DINÂMICA TEMPORAL DO EFLUXO DE CO EM FRAGMENTO …...Amazônica, Cerrado e Pantanal. Na capital...
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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU
MESTRADO EM CIÊNCIAS AMBIENTAIS
DINÂMICA TEMPORAL DO EFLUXO DE CO2 EM
FRAGMENTO DO CERRADO NA CIDADE DE CUIABÁ-MT
SUSANA PACHECO PEREIRA
CUIABÁ – MATO GROSSO
2017
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU
MESTRADO EM CIÊNCIAS AMBIENTAIS
DINÂMICA TEMPORAL DO EFLUXO DE CO2 EM
FRAGMENTO DO CERRADO NA CIDADE DE CUIABÁ-MT
SUSANA PACHECO PEREIRA
PROF. DR. JONATHAN WILLIAN ZANGESKI NOVAIS
ORIENTADOR
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Ciências Ambientais
da Universidade de Cuiabá, como parte
dos requisitos para obtenção do título de
Mestre em Ciências Ambientais.
CUIABÁ – MATO GROSSO
2017
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus amores:
José Carlos (pai),
Lucélia (mãe) e
Mauricio (irmão).
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, sem a graça do Senhor sobre mim, este trabalho não
teria sido possível.
Agradeço à minha família, meu pai herói José Carlos, minha mãe amorosa Lucélia,
meu irmão amigo Mauricio, minha vó mãe Dade, pelo apoio e incentivo para a concretização
deste sonho.
Agradeço aos amados e amadas que me apoiaram nesta conquista: Wilsimara,
Reinaldo, Priscila, Luzia, Edson, Marlene, Marcília, Tayenne, Michelly, Phamella, Patrick,
Janiny, Ton, Adriana, Lázaro, Edemil e Lourdes, que são amigos verdadeiros e juntos temos o
mesmo alvo, Cristo.
Agradeço às minhas amigas e amigo mais chegados: Hide, Karine e Walter.
Agradeço ao meu orientador Jonathan pela paciência e auxílio em todas as etapas do
projeto, aos meus professores do mestrado que me instruíram nesta jornada, aos professores
da banca, professor Thiago e professor Osvaldo pelas correções e ajuda.
Agradeço aos colegas de aula do curso de mestrado, que me ajudaram, em especial ao
amigo Thiago D’Orazio.
Agradeço ao meu time de basquete Wolves, pelos momentos de diversão, em especial
aos amigos: Betina, Gabi, Gaby, Karlinha, Linn, Nathy, Poli, Skarlett, Talita, Samy e Thadeu.
Agradeço aos colegas e amigos do serviço, que deram força ânimo e compreenderam o
desgaste emocional em alguns momentos, e em especial Mari, Ana Paula e Rosângela.
Agradeço as alunas que se dispuseram para me ajudar: Beatriz, Isabelle, Tânia, Leyci e
Thamires.
Agradeço a direção do Parque Mãe Bonifácia, em especial ao coronel Celso Benedito
Ferreira e toda sua equipe que auxiliou à esta pesquisa.
Agradeço à Universidade de Cuiabá e ao programa de mestrado pela oportunidade de
aprendizado.
EPÍGRAFE
“Ah! Quem me dera asas como de pomba!
Então voaria, e encontraria descanso.”
(Bíblia Sagrada - Salmos 55:6)
SUMÁRIO
Página
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. i
LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. iii
RESUMO .................................................................................................................................. iv
ABSTRACT ............................................................................................................................... v
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 6
1.1 Problemática ..................................................................................................................... 6
1.2. Justificativa ...................................................................................................................... 7
2. REVISÃO TEÓRICA ......................................................................................................... 9
2.1 Cerrado ............................................................................................................................. 9
2.2 Carbono .......................................................................................................................... 10
2.2.1– Efluxo e dióxido de carbono .................................................................................. 11
2.2.2 – Ciclo do carbono ................................................................................................... 12
2.2.3 - Carbono no solo ..................................................................................................... 14
2.2 Serapilheira ................................................................................................................ 15
3. MATERIAL E MÉTODOS .............................................................................................. 18
3.1 Localização e descrição da área de estudo ..................................................................... 18
3.1.1 Área de estudo .......................................................................................................... 19
3.2 Metodologia .................................................................................................................... 20
3.2.1 Medição de Efluxo de CO2 do solo .......................................................................... 20
3.2.2 Serapilheira produzida ............................................................................................. 23
3.2.3 Umidade do solo ...................................................................................................... 24
3.2.4 Variáveis microclimáticas ........................................................................................ 25
3.2.5 Análise estatística ..................................................................................................... 26
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 27
4.1 Variáveis microclimáticas .............................................................................................. 27
4.2 Serapilheira produzida .................................................................................................... 29
4.3 Efluxo no fragmento do Cerrado .................................................................................... 31
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 39
6. SUGESTÃO DE TRABALHO FUTUROS ......................................................................... 40
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 41
i
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Bioma Cerrado no Estado de Mato Grosso. Fonte: adaptado: Silva, et al, 2010. .. 9
Figura 2 - Ciclo do carbono no ambiente florestal. Adaptado de MOREIRA & SIQUEIRA,
2006, Machado (2005). ............................................................................................................ 12
Figura 3 - Fluxo do carbono. Fonte: adaptado de Aduan, (2004); Moreira e Siqueira, (2006),
Machado (2005). ...................................................................................................................... 13
Figura 4- Ciclagem de nutrientes em ambiente florestal. Adaptado de Foster & Bhatti (2006);
Scoriza et al. (2012). ................................................................................................................ 16
Figura 5 - Mapa de localização do fragmento de Cerrado na cidade de Cuiabá MT. .............. 18
Figura 6 – a – Ponto 1 de coleta, b – Ponto 2 de coleta, c – Ponto 3 de Coleta, d – Ponto de
Coleta, e – Ponto 5 de Coleta e f – Coletor de Serapilheira, no fragmento de Cerrado em
Cuiabá-MT. .............................................................................................................................. 21
Figura 7 – a - Analisador de gás por infravermelho portátil (EGM-4, PP Systems, U.K.), b -
Câmara de efluxo de CO2 do solo (SRC-1, PP Systems, U.K.) e c - Termômetro digital tipo
espeto, no fragmento de Cerrado em Cuiabá-MT. ................................................................... 22
Figura 8 – (a) - Serapilheira colocada em saco de papel para ser secada em estufa, (b) -
serapilheira, após triada sendo pesada. ..................................................................................... 23
Figura 9 – (a) – Pá de metal utilizada para retirar o solo, (b) – solo armazenado em sacos
plásticos lacrados com fita adesiva, (c) – amostra de solo colocados em estufa e (d) – pesagem
do solo para obter umidade, no fragmento de Cerrado na cidade de Cuiabá-MT. ................... 24
Figura 10 - Estação microclimática portátil, Kestrel 4500 Pocket Weather Tracker. .............. 25
Figura 11 – Média da Precipitação (mm), Temperatura (ºC) e Umidade Relativa do ar (%),
referente a agosto/15 a julho/16, fragmento de Cerrado em Cuiabá-MT ................................. 28
Figura 12 - Efluxo de CO2 (µmol.m-2s-1), média horária mensal, correspondendo a agosto/15 e
julho/16, no fragmento do Cerrado, na cidade. ........................................................................ 32
Figura 13 – A- Efluxo de CO2 (µmolm-2s-1), B- serapilheira produzida (ton/ha), C - umidade
do solo (%) e D - temperatura do solo (ºC), correspondendo de 2015-2016, no fragmento do
Cerrado, na cidade de Cuiabá. .................................................................................................. 33
Figura 14 –Efluxo de CO2 (µmolm-2s-1), média horária, correspondendo das 8h as 16h, em
agosto/15 à julho/16, no fragmento de Cerrado em Cuiabá-MT. ............................................. 34
ii
Figura 15 – Média e desvio padrão do Efluxo de CO2 no fragmento de Cerrado. .................. 35
iii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Resultados microclimáticos de trabalho no mesmo local. ...................................... 29
Tabela 2 - Folhas (ton/ha), flores (ton/ha), galhos (ton/ha), outros (ton/ha), total de
serapilheira produzida (ton/ha), coletada no período de agosto a julho, no fragmento do
Cerrado em Cuiabá-MT. .......................................................................................................... 30
Tabela 3 – Correlação do efluxo de CO2, serapilheira, precipitação, temperatura do solo,
umidade do solo, umidade relativa do ar (UR do ar), ponto de orvalho e temperatura,
correspondendo média do período de coleta agosto/15 a julho/16, no fragmento de Cerrado
em Cuiabá-MT. ........................................................................................................................ 36
Tabela 4 - Média anual com trabalhos realizados com efluxo de CO2. ................................... 37
iv
RESUMO
PEREIRA, S. P. Dinâmica temporal do efluxo de CO2 em fragmento do Cerrado na cidade
de Cuiabá-MT. Cuiabá, 2017, 44p. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais),
Universidade de Cuiabá.
As emissões de gases que geram o aquecimento na atmosfera, tem causas
antrópicas e ciclos naturais. O presente estudo analisa de forma temporal a dinâmica do efluxo
de CO2 do solo em um fragmento de Cerrado, na cidade de Cuiabá-MT. Abordando
características microclimáticas e da quantificação da serapilheira produzida. No período seco
as médias de temperaturas foram menores (24,13ºC) do que no período chuvoso (25,76ºC). A
precipitação total foi de 1066,5mm, um pouco a baixo da média para a região. A produção
anual de serapilheira foi de 6,832 ton/ha, com maior produção no período seco. E o efluxo de
CO2 teve a média mensal do efluxo de CO2 do solo em 2,12 µmolm-2s-1. Este fragmento de
Cerrado emitiu menos CO2 do solo, quando comparado com outros lugares.
Palavras-chaves: Respiração do solo, serapilheira, precipitação
v
ABSTRACT
.
PEREIRA, S. P. Temporal dynamics of CO2 efflux in a Cerrado fragment in the city of
Cuiabá-MT. Cuiabá, 2017, 44p. Dissertation (Master in Environmental Sciences), University
of Cuiabá.
Emissions of gases that generate heating in the atmosphere, have anthropogenic causes and
natural cycles. The present study analyzes the dynamics of soil CO2 efflux in a Cerrado
fragment in the city of Cuiabá-MT. Approaching microclimatic characteristics and
quantification of litter produced. In the dry period the average temperatures were lower
(24.13ºC) than in the rainy season (25.76ºC). The total precipitation was 1066.5 mm, slightly
below average for the region. Annual litter production was 6.832 tons/ha, with higher
production in the dry season. And the CO2 efflux had the monthly average CO2 efflux of the
soil at 2.12 μmolm-2s-1. This Cerrado fragment emitted less CO2 from the soil when compared
to other places.
Keywords: Breathing soil, litter, precipitation.
6
1. INTRODUÇÃO
1.1 Problemática
O meio ambiente é a fonte do qual o ser humano se relaciona para existência. As
alterações no meio que causam mudanças, podem ser fatores naturais ou ações antrópicas. E
quando se discute sobre mudanças climáticas, é ainda desconhecido o grau de interferência
humana nos ciclos naturais de um ecossistema e se esta intervenção poderá ter impacto em
escala mundial.
A ingerência humana no ambiente, é associada as emissões de gases poluentes na
atmosfera. O crescimento populacional, desenvolvimento e o progresso industrial,
principalmente pós Revolução Industrial no século XVIII, trouxeram o avanço do
desmatamento, das queimadas e das emissões de gases poluentes. São estes alguns fatores que
demonstram ações humanas impactando o ambiente no qual o homem relaciona sua
subsistência.
Não só as indústrias, mas também os meios de transportes que utilizam combustíveis
fósseis, acabam provocando liberação de gases à atmosfera. E por outro lado, a natureza, um
ambiente sem estabilidade, conta com ciclos naturais que emitem em escala até maior que o
ser humano, gases para o aquecimento da atmosfera ou do efeito estufa, sendo um processo
natural por ela desenvolvido.
E dentro desses ciclos naturais, um dos processos biogeoquímicos da Terra é o ciclo
do carbono. Um componente importante na interação homem e natureza, o carbono faz parte
da composição da atmosfera, da natureza e do ser humano.
Ainda associado a estrutura da matéria orgânica, o átomo carbono com junção de mais
dois átomos de água, formam a estrutura molecular do dióxido de carbono (CO2). Este
aquecimento natural, é necessário para existência de vida no planeta, para manutenção da
biodiversidade, e para sua própria subsistência, a vegetação captura e libera CO2 para
atmosfera, formando um ciclo de interação entre o fluxo deste gás e a permanência da
biodiversidade.
Ainda relacionado aos processos naturais de um ecossistema, o efeito estufa por ser
um processo natural e vital para existência de vida no planeta, movimenta outros ciclos que
tem participação do CO2, como a fotossíntese, a dissolução oceânica do carbono e a
respiração realizada por seres vivos no processo de decomposição.
7
Há fatores que interferem nesses ciclos naturais, como o clima, a vegetação e a
conservação de ambientes. Ponderando os vários biomas e climas no planeta, o tipo de solo
encontrado em cada região é diferenciado e possui características próprias que influenciam
em processos do ciclo de carbono. Além da localização geográfica, a ciclagem de nutrientes,
está relacionada também as condições climáticas, pois a decomposição e atividade de
microrganismos no solo é influenciada pela temperatura, umidade do solo, disponibilidade de
nutrientes e carbono.
Dentro dessas diversidades de clima e vegetação, o Brasil, conhecido por suas belezas
e diversidades naturais, possui seis principais biomas, a Floresta Amazônica, Cerrado,
Pantanal, Caatinga, Pampas e Mata Atlântica. E essa diversidade se estende pelo estado de
Mato Grosso, pois nesta região está localizado três dos principais biomas do país, Floresta
Amazônica, Cerrado e Pantanal. Na capital desse estado, Cuiabá, o bioma predominante é o
Cerrado.
Dentro do bioma Cerrado, existem características próprias cada região. E essa
diversidade é reflexo da fauna e flora do ecossistema, pois o regime de chuvas, o tipo de solo,
a preservação do ambiente, a proximidade em área de ecótonos, formam características
peculiares.
Na capital do estado existem vários fragmentos de Cerrado, localizado em meio ao
centro urbano, envolvido por atividade humana em seu redor, mas protegido por órgãos
públicos, apresentam ainda características típicas conservadas, favorecendo o estudo nessas
áreas.
1.2. Justificativa
Em um fragmento de Cerrado, com características peculiares, a respiração do solo e
ciclagem de nutrientes, pode ser entendida a partir da medição do fluxo de CO2 e
quantificação da serapilheira. Para a caracterização, das variáveis consideradas foram medidas
temperatura, umidade relativa do ar e precipitação mensal.
Então é necessário, mensurar o efluxo do carbono do solo, que é vital na ciclagem de
nutrientes mantendo a sobrevivência de um ecossistema florestal, conhecer as características
físicas e químicas do solo, que ajudam a sustentar e compreender o fluxo de nutrientes na
vegetação e a produção de serapilheira, que demonstram a renovação do ecossistema.
8
Sendo o Cerrado, um bioma típico na capital de Mato Grosso, Cuiabá, o objetivo geral
deste trabalho foi analisar a dinâmica temporal de efluxo do solo de CO2 em um fragmento de
Cerrado em área urbana. E os objetivos específicos foram:
Caracterização climática local;
Medir efluxo de CO2 do solo em um fragmento de Cerrado na cidade de Cuiabá-MT;
Analisar a influência das variáveis microclimáticas e serapilheira na dinâmica do
CO2.
9
2. REVISÃO TEÓRICA
2.1 Cerrado
O Brasil possui uma extensão territorial de mais de 8,5 milhões de km². Dentro deste
espaço geográfico, existem domínio morfoclimáticos e fitogeográficos, separados em
Amazônico, Mata Atlântica, Caatingas, Cerrados, Araucária e Pradarias do Sul, (KLEIN,
2002). Como a natureza não tem limites lineares que separam as características endêmicas de
um lugar para outro, a passagem de um bioma para outro é por uma faixa de transição.
A vegetação de savana brasileira é conhecida como Cerrado e cobre cerca de 2
milhões de km² do território brasileiro, isto representa 23% do território nacional, (RATTER
et al., 1997). Sendo o Cerrado o segundo maior bioma no Brasil, perdendo em espaço
territorial para a floresta Amazônica.
O bioma Cerrado no Estado de Mato Grosso, encontra-se entre as latitudes 09°45'S e
18°10'S e as longitudes 50°00'W e 60°25'W, (SILVA, et al., 2010), (Figura 1).
Figura 1 - Bioma Cerrado no Estado de Mato Grosso.
Fonte: adaptado: Silva, et al, 2010.
O Cerrado possui tipologias desde campo limpo até cerradão, apresentando floresta
decídua na encosta de morros e ao longo dos rios e ainda possui áreas alagadas, (CAMARGO
et al., 2014). Possui a mais rica flora, considerando as savanas mundiais, somando mais de
7.000 espécies conhecidas e exclusivas do bioma, porém não é característica típica possuir
riqueza em mamíferos, (KLINK e MACHADO, 2005). Os solos no bioma Cerrado
10
(predominantes latossolos, argissolos e neossolos quartzarênicos), são na maioria
intemperizados, com baixo teor de nutrientes e elevada acidez, (FRAZÃO et al., 2008).
Além das características físicas e químicas de um ecossistema, existem os ciclos
naturais que garantem a manutenção daquele ambiente. As maiores diversidades de espécies
de uma floresta podem ser encontradas abaixo do dossel das árvores, ou seja, até uma altura
de 25m, (altura considerando o solo).
O Cerrado, também chamado de savana neotropical, tem um clima sazonal com
período de seca e um longo período de alta precipitação, porém a evaporação é maior durante
a seca, podendo provocar um estresse hídrico nas plantas que possuem raízes com pouca
profundidade, (CURADO, et al, 2014). Além de contar com uma variedade de animais e
plantas, a variedade de espécies no Cerrado aumenta em regiões de transição entre biomas.
E segundo estes autores, tais características podem ter influência na disponibilidade
hídrica e balanço de energia na região. Relacionando ainda ao Cerrado, as variações temporais
na troca de vapor de água, entre terra e a atmosfera, são evidenciadas em ambientes sazonais,
sendo a variação da precipitação e temperatura, poderá afetar diretamente a interação entre o
meio e a atmosfera, (RODIGUES, et al, 2016)
2.2 Carbono
O nome “carbono”, foi batizado por Lavoisