sistema plantio direto alcançou 33 milhões de toneladas de gás carbônico anualmente, no mesmo período. Cabe ressaltar que, neste período, na subdivisão do país por regiões os estados do Sul e do Sudeste apresentam seqüestro líquido de gás carbônico de, aproximadamente, 6,5 milhões de toneladas, enquanto que as regiões Norte, Nordeste e Centro-Oeste possuem emissão líquida superior a 52 milhões de toneladas anualmente, para o período considerado ( Bernoux et al., 2001). Portanto, a geração de um excedente superior a 13 milhões de toneladas desse gás lançado na atmosfera, resultante de mudanças do uso da terra (culturas, pastagens, florestas, entre outras), pode indicar a necessidade de avaliações mais detalhadas nesse sentido e, também, refletir a importância de ampliar a adoção e de qualificar o manejo do sistema plantio direto.

Desse modo, maior atenção deve ser dispensada ao manejo da matéria orgânica do solo, a qual é considerada essencial para a fertilidade integral do solo, por atuar em aspectos de natureza química, física e biológica. O incremento da matéria orgânica do solo no sistema de produção apresenta impactos positivos na melhoria da qualidade do solo ( Conceição et al., 2005). Além disso, estudos demonstram que acréscimos em 1% no teor de matéria orgânica do solo pode resultar em aumentos de 20 a 70 kg ha-1 na produção de trigo, 10 a 50 kg ha-1 na produção de arroz e de 30 a 300 kg ha-1 na produção de milho ( Lal, 2006).

Para que o estoque de matéria orgânica do solo se estabilize ou não decresça, os sistemas de manejo de solo e de culturas adotados devem preconizar adições de material orgânico em maior quantidade do que as perdas por decomposição. No solo, a dimensão do estoque de matéria orgânica é representada pela dinâmica do equilíbrio entre a adição e a perda ( Fig. 1).

Lovato et al. (2004) estimam que a adição anual de carbono necessária para manter o estoque original de carbono orgânico total no preparo convencional é superior a 100% da necessidade requerida pelo sistema plantio direto. Em termos quantitativos, Campos (2006), em trabalho realizado na região Central do Rio Grande do Sul, demonstrou que, na média dos sistemas de manejo de solo estudados, a emissão de gás carbônico alcançou 9 Mg ano-1, ressaltando com isso, a importância da adição de elevada quantidade de material orgânico ao solo pelas culturas, para suprir a taxa de perda de matéria orgânica do solo.

O equilíbrio positivo entre a entrada e a saída de carbono em solos agricultáveis passa pela implementação de sistemas de produção fundamentados em princípios da agricultura conservacionista, pois o manejo adotado visa à manutenção permanente da cobertura do solo, que contribui para o incremento do conteúdo de carbono orgânico, para a reciclagem de nutrientes, a fixação simbiótica de nitrogênio, a retenção e a infiltração de água no solo, para a redução do escoamento superficial e o eficiente controle da erosão hídrica, fatores estes que resultam na melhoria da qualidade ambiental e na preservação dos recursos naturais ( Bayer & Mielniczuk, 1997; Debarba & Amado, 1997; Amado et al., 2000; Spagnollo, 2000; Santos et al., 2003; Lovato et al., 2004; Cerri et al., 2007).
Entretanto, sistemas envolvendo pastagens perenes também têm sido apontados como recuperadores do teor de carbono do solo, principalmente, nas regiões Centro-Oeste e Amazônica brasileiras ( Feigl et al., 1995; Corazza, et al., 1999; Jantalia et al., 2006).

Dessa forma, a grande parcela dos sistemas agrícolas produtivos anuais do Brasil, que poderia estar inserida no intrincado conceito do complexo tecnológico conservacionista, constitui importante dreno de gás carbônico da atmosfera. A área sob sistema plantio direto no Brasil é estimada em 25 milhões de hectares ( Federação, 2007), o que comprovadamente contribui para a mitigação da emissão de gases de efeito estufa através do acúmulo de carbono no solo ( Lovato et al. 2004; Gomes, 2006; Cerri et al., 2007; Zanatta et al., 2007).

O acúmulo de carbono no solo está intimamente associado à utilização do sistema plantio direto. De acordo com Cerri et al. (2007), em extensa revisão de literatura, os solos brasileiros acumulam, em média, 0,5 Mg C ha-1 ano-1. Entretanto, em experimentos no sul do Brasil, quando comparado o sistema plantio direto com o preparo convencional de solo, algumas pesquisas indicam seqüestro de carbono variando de 0,12 a 1,6 ha-1 ano-1 ( Bayer et al., 2000; Amado et al., 2001; Amado et al. 2006), evidenciando a extensa variabilidade que os diferentes sistemas de produção proporcionam no acúmulo de carbono no solo.

Outra alternativa que tem sido apontada como interessante no controle da emissão de gases de efeito estufa, com destaque para o gás carbônico, é a utilização de plantas para a produção de biocombustíveis ( McManus et al., 2004). Isso ocorre pela produção de energia renovável ( Cruz et al., 2006), que proporciona redução do uso de combustível fóssil ( Janzen, 2004), além de aportarem importante quantidade de resíduos culturais ao sistema ( Peterson & Hustrulid, 1998) e evitar a emissão de carbono fóssil pelo uso do biocombustível renovável produzido ( Righelato & Spracklen, 2007).

Do exposto, observa-se que os sistemas de produção que preconizam a utilização de culturas voltadas à produção de energia renovável apresentam potencial para seqüestrar carbono no solo e mitigar a emissão de gases de efeito estufa. No entanto, dimensionar com relativa precisão este acúmulo é uma ação complexa, devido à expressiva dependência do tipo de solo e das condições ambientais a que as práticas de manejo estão sujeitas. Os estudos de seqüestro de carbono e de mitigação do efeito estufa no Brasil carecem de pesquisas regionalizadas, onde as variáveis preponderantes do processo sejam semelhantes. Além disso, deve-se observar os sistemas de produção quanto ao grau de efetividade no seqüestro de carbono, ou seja, se o determinado sistema em uso ainda está proporcionando aumento no estoque de carbono no solo, pois, segundo Smith (2004), a utilização contínua de uma determinada tecnologia de produção, apresentará, invariavelmente, decréscimo na taxa de seqüestro de carbono com o decorrer do tempo, enquanto o seu estoque no solo tende a aproximar-se do equilíbrio. Isso é um fator determinante para a inserção de modelos de produção mais intensivos, principalmente no que tange ao aporte de material orgânico ao solo, sem descuidar de aspectos voltados à dimensão econômica, social e ambiental dos modelos produtivos instituídos. A intensificação do sistema plantio direto, com aporte contínuo de resíduos vegetais ao solo, discrimina um processo de qualificação de modelos de produção conservacionista que, em última análise, resultará na adoção de práticas efetivas de manejo do solo, principalmente, frente à mitigação do aquecimento global.

Documentos Online Nº 78 Publicações Online

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Seqüestro de carbono no solo e mitigação do efeito estufa O papel do solo frente à problemática exposta é muito importante. O solo é considerado o principal reservatório temporário de carbono no ecossistema ( Bruce et al., 1999), por apresentar, em média, 4,5 vezes mais carbono do que a biota e 3,3 vezes mais do que a atmosfera ( Lal, 2004a).

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O solo do nosso planeta armazena cerca de 2,5 bilhões de toneladas de carbono, mais que a atmosfera (780 bilhões de toneladas) e que a vegetação (560 bilhões de toneladas), sendo um importante reservatório de carbono. Os solos, de acordo com os serviços dos ecossistemas, podem atuar como drenos ou como fontes de emissão de gases de efeito estufa (GEEs) dependendo do tipo de manejo utilizado. Os solos do planeta já perderam de 50% a 70% do carbono contido originalmente, principalmente pela agropecuária, o que cria uma grande oportunidade para devolver o carbono ao solo e ao mesmo tempo contribuir para a diminuição do aquecimento global. A técnica de neutralização de carbono por estoque no solo é uma solução que consiste em aumentar a quantidade de matéria orgânica no solo por meio de práticas agrícolas mais sustentáveis e deve ser disseminada no setor agropecuário.

Carbono no solo

Mas como o carbono atmosférico se torna carbono no solo? O estoque do carbono no solo ocorre seguindo o ciclo do carbono. As árvores sequestram CO2 (gás carbônico ou dióxido de carbono) do ar por meio da fotossíntese; parte é usada para crescimento de galhos e folhas, e outra parte, cerca de 40% do CO2 sequestrado, é transportado pelas raízes até o solo. Esse CO2 irá alimentar os microrganismos do solo, que vão ajudar a plantas a obter nutrientes. Os microrganismos são responsáveis por criar complexas e estáveis formas de carbono. Se o solo for preservado, continuará armazenando carbono por centenas de milhares de anos.

Perda de carbono no solo

Entretanto, o que está acontecendo hoje é a perda de carbono do solo. Por exemplo, os centro urbanos desmataram e pavimentaram grandes áreas de solo, matando os microrganismos e interferindo nas trocas de carbono. Também há grande perda de carbono na mudança do uso do solo, de florestas para plantações, por exemplo.

Técnicas para aumentar o armazenamento de carbono no solo são uma solução para retirada do CO2 atmosférico, de modo a promover a neutralização de carbono. O solo deve ser "alimentado" com matéria orgânica para reequilibrar o processo, além de conservar a quantidade já existente no solo. Para aumentar a captação de carbono pelo solo é necessário acrescentar resíduos vegetais, matéria orgânica, e reter o carbono já existente.

Como aumentar o estoque de carbono no solo

O primeiro modo de estocar carbono no solo é pela matéria orgânica. Ele pode ficar armazenado por milênios ou ser lançada de volta em pouco tempo. Portanto, práticas agrícolas mais sustentáveis podem auxiliar no aumento e conservação do estoque de carbono no solo. A Food and Agriculture Organization (FAO), agência ligada à ONU, recomenda algumas práticas de manejo para o sequestro de carbono no solo: a o contrário do plantio convencional que utiliza o arado para revolver a terra antes da semeadura, o plantio direto visa minimizar a degradação do solo. A camada de resíduos da última colheita é deixada na superfície do solo, agindo como uma proteção para o mesmo, e como esse resíduo é matéria-orgânica, converte-se em carbono para ser armazenado no solo. Essa camada de matéria orgânica também auxilia na prevenção da erosão e diminuição da perda de solo e de água pela diminuição da taxa de escoamento superficial, aumenta a fertilidade do solo pela fixação biológica de nitrogênio, se houver adição de micorrizas, de resíduos orgânicos e de fertilizantes, além de melhorar o armazenamento de água no solo se houver técnicas de irrigação por gotejamento, por exemplo.

A utilização de certos tipos de agricultura sustentável também devem ser incentivadas, como os sistemas agroflorestais e a agricultura orgânica, em que os impactos ao solo são menores. Essas técnicas e outras, como a trofobiose, contribuem para adição de carbono no solo. O grande desafio hoje é fazer a conversão de técnicas tradicionais para as técnicas conservacionistas.

Outra técnica para aumentar o estoque de carbono no solo é a aplicação de biomassa carbonizada no solo, o biocarvão. Ele consiste em uma técnica milenar que transforma resíduo de agricultura em um fertilizante natural para o solo, além de reter carbono em uma forma estável e inativa. O biocarvão é obtido por pirólise (aquecimento da massa sem a presença de oxigênio), é rico em carbono e o mantém armazenado no solo por centenas a milhares de anos.

Ao contrário de outras técnicas de geoengenharia, o aumento do sequestro de carbono pelo solo é uma alternativa promissora, pois não apresenta riscos e possui baixo custo se comparado com outras tecnologias. O armazenamento de carbono no solo tem grande potencial técnico para neutralização de carbono, cerca de três gigatoneladas de CO2 por ano caso haja mudança significativa no manejo do solo.

Veja o vídeo (em inglês) sobre a importância do solo no sequestro de carbono.

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Técnicas de neutralização de carbono: estoque de carbono no solo - eCycle

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O solo do nosso planeta armazena cerca de 2,5 bilhões de toneladas de carbono, mais que a atmosfera (780 bilhões de toneladas) e que a vegetação (560 bilhões de toneladas), sendo um importante reservatório de carbono.

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Soil Solutions to Climate Problems - Narrated by Michael Pollan

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soil carbon determination; forest soils; no-tillage

DIVULGAÇÃO

Carbono do solo e a mitigação da mudança climática global

Soil carbon and the mitigation of global climate change

Pedro L. O. de A. Machado

Embrapa Solos, Rua Jardim Botânico, 1024, 22460-000 Rio de Janeiro - RJ

ABSTRACT

The soils of the world contain more carbon than the combined total amounts occurring in vegetation and the atmosphere. Hence soils are a major reservoir of carbon in terrestrial ecosystems and an important sink. Recently, emphasis has been placed on the need to sequester carbon from atmospheric carbon dioxide into soil organic matter because of international concerns about greenhouse gas emissions and global climate change. The best strategies to built-up carbon stocks in the soil are basically those that increase the input of organic matter to the soil, and/or decrease the rate of soil organic matter decomposition. Grain crop systems based on soil ploughing and harrowing lead to CO ₂ emissions combined with tremendous soil losses. In Brazil, no-tillage system was introduced to combat soil erosion by water and this soil management led to the build-up of soil carbon stocks with simultaneous high crop yields. However, the present procedure used to quantify carbon stocks in soils is laborious and of high cost. The use of infrared spectroscopy is very promising as an alternative low-cost method of soil carbon determination.

Keywords: soil carbon determination; forest soils; no-tillage.

INTRODUÇÃO

O sistema climático é interativo e constituído por cinco grandes componentes, atmosfera, hidrosfera, criosfera, supefície terrestre e biosfera, influenciados por vários mecanismos externos no qual o Sol é o mais importante ¹. Além disto, os efeitos diretos das atividades humanas no sistema climático são considerados como mecanismo externo. A atmosfera seca da Terra é consistida principalmente de nitrogênio (N ₂; 78,1% do volume), oxigênio (O ₂; 20,9% do volume) e argônio (Ar; 0,93% do volume). Estes gases possuem limitada interação com a radiação emitida pelo Sol e não interagem com a radiação infravermelha emitida pela Terra. Entretanto, há uma série de gases traços como dióxido de carbono (CO ₂), metano (CH ₄), óxido nitroso (N ₂O) e ozônio (O ₃) que absorvem e emitem radiação infravermelha. Estes gases traços, também denominados gases de efeito estufa, ocupam menos que 0,1% do volume da atmosfera e possuem relevante papel no balanço energético da Terra. A atmosfera contém também vapor d'água (H ₂O; aproximadamente 1% do volume) que é também um gás de efeito estufa natural. A Terra recebe radiação solar (342 Wm⁻²) e os diferentes gases traços presentes na atmosfera, particularmente na troposfera, absorvem a radiação infravermelha emitida pela Terra e, por sua vez, emitem esta radiação para cima e para baixo. Este processo de absorção e emissão de radiação infravermelha gera aumento na temperatura próxima à superfície da Terra (média de 14 ºC) resultando num efeito estufa natural e importante para o surgimento e a manutenção da vida no planeta ¹. Se não houvesse este efeito estufa natural, a temperatura na superfície da Terra seria 33 ºC mais fria.

Os seres humanos sempre influenciaram o meio ambiente. Entretanto, foi somente após o início da Revolução Industrial, em meados do século XVIII, que o impacto das atividades humanas tomou proporções em escalas continentais e até mesmo globais. Atividades humanas, principalmente aquelas envolvendo a queima de combustíveis fósseis para uso industrial e residencial e queima da biomassa (desmatamento seguido de queimadas), produzem gases de efeito estufa que afetam a composição da atmosfera ¹. Embora o gás metano e o óxido nitroso apresentem potencial de aquecimento maior que o gás carbônico (CH ₄ = 23 vezes o CO ₂ e; N ₂O = 296 vezes o CO ₂), o CO ₂ é emitido em maiores quantidades devido à queima de combustíveis fósseis e desmatamento ou queimada. O CH ₄ é relevante em áreas onde se produz arroz inundado (ex. sudoeste da Ásia). O óxido nitroso (N ₂O) que se acumula na atmosfera provem principalmente da superfície terrestre, mas as incertezas com relação à magnitude das fontes e drenos de N ₂O impedem que se consiga uma quantificação precisa, e os dados atualmente existentes sobre fluxos de N ₂O dos solos e oceanos são insuficientes para quantificá-los em detalhes 1,2. A mudança no uso da terra, causada pela conversão de florestas em áreas de agricultura ou pecuária, afeta as propriedades físicas e biológicas da superfície terrestre e estes efeitos possuem impacto potencial no clima regional e global ¹.

O objetivo deste trabalho é demonstrar o papel do carbono do solo na mitigação da mudança climática. Ênfase será dada às alterações no uso da terra no Brasil, especialmente a agricultura para produção de grãos (abrangendo 50 milhões de hectares; 1 ha = 10000 m ²) e como a agricultura conservacionista, ou seja, o sistema de plantio direto, que hoje ocupa 17 milhões de ha no Brasil, pode contribuir eficazmente para o aumento do seqüestro de carbono no solo. Finalmente, no âmbito da Química Ambiental, será feita uma apresentação dos métodos de análise de carbono dos solos no Brasil, seus problemas quanto à quantificação dos estoques de carbono do solo (em megagrama de carbono por ha ou Mg C ha⁻¹) e a necessidade de métodos alternativos.

CICLO DO CARBONO

Os quatro principais compartimentos de carbono na Terra são: oceanos, atmosfera, formações geológicas contendo carbono fóssil e mineral e ecossistemas terrestres (biota + solo). Na Figura 1 observa-se uma representação esquemática dos diferentes compartimentos de carbono na Terra com seus estoques e respectivos fluxos.

Na Figura 1 constata-se que o maior compartimento de carbono na Terra é aquele presente no oceano (38000 Pg C), seguido do compartimento presente nas formações geológicas (5000 Pg C). O carbono das formações geológicas consiste de 4000 Pg C presentes no carvão, 500 Pg C no petróleo e 500 Pg C no gás natural. O compartimento de carbono do solo (2500 Pg C) é o maior nos ecossistemas terrestres (aproximadamente 4 vezes o compartimento de C da vegetação e 3,3 vezes o carbono da atmosfera) e é constituído pelo carbono orgânico (1500 Pg C) e mineral (1000 Pg C). O carbono orgânico representa o equilíbrio entre o carbono adicionado ao solo pela vegetação e o perdido para as águas profundas e, finalmente, para os oceanos via lixiviação como carbono orgânico dissolvido (0,4 Pg C) ou para a atmosfera via atividade microbiana como dióxido de carbono em solos aerados ou metano em solos saturados com água. Entretanto, pouco se sabe sobre valores precisos de perdas de carbono do solo para a atmosfera.

EFEITO ESTUFA ANTROPOGÊNICO E SUAS CONSEQÜÊNCIAS

O interesse em estudar o ciclo do carbono e o impacto do dióxido de carbono (CO ₂) e do metano (CH ₄) antropogênicos no regime climático, especialmente na temperatura, já havia sido iniciado no século passado ⁴. Durante os anos 80 e principalmente desde a primeira conferência do Comitê Assessor Científico do Programa Internacional Geosfera-Biosfera (IGBP), realizada em Estocolmo em 1988, modelos de circulação global e vários trabalhos locais e regionais surgiram com ênfase no efeito estufa de gases traços como CO ₂, CH ₄ e N ₂O ⁵. Naquela época, já havia demonstração sobre as conseqüências do incremento do CO ₂ na atmosfera no aumento em cerca de 4 ºC na temperatura e na elevação no nível do mar ⁵. Apesar de no final dos anos 90 ainda ter sido controversa a mudança climática causada por gases traços, particularmente pelo CO ₂, o terceiro relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática ⁶, após rigorosa avaliação da qualidade de estudos recentes sobre o tema, destaca que as mudanças no clima ocorrem como resultado tanto da variabilidade interna dentro do sistema climático como também de fatores externos naturais e antropogênicos. A taxa de alteração da concentração de CO ₂ do período Holoceno (há 10000 anos) foi duas vezes menor que o aumento antropogênico de CO ₂ desde a Revolução Industrial, iniciada em 1760 na Inglaterra, até os dias atuais ⁷. O uso crescente de combustíveis fósseis e as mudanças em larga escala do uso das terras resultaram no aumento das concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera, afetando o clima global ¹ . Entre 1861 e 2000 a temperatura média global aumentou 0,6 ºC. As precipitações pluviométricas têm se alterado com chuvas mais torrenciais e o fenômeno "El Niño" tem se tornado mais freqüente, persistente e intenso ⁸. Num cenário de referência tradicional (do inglês: "business as usual"), a temperatura média da Terra aumentará entre 1,4 e 5,8 ºC até 2100, com as áreas terrestres se aquecendo mais que os oceanos e causando uma elevação no nível do mar entre 9,0 e 88,0 cm. Há consenso na comunidade científica internacional sobre o seguinte aspecto: se não houver nenhuma ação mitigadora, os efeitos da mudança climática serão devastadores, onde ocorrerá aumento na incidência de temporais intercalados por anos de seca prolongada 8,9. A agricultura brasileira será seriamente afetada pelo aquecimento global ¹⁰. Assim, a mudança climática global poderá ser o problema ambiental mais crítico e complexo a ser enfrentado pela humanidade ao longo do século XXI ¹¹.

O CARBONO DO SOLO E A MUDANÇA CLIMÁTICA GLOBAL

O Protocolo de Quioto, estabelecido em dezembro de 1997 durante a Terceira Sessão da Conferência das Partes (COP 3) da Convenção Quadro da ONU para a Mudança Climática (UNFCCC), definiu metas de redução nas emissões de gases de efeito estufa para a atmosfera. Entre 2008 e 2012, a Europa deverá reduzir as emissões em 8% abaixo dos níveis de 1990. Os Estados Unidos e o Japão deverão reduzir em 7 e 6%, respectivamente. O objetivo da UNFCCC é estabilizar as concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera, a um nível que permita limitar os impactos adversos no clima do planeta.

Diversas instituições de pesquisa públicas e privadas vêm desenvolvendo tecnologias para mitigar as concentrações de CO ₂ na atmosfera. As opções incluem: 1. separação e captura de CO ₂ a partir de sistemas energéticos e 2. seqüestro de carbono nos oceanos, ecossistemas terrestres e formações geológicas. Um aspecto importante a se considerar é até que ponto as medidas técnicas podem ser efetivas em períodos de crescimento econômico, associados com altas demandas por combustíveis fósseis pelo setor industrial e de transportes ¹¹. E se estas medidas, sozinhas, podem reduzir adequadamente os níveis de CO ₂ atuais como preconizado pelos governos.

Os ecossistemas terrestres que compreendem a vegetação e o solo são considerados atualmente como um grande sumidouro (do inglês "sink") de carbono, especialmente os solos ( Figura 1). Há várias maneiras pelas quais o manejo apropriado da biosfera terrestre, particularmente do solo, possa resultar em significativa redução no aumento dos gases de efeito estufa. Conforme demonstrado na Tabela 1, os solos das diferentes florestas no mundo apresentam maior estoque de carbono que a vegetação, especialmente os solos de floresta boreal (regiões geladas) e os campos das regiões temperadas (ex. pradarias nos EUA e pampas da América do Sul).

A agricultura introduzida após desmatamento tem resultado em fortes impactos, aumentando a emissão de gases de efeito estufa para a atmosfera. Já em 1864 é possível encontrar relatos científicos sobre as conseqüências negativas da atividade antrópica na paisagem terrestre e, mais recentemente, em 1956, foi constatado que uma das mudanças globais mais incontestáveis nos últimos três séculos foi a ação direta do homem e mudança da cobertura das terras ¹³. A expansão da agricultura através da derrubada de florestas durante os últimos 140 anos levou a uma liberação líquida de 121 Gt de carbono para a atmosfera (1 Gt = 1.000.000.000 t) e o Brasil é o maior responsável ("single contributor") pela emissão de gases de efeito estufa pela mudança no uso da terra 2,14. A maior parte dos desmatamentos ocorridos na Amazônia Legal (que abrange os Estados do Amazonas, Acre, Roraima, Rondônia, Pará, Amapá, Mato Grosso, Tocantins e parte do Maranhão) são devidos à conversão da floresta em pastagens ¹⁵. Em 1994, o desmatamento na Amazônia Legal alcançou 470 milhões de ha (470 x 10 ³ km ²). Deste total, aproximadamente 45% ficaram ocupados pela bovinocultura de corte (produção de carne bovina) a partir da derrubada da floresta tropical, 28% ficaram ocupados por floresta secundária após abandono dos pastos pós-1970 e 2% ficaram ocupados por pastagens degradadas ¹⁶. A área restante ficou ocupada pela agricultura (5%), floresta secundária oriunda de agricultura abandonada (2%) e floresta secundária anterior a 1970 (17%). Considerando uma paisagem dominada por pastagem e floresta secundária oriunda de pastagens abandonadas, a média líquida de carbono perdido do solo foi estimada em 11,7 X 10 ⁶ Mg C para 1,38 x 10 ⁶ ha desmatados em 1990. Sem dúvida que, atualmente, a abertura de novas áreas de floresta para implantar sistemas agropecuários não é desejável. Isto devido a dois momentos de forte emissão de CO ₂ para a atmosfera: um no desmatamento seguido da queimada e outro, com o preparo do solo pela aração seguida de sucessivas gradagens niveladoras para adequar a superfície do solo para receber as sementes. O preparo do solo pela aração pode resultar em até 81,3 g CO ₂ m⁻² emitidos para a atmosfera num período de 5 h ¹⁷. O problema deste tipo de agricultura convencional, embasada na operação de preparo do solo pela aração seguida de diversas gradagens niveladoras, se agrava pelo fato desta operação ser realizada, no mínimo, duas vezes ao ano na agricultura brasileira. Além disto, a aração do solo seguida de várias gradagens predispõe o solo à erosão hídrica, que contribui para o agravamento das emissões de CO ₂ para a atmosfera. Globalmente, a erosão causada pelas chuvas é responsável por emissão líquida anual de aproximadamente 1 Gt C ¹⁸. Nos anos 70, devido aos sérios problemas de degradação das terras pela erosão, foi introduzido no Sul do Brasil o sistema plantio direto, que consistia em instalar lavouras de milho, trigo e soja sem necessidade de preparo do solo (ex. aração seguida de gradagens niveladoras). Os agricultores, motivados pelos menores riscos envolvidos no plantio direto em relação à agricultura convencional, adotaram o novo manejo do solo que combate eficazmente a erosão e, hoje, no Brasil, ocupa atualmente 17 milhões de ha (40% da área sob agricultura de plantas anuais) ¹⁹.

USO AGRÍCOLA DO SOLO E SIMULTÂNEO SEQÜESTRO DE CARBONO

Durante reunião do IPCC ²⁰, a possibilidade de se utilizar práticas agrícolas conservacionistas como o sistema plantio direto para mitigar o aumento de CO ₂ na atmosfera pelo seqüestro de carbono pelo solo obteve consenso internacional. A idéia contida no consenso foi que promovendo a adoção de práticas agrícolas com conservação do solo seria possível não apenas aumentar a produtividade agrícola como também transformar os solos agrícolas em drenos ou sumidouros de CO ₂ atmosférico. O sistema plantio direto (SPD) é um exemplo de uso da terra para a agricultura nas regiões tropicais úmidas e sub-tropicais que propicia segurança alimentar com baixo impacto ambiental, principalmente quanto à erosão (perda de solo) e favorecendo o seqüestro de carbono no solo ²¹. Seqüestro de carbono no solo significa transformar o carbono presente na atmosfera (na forma de CO ₂) em carbono estocado no solo, compondo a matéria orgânica do solo.

A quantificação do estoque de carbono no solo é feita em base volumétrica para uma determinada profundidade do solo e normalmente é expressa em Mg C hectare⁻¹, sendo 1 Mg = 1 megagrama ou 1 tonelada métrica. Vários estudos demonstraram a eficácia do SPD no seqüestro de carbono em solos agrícolas brasileiros, principalmente para as camadas superficiais do solo (0-20 cm), com incrementos de 5,2 a 8,5 Mg C ha⁻¹ superiores ao solo sob preparo convencional (aração e gradagens) 19,22. Numa avaliação das mudanças no estoque de carbono de solo do Rio Grande do Sul com 13 anos de preparo convencional ou plantio direto ( Figura 2), constatou-se, a uma profundidade de 100 cm, que o estoque de carbono orgânico do solo sob SPD, com 179 Mg C ha⁻¹, era 8,5% superior ao solo sob preparo convencional, com 165 Mg C ha⁻¹, e 4,7% superior ao solo sob floresta secundária, com 171 Mg C ha⁻¹. A eficácia no acúmulo de carbono do solo pelo SPD é aumentada quando, após o cultivo da cultura principal (ex. soja), introduz-se na seqüência de cultivo uma planta leguminosa (ex. tremoço), que fixa nitrogênio da atmosfera no solo pela associação com bactérias. Assim, observa-se na Figura 2 que tanto o SPD como o preparo convencional sob Rotação, ou seja, sob uma série de cultivos intercalados envolvendo gramíneas (ex. milho, aveia) e leguminosas (ex. tremoço), maiores estoques de carbono do solo que sob Sucessão (série de cultivos intercalados, envolvendo apenas culturas de interesse econômico (ex. soja e trigo).

PROCESSOS E FATORES QUE REGULAM A DINÂMICA DO CARBONO DO SOLO

O carbono orgânico do solo está presente na matéria orgânica viva, que corresponde a menos de 4% do carbono orgânico total do solo e na matéria orgânica morta, que corresponde à maior parte do carbono orgânico total do solo (cerca de 98%) ²⁴. O carbono da matéria orgânica viva (CMOV) subdivide-se no carbono presente nos microrganismos (60-80% do CMOV), consistido principalmente de fungos e bactérias, nos macrorganismos (15-30% do CMOV) consistido, por exemplo, por minhocas, ácaros e térmitas terrestres e, finalmente, nas raízes (5- 10% do CMOV). Quanto ao carbono da matéria orgânica morta (CMOM), o carbono se subdivide na matéria macrorgânica ou seja, resíduos vegetais recém adicionados ao solo e no húmus (80-90% do CMOM), que consiste de substâncias não-húmicas (30% do carbono do húmus) representadas pelos ácidos orgânicos de baixo peso molecular (ex. ácido cítrico, ácido ftálico, ácido malônico) e substâncias húmicas (70% do carbono do húmus) representadas pelos ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e huminas. Quanto ao carbono inorgânico representado pelos carbonatos no solo, devido à grande maioria dos solos brasileiros apresentarem reação ácida (pH água < 6,0) sua participação é insignificante, estando presente em ambientes restritos como os solos da região semi-árida do Brasil. Apesar do CMOV estar presente em proporção bem menor que o CMOM as importâncias se igualam, pois os micro e macrorganismos, pelas suas atividades no solo, se constituem num dos principais fatores responsáveis pelas transformações do CMOM, resultando em acúmulo ou perdas (na forma de CO ₂) de carbono orgânico do solo.

O estoque de carbono de um solo sob vegetação natural representa o balanço dinâmico entre a adição de material vegetal morto e a perda pela decomposição ou mineralização ²⁵. As taxas de adição e a qualidade do carbono da vegetação dependem muito do clima (principalmente temperatura do ar e chuvas), do tipo de vegetação (gramíneas decompõem-se mais lentamente que plantas leguminosas) e da fertilidade do solo (solos férteis resultam em plantas maiores que contêm, por sua vez, mais carbono a ser depositado no solo) ¹¹. Os resíduos de plantas (ex. folhas, galhos, frutos) que caem sobre o solo são gradualmente alterados por meio da fragmentação física, interações entre a fauna do solo e microrganismos e formação de húmus. Os processos de decomposição e taxas de transformação (do inglês "turnover rate" = quantidade de carbono em determinado compartimento do solo dividido pela taxa de adição anual de carbono para este compartimento) são fortemente influenciados pelo clima, tipo e qualidade da matéria orgânica, associações químicas e físico-químicas da matéria orgânica com os componentes minerais do solo e pela localização da matéria orgânica no solo ¹¹. Sabe-se que os componentes de uma planta morta são sujeitos ao ataque de macrorganismos (ex. coró, térmitas do solo, minhocas) e, em seguida ou simultaneamente, sofrem decomposição microbiana no solo. Sabe-se também que diferentes componentes das plantas se decompõem a diferentes taxas. Por exemplo, açúcares simples e proteínas são decompostos rapidamente em questão de horas ou alguns dias. Por outro lado, ligninas e suberinas demandam muito mais tempo para serem decompostas ²⁶. A taxa de mineralização da matéria orgânica em regiões temperadas (ex. Europa Central) é de aproximadamente 2% e nos trópicos úmidos (ex. Amazônia) é de 4 a 5%. Por outro lado, a produção de biomassa, ou seja, de vegetação, é maior nos trópicos úmidos.

Os três principais processos responsáveis pelo seqüestro de carbono nos solos são a humificação, agregação e sedimentação. Ao mesmo tempo, os processos responsáveis pelas perdas de carbono no solo são a erosão, decomposição, volatilização e lixiviação ( Figura 3).

A agregação do solo (união de partículas de areia, silte e argila para formar pequenos torrões estáveis ao impacto da gota de chuva), realizada pela ação de hifas de fungos e substâncias orgânicas provenientes das raízes das plantas ou dos produtos da decomposição da matéria orgânica pelos microrganismos, vem sendo enfatizada como um dos fatores mais importantes para o seqüestro de carbono no solo ²⁷. Em solos brasileiros também foi observado que a adoção do plantio direto favoreceu a agregação do solo aumentando, conseqüentemente, o acúmulo de carbono ²⁸.

QUANTIFICAÇÃO DE ESTOQUES DE CARBONO DOS SOLOS

Conforme exposto anteriormente, o carbono do solo se encontra em diferentes compartimentos com diferentes taxas de transformação. É importante mencionar que o Protocolo de Quioto está essencialmente interessado nos fluxos de carbono, ou seja, mais nas mudanças nos níveis de carbono que nos teores ou estoques de carbono num determinado compartimento do solo ²⁶. Entretanto, a avaliação dos diferentes compartimentos de carbono no solo e suas dinâmicas são imprescidíveis para a identificação de usos e manejos do solo que promovam o seqüestro de carbono.

A quantificação de estoque de carbono do solo consiste essencialmente em dois passos: 1. amostragem de solo no campo para análise de carbono total e densidade do solo; 2. determinação de carbono total em amostras e quantificação dos estoques em Mg C ha⁻¹. A densidade do solo (r, g cm⁻³), antigamente denominada de densidade aparente ou global do solo, corresponde à massa de solo seco por unidade de volume, ou seja, o volume do solo ao natural, incluindo os espaços porosos ²⁹. A coleta de amostras de solos no campo e determinação da densidade do solo é essencial para se calcular a massa ou o estoque de carbono total do solo a partir da concentração de carbono total do solo (C; g C kg⁻¹ solo). Na quantificação do estoque de carbono há necessidade de se estabelecer a profundidade do solo a que se refere o estoque. Assim, ao se coletar as amostras de solos para a determinação da densidade e da concentração de carbono total do solo, há necessidade de anotar a profundidade da camada de solo em que as amostras foram coletadas. O cálculo do estoque de carbono (EC; Mg C ha⁻¹) para uma determinada profundidade (p, cm) dá-se da seguinte maneira:

EC = C x r x p/10

Embora a determinação da densidade do solo seja uma tarefa rápida, a coleta no campo é passível de erros e normalmente é mais laboriosa com o aumento da profundidade do solo que a coleta de amostras para a determinação de carbono do solo. Isto porque há a necessidade de se abrir uma trincheira ou perfil de solo até, pelo menos, 10 cm abaixo da última camada de solo que normalmente atinge 60 cm. Já há constatação no Brasil de que o carbono orgânico de um Latossolo Vermelho, incorporado juntamente com os resíduos de planta pela aração a 20 cm, se movimenta 10 cm abaixo da profundidade de aração ³⁰. Assim, as coletas de amostras para a determinação da concentração de carbono (C) e da densidade do solo (r)podem ser feitas por camadas de solos a seguir: 0-5, 5-10, 10-20, 20-30, 30-40 e 40-60 cm. Trata-se de uma sugestão para Latossolos e Argissolos que cobrem 59% da área do Brasil (aproximadamente 5 milhões de ha) ³¹. O teor de carbono total do solo diminui exponencialmente com a profundidade 19,23,32. Em geral, 39-70% do carbono orgânico total na camada de 0-100 cm de solo mineral está presente nos primeiros 30 cm e 58-81% nos primeiros 50 cm ³³. Perdas ou aportes de carbono do solo são maiores no horizonte superficial (0-15 cm), que deve ser amostrado mais freqüentemente ³⁴. Entretanto, havendo mudanças no uso e manejo a amostragem deve ser feita a profundidades maiores, pois o acúmulo de carbono na superfície pode ser balanceado por perdas em profundidade ². Não seria prático, todavia, definir uma profundidade para todos os solos, onde o carbono seria analisado. A profundidade de amostragem deve ser abaixo da profundidade onde se espera uma mudança significativa no teor de carbono ².

Há também a questão da variabilidade espacial do estoque de carbono. Numa lavoura de 13 ha de produção de grãos (milho, soja e trigo) em plantio direto em Carambeí, Paraná, constatou-se uma variação de 26 a 62 Mg C ha⁻¹ para a profundidade de 0-20 cm ³⁵.

A medição da densidade do solo é imprescindível em qualquer situação, pois somente através desta medida será possível quantificar a massa de solo presente em determinada profundidade. Há solos, todavia, em que tal recomendação de amostragem de solos deva ser considerada com cuidado. Os Espodossolos, por exemplo, apresentam os maiores teores de carbono a 400 cm de profundidade. Estes solos têm representatividade baixa no país (< 2% da área total do Brasil), mas podem ter significância no uso agrícola de determinada região. Especial atenção deve ser dada aos Organossolos (popularmente denominados de solos turfosos). Têm pouca abrangência nacional (< 1% da área total do Brasil), mas podem apresentar elevado teor de carbono total (> 200 g C kg⁻¹ solo) por vários metros de profundidade. Estes solos são muito sensíveis a grandes perdas de carbono orgânico pelas mudanças no regime de drenagem ou temperatura do solo.

Após a coleta das amostras no campo, estas são transferidas para laboratório onde são preparadas (secas ao ar, moídas e passadas em peneira de 2 mm) para a quantificação ou determinação de carbono. As amostras para a densidade do solo são igualmente transferidas para o laboratório, onde são secas a 105 ºC até peso constante para a determinação da massa de solo. A determinação de carbono no Brasil é feita comumente pelo método da combustão via úmida, baseado na oxidação da matéria orgânica a CO ₂ por íons dicromato em meio fortemente ácido ³⁶. Utiliza-se um oxidante forte (dicromato de potássio) numa solução ácida, para a oxidação da matéria orgânica. O teor de carbono é obtido indiretamente pela diferença entre a quantidade total de redutor (dicromato) utilizada e a quantidade restante após a oxidação do carbono. Embora simples e de baixo custo, o método apresenta problemas quanto à acurácia, devido à necessidade de fatores de correção para compensar a oxidação parcial e, também, quanto à lentidão e ao grande espaço que ocupa nos laboratórios ³⁷. Finalmente, a determinação do carbono por combustão via úmida gera problemas no meio ambiente pela produção de rejeitos laboratoriais de difícil descarte (ex. soluções ácidas contendo cromo). A determinação de carbono total por combustão via seca utilizando-se modernos equipamentos vem sendo considerada como referência pela precisão analítica (2-3%). Todavia, a aquisição e manutenção destes equipamentos são de custos altos para a grande maioria dos laboratórios no Brasil. Nos últimos anos, o advento e aperfeiçoamento das técnicas espectroscópicas para estudos da matéria orgânica do solo vêm demonstrando o forte potencial da espectroscopia como procedimento alternativo na determinação do carbono total do solo ³⁸. Dentre as diferentes técnicas, a espectroscopia de reflectância difusa de médio-infravermelho ou, simplesmente, infravermelho médio ³⁹ e a fotoluminescência ⁴⁰ são as técnicas mais promissoras para a determinação do teor total de carbono do solo.

Métodos alternativos para a determinação da densidade do solo ainda carecem de melhor desenvolvimento. Há forte demanda para o desenvolvimento de sensores para a determinação da concentração de carbono total e da densidade do solo in situ e em tempo real, de modo a se obter o mapa do estoque de carbono numa área imediatamente após a medição no campo.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

As maiores reservas de carbono encontram-se nos oceanos e, no ecossistema terrestre, a maior reserva de carbono encontra-se no solo, principalmente nas regiões geladas e nas pradarias ou campos de regiões temperadas. Há aproximadamente 200 anos o homem vem interferindo massivamente no fluxo global de carbono e a agricultura convencional, embasada no uso de arados e grades para o preparo do solo para a semeadura, contribui para as perdas de carbono do solo. O plantio direto é um sistema de produção agrícola que reverte esta situação, combatendo eficazmente a erosão e contribuindo significativamente para o seqüestro de carbono no solo.

Diferente das reservas de carbono fóssil, o carbono do solo não é permanente e pode, a curto ou longo prazo, se transferir para a atmosfera. Assim, não pode compensar na totalidade as emissões oriundas da queima de combustíveis fósseis. Pelo solo ser o maior compartimento de carbono nos ecossistemas terrestres e poder estocar carbono pela agricultura conservacionista (ex. sistema plantio direto), a humanidade pode, com o uso adequado do solo, retardar ou amenizar os impactos negativos da mudança climática global.

Procedimentos analíticos usuais para a quantificação do estoque de carbono no solo são laboriosos, pouco precisos e geram impactos negativos no meio ambiente. Há necessidade de se desenvolver métodos analíticos ágeis, de baixo custo, exatos, precisos e portáteis para a quantificação in situ e em tempo real do estoque de carbono no solo. As técnicas de infravermelho próximo para a determinação da concentração de carbono no solo (em g C kg⁻¹) e o uso de funções de pedotransferência para as estimativas de densidade do solo apresentam grande potencial como métodos alternativos.

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Recebido em 25/6/04; publicado na web em 14/1/05

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Carbono do solo e a mitigação da mudança climática global

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soil carbon determination; forest soils; no-tillage DIVULGAÇÃO Carbono do solo e a mitigação da mudança climática global Soil carbon and the mitigation of global climate change Pedro L. O. de A. Machado Embrapa Solos, Rua Jardim Botânico, 1024, 22460-000 Rio de Janeiro - RJ ABSTRACT The soils of the world contain more carbon than the combined total amounts occurring in vegetation and the atmosphere.

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É frequente encararem-se as alterações climáticas como algo que acontece na atmosfera. Afinal de contas, quando as plantas realizam a sua fotossíntese, absorvem carbono da atmosfera. Porém, o carbono atmosférico também afeta o solo, porque o carbono que as plantas não utilizam para crescer à superfície é distribuído através das suas raízes, que o depositam no solo. Se não for perturbado, este carbono pode estabilizar e ficar armazenado durante milhares de anos e os solos saudáveis podem atenuar, deste modo, as alterações climáticas.

Em matéria de armazenamento de carbono, nem todos os solos são iguais. Os solos mais ricos em carbono são as turfeiras, a maioria das quais se situa no norte da Europa, no Reino Unido e na Irlanda, mas o solo dos prados também armazena grande quantidade de carbono por hectare. Pelo contrário, o solo das zonas quentes e secas do sul da Europa contém menos carbono.

As alterações climáticas sujeitam o solo a pressões

Em algumas regiões da Europa, o aumento da temperatura pode suscitar maior crescimento da vegetação e maior armazenamento de carbono no solo. No entanto, as temperaturas mais elevadas também podem aumentar a decomposição e a mineralização da matéria orgânica do solo, reduzindo o seu teor de carbono orgânico.

Noutras zonas, os baixos níveis de oxigénio existentes na água impedem que a matéria orgânica, rica em carbono, das turfeiras estáveis se decomponha. Se essas zonas secarem, a matéria orgânica decompor-se-á rapidamente, libertando dióxido de carbono (CO2) para a atmosfera.

Já há indícios de que o teor de humidade do solo está a ser afetado pela subida das temperaturas e pela alteração dos padrões de precipitação. As projeções futuras apontam para uma continuação destas tendências, que alterarão a humidade do solo no verão, na maior parte do continente europeu, no período de 2021 a 2050, com reduções significativas na região mediterrânica e alguns aumentos no nordeste da Europa.

A concentração crescente de dióxido carbono na nossa atmosfera pode fazer com que os microrganismos presentes no solo decomponham mais rapidamente a matéria orgânica, libertando mais dióxido de carbono.

A libertação de gases com efeito de estufa a partir do solo deverá ser particularmente significativa nas regiões mais setentrionais da Europa e da Rússia, onde a fusão do permafrost poderá libertar grandes quantidades de metano, um gás com efeito de estufa muito mais potente do que o dióxido de carbono.

Ainda não se sabe ao certo qual será o efeito global, dado que as diferentes regiões absorvem e emitem diferentes níveis de gases com efeito de estufa, mas há um risco manifesto de que o aquecimento climático provoque maior libertação de gases com efeito de estufa a partir do solo, aquecendo ainda mais o clima, numa espiral autossustentada.

Uma agricultura e uma silvicultura que conservem o carbono no subsolo

As alterações climáticas não são o único fator capaz de transformar o solo, que passa de sumidouro de carbono para uma fonte de emissões: a forma como o utilizamos também influencia a quantidade de carbono que ele consegue reter.

Atualmente, o carbono armazenado nas florestas europeias está a aumentar, graças a mudanças na gestão florestal e às alterações ambientais. Cerca de metade desse carbono está armazenado no solo das florestas. No entanto, quando estas estão degradadas ou são abatidas, o carbono nelas armazenado é de novo libertado para a atmosfera e as florestas tornam-se contribuintes líquidas de carbono para a atmosfera.

Nas terras agrícolas, é sabido que a mobilização do solo acelera a decomposição e a mineralização da matéria orgânica. Assim, para conservar o carbono e os nutrientes no solo, os investigadores sugerem que se reduza a lavoura, que se façam rotações complexas das culturas, que se utilizem "culturas de cobertura" e que se deixem resíduos das culturas à superfície do solo. Os resíduos deixados durante as operações de plantio ajudam a proteger o solo contra o risco de erosão, uma proteção tanto mais essencial quando se sabe que a formação de alguns centímetros de solo pode demorar milhares de anos. A redução da lavra permite fragmentar e revolver menos o solo, mas os métodos utilizados para a reduzir ou eliminar estão frequentemente associados à maior utilização de adubos químicos, que têm outros efeitos ambientais negativos.

Do mesmo modo, a utilização de estrume pela agricultura biológica ajuda a reconstituir o carbono orgânico do solo muito abaixo da sua superfície. A agricultura biológica tem ainda o benefício adicional de diminuir os gases com efeito de estufa por não utilizar adubos químicos. A Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura calcula que os sistemas de agricultura biológica produzem emissões de CO2 por hectare 48 % a 66 % inferiores às dos sistemas convencionais.

Curiosamente, há formas de produção de biocombustíveis que reduzem o carbono armazenado no solo. Na verdade, um estudo recente concluiu que os biocombustíveis à base de resíduos de milho podem aumentar globalmente as emissões de gases com efeito de estufa porque a matéria orgânica é queimada como combustível em vez de ser devolvida ao solo (28).

Em termos gerais, a adoção de práticas apropriadas de exploração agrícola e florestal tem um grande potencial de recuperação dos solos e de remoção de CO2 da atmosfera.

Proteger as cidades com o solo

Após várias casas da cidade belga de Velm, próximo de Sint-Truiden terem sido cinco vezes inundadas com água lamacenta em 2002, os seus habitantes pressionaram a autarquia local para que esta tomasse medidas. As inundações de água lamacenta tinham-se tornado um problema recorrente na área, uma vez que as águas escorriam dos campos nus arrastando sedimentos. Para resolver o problema, as autoridades procuraram proteger as casas com o próprio solo, adotando várias medidas, como a plantação de culturas de cobertura no inverno, quando o solo estava desprotegido e, logo, em risco de inundação. Além disso, deixaram resíduos das colheitas nos campos para reduzir a erosão. Essas medidas de recuperação dos sistemas naturais impediram a ocorrência de inundações de lamas entre 2002 e a atualidade, apesar das chuvas torrenciais que entretanto caíram por diversas vezes.

A regulação e prevenção das cheias é apenas um dos "serviços" essenciais que um solo saudável nos presta e talvez tenhamos de contar cada vez mais com ele, uma vez que fenómenos meteorológicos extremos como as inundações se estão a tornar mais frequentes e graves.

A qualidade do solo poderá ditar de muitas outras formas de que modo seremos afetados pelas alterações climáticas. Um solo permeável também protege das ondas de calor, armazenando grandes quantidades de água e mantendo as temperaturas baixas, um aspeto particularmente importante nas cidades, onde as superfícies duras (impermeabilização dos solos) criam o denominado "efeito de ilha de calor".

Várias cidades europeias estão a tentar aproveitar estas funções do solo. Por exemplo, o Parque Gomeznarro, em Madrid, foi recuperado de modo a incluir novas superfícies permeáveis, vegetação e armazenamento de água no subsolo. Esta solução tem sido reproduzida noutros locais de Madrid e em toda a Espanha.

Recuperação de ecossistemas

Os dados mais recentes são claros: a recuperação de alguns ecossistemas ajuda a capturar carbono da atmosfera. Por exemplo, os esforços de recuperação de turfeiras têm sido uma boa resposta à perda de carbono orgânico resultante da exploração de turfa para fins energéticos. A maneira mais rápida de aumentar o carbono orgânico no solo cultivado é converter as terras aráveis em prados, segundo conclui um estudo do Centro Comum de Investigação da Comissão Europeia.

Infelizmente, algumas tendências recentes parecem estar a seguir o sentido oposto. Entre 1990 e 2012, a superfície de terras aráveis, culturas permanentes, pastagens e vegetação seminatural diminuiu na Europa. Mais concretamente, a "ocupação de terras" no continente europeu levou à perda de 0,81 % da capacidade produtiva das terras aráveis, devido aos campos que foram convertidos em cidades, estradas e outras infraestruturas entre 1990 e 2006. Esses projetos de desenvolvimento urbano implicam muitas vezes a impermeabilização da superfície do solo, o que, para além das preocupações de segurança alimentar, também faz com que a Europa tenha menor capacidade para armazenar carbono orgânico, prevenir inundações e manter as temperaturas baixas.

Se for corretamente gerido, o solo ajuda-nos a reduzir os gases com efeito de estufa e a adaptar-nos aos efeitos mais gravosos das alterações climáticas, mas se não cuidarmos dele, podemos piorar muito os problemas por estas causados.

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O solo é um elemento importante - e muitas vezes esquecido - do sistema climático. É o segundo maior "armazém", ou "sumidouro", de carbono, a seguir aos oceanos. Consoante as regiões, as alterações climáticas podem levar a um maior armazenamento de carbono nas plantas e no solo devido ao crescimento da vegetação, ou a uma maior libertação de carbono para a atmosfera.

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IPCC

Humanidade utiliza mais de 70% da superfície terrestre sem gelo e atividades primárias respondem por quase um quarto das emissões de gases de efeito estufa
Marcos Pivetta
Dois fatores pressionam o uso da terra no planeta, de acordo com o relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), órgão da Organização das Nações Unidas (ONU), divulgado em Genebra, Suíça, em 8 de agosto. O primeiro é a crescente população global, hoje em torno de 7,7 bilhões de pessoas, que aumenta a demanda por comida e recursos naturais. O segundo são as mudanças climáticas, que criam novos desafios na difícil relação da humanidade com o solo do planeta. A ação do homem se dá fundamentalmente por meio de atividades agropecuárias, uso do solo urbano e preservação de áreas naturais. Ao optar, por exemplo, por converter uma área de floresta nativa - que estocou uma quantidade considerável de carbono em sua biomassa - em pastagem para criação animal, promove-se uma grande emissão de gases de efeito estufa. As escolhas feitas pelo homem podem minimizar ou exacerbar as mudanças climáticas, que, por sua vez, levam a sociedade a novas decisões sobre como utilizar o solo, em um processo que se realimenta.

Diferentemente de seus grandes e abrangentes relatórios gerais sobre a situação do clima terrestre, dos quais já foram produzidas cinco edições (a sexta está em preparação, com lançamento previsto para o início de 2021), o novo documento do IPCC é um relatório especial, que trata de um tema mais específico. No caso, das relações entre o uso da terra e as mudanças climáticas, com ênfase em assuntos como desertificação, degradação do solo, manejo sustentável da terra, segurança alimentar, produção de biocombustíveis e fluxos de gases de efeito estufa em ecossistemas terrestres. Esse é o segundo relatório especial, que foi escrito e editado por 107 autores de 52 países, incluindo quatro autores brasileiros. O primeiro, divulgado em outubro de 2018, falava dos impactos climáticos do aumento de 1,5 ºC na temperatura global nas próximas décadas. Devido ao seu recorte, o novo documento não aborda a necessária redução da queima de combustíveis fósseis e foca essencialmente nas relações do homem com a superfície do planeta.

"A terra desempenha uma função importante no sistema climático", disse, em comunicado durante o lançamento do relatório, o escocês Jim Skea, professor do Centro de Políticas Ambientais do Imperial College de Londres. "A agricultura, a silvicultura e outros tipos de uso da terra representam 23% das emissões humanas de gases com efeito de estufa. Ao mesmo tempo, os processos naturais dos ecossistemas terrestres absorvem dióxido (CO ₂) de carbono equivalente a quase um terço das emissões de dióxido de carbono da queima dos combustíveis fósseis." Skea é copresidente do Grupo de Trabalho III do IPCC, que estuda formas de mitigar as mudanças climáticas, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa ou retirando-os da atmosfera.

Segundo o relatório, as atividades que dependem do uso da terra foram responsáveis pela emissão de 13% do CO ₂, de 44% do metano (CH ₄) e 82% do óxido nitroso (NO ₂) produzidos pelo homem entre 2007 e 2016. A maior parte das emissões de CO ₂, o principal gás de efeito estufa, vem de atividades industriais e de transporte que envolvem a queima de combustíveis fósseis.

Há cerca de 130 milhões de quilômetros quadrados (km²) de solo não coberto por gelo nas áreas continentais, 72% da terra firme do planeta. A maior parte desse solo não congelado é usada pelo homem para obter comida, água, energia, fibras para várias finalidades, madeira e ter acesso a uma série de serviços ambientais, além de manter a biodiversidade. A pecuária, intensiva e extensiva, para a criação de bovinos e de outros animais ocupa 21% do território global livre de gelo e a agricultura, irrigada e não irrigada, 12%. Desde 1961 até 2016, o consumo de carne e de óleos vegetais mais do que dobrou e as emissões de metano, produzidas naturalmente pelo sistema digestivo do gado e pelo cultivo do arroz, aumentaram 70%. Também duplicaram as emissões de óxido nitroso, que decorrem do uso de fertilizantes nitrogenados.

Um dos pontos do relatório que mais geraram repercussões foi a ênfase dada à adoção de dietas com menor impacto no uso da terra e, consequentemente, com menor repercussão climática em termos de emissões de gases de efeito estufa. "O relatório não faz nenhuma recomendação direta de reduzir o consumo de carne", comenta o físico Paulo Artaxo, da Universidade de São Paulo (USP), um dos brasileiros que participaram da confecção do documento. "Fala da adoção de dietas mais saudáveis e sustentáveis, que trariam benefícios para a saúde da população e ao meio ambiente." Reduzir o desperdício de comida também é essencial. Atualmente, um terço do alimento produzido no mundo é perdido ou mal utilizado.

Segundo a sul-africana Debra Roberts, chefe do Sustainable and Resilient City Initiatives Unit em eThekwini, em Durban, e copresidente do grupo de trabalho II do IPCC, algumas dietas necessitam de mais terra e água para serem produzidas e acabam sendo fonte de mais emissões de gases de efeito estufa. "Dietas balanceadas com alimentos à base de plantas, como grãos, leguminosas, frutas e vegetais, e alimentos de origem animal produzidos de forma sustentável em sistemas com baixa emissão de gases de efeito estufa apresentam grandes oportunidades de adaptação e mitigação das mudanças climáticas", disse Roberts, durante a apresentação do relatório.

Como abordar esse tema delicado no relatório final foi uma das questões discutidas entre os pesquisadores que participaram da elaboração do documento. "Discutimos até aspectos éticos a respeito de que tipo de dietas o relatório poderia defender", explica a oceanógrafa e climatologista Regina Rodrigues, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), que participou da produção do capítulo 7 do relatório. Uma das preocupações era não estigmatizar populações de áreas historicamente mais pobres que apenas nos últimos anos passaram a ingerir dietas com mais proteína animal, um tipo de alimento que as nações mais ricas consomem há muito mais tempo.

A agropecuária e outros usos do solo emitem 13% do dióxido de carbono, 44% do metano e 82% dos óxidos nitrosos produzidos por ações humanas

Polêmica da bioenergia
Outro tema que provocou discussões, em especial durante o processo final de redação do resumo do relatório para os chamados "tomadores de decisão", foi o da bioenergia. Cultivar plantas para a produção de alguma forma de energia, como o Brasil faz com a cana-de-açúcar usada para a fabricação do etanol que substitui uma parte do combustível fóssil, é prejudicial à produção de alimentos? Essa prática é um bom ou um mau uso da terra no que diz respeito ao combate ou à mitigação das mudanças climáticas? Segundo o relatório, a resposta é: depende. Em alguns lugares, e para certas culturas, os resultados do emprego da bioenergia podem ser positivos. Em outros, podem colocar em risco a segurança alimentar e a biodiversidade.

Para a bioquímica Glaucia Mendes Souza, do Instituto de Química (IQ) da USP e membro da coordenação do Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (Bioen), o novo documento do IPCC apresenta uma avaliação ponderada sobre essa questão, baseada na literatura científica, listando prós e contras da adoção de diferentes tipos de bioenergia. "Mas a versão do sumário do relatório que estava pronta para ser divulgada em Genebra não refletia essa visão equilibrada", comenta Souza. "Ela tratava todas as formas de bioenergia como se fossem iguais, sem deixar claro que, no Brasil, o cultivo de cana-de-açúcar para a produção de etanol não compete com a produção de alimentos e é importante para a redução das emissões por queima de combustíveis fósseis no setor de transporte. Dependendo de como são produzidas, muitas formas de bioenergia são sustentáveis, até o etanol de milho."

Além disso, essa versão do resumo também não diferenciava a produção estabelecida de bioenergia, uma realidade em alguns países, do uso experimental de tecnologias (as chamadas Beccs) que visam capturar e armazenar no solo o dióxido de carbono liberado pela queima ou fermentação de biomassa. Em tese, os Beccs poderiam parecer promissores, mas a versão inicial do resumo projetava que seriam necessários algumas centenas de milhões de hectares de terra no mundo para que essas tecnologias tivessem algum impacto na tentativa de frear o aquecimento global até 2050 - uma enormidade de terra, que poderia ser usada para plantar alimentos. "Nada indica que a produção de etanol no Brasil precise se expandir nesse ritmo para se manter competitiva", afirma o engenheiro-agrônomo Luís Gustavo Barioni, da Embrapa Informática Agropecuária, de Campinas, um dos autores do capítulo sobre segurança alimentar e de uma seção sobre terra e bioenergia do novo documento do IPCC. Atualmente, a área plantada de cana no país é de 10 milhões de hectares, cerca de metade para produção de bioetanol e metade para acúcar.

Para desfazer essa visão generalista sobre a bioenergia que estava para ser divulgada no resumo para os tomadores de decisão, os pesquisadores brasileiros trocaram informações em tempo real, via grupos de WhatsApp, com funcionários do Ministério das Relações Exteriores, o Itamaraty, que estavam em Brasília e em Genebra no início de agosto participando do processo final de redação do resumo executivo do relatório. A estratégia visava abastecer a delegação do Itamaraty com estudos científicos sobre a sustentabilidade da produção de bioenergia no país, que não coloca em risco a área destinada ao cultivo de alimentos.

O esforço deu resultado e o sumário se mostrou mais neutro, e em consonância com o tom do relatório, em relação ao papel dos biocombustíveis para mitigar as mudanças climáticas. "No último dia de negociação, a reunião na Suíça demorou 30 horas para chegarmos a um consenso", conta Renato Domith Godinho, chefe da Divisão de Promoção da Energia do Itamaraty. "A Alemanha e a Suécia entenderam a nossa posição e nos apoiaram nas discussões", comenta o meteorologista Humberto Barbosa, da Universidade Federal de Alagoas (Ufal), que foi coordenador do capítulo sobre degradação da terra e também participou da redação final do sumário.

Republicar

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Dois fatores pressionam o uso da terra no planeta, de acordo com o relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), órgão da Organização das Nações Unidas (ONU), divulgado em Genebra, Suíça, em 8 de agosto. O primeiro é a crescente população global, hoje em torno de 7,7 bilhões de pessoas, que aumenta a demanda por comida e recursos naturais.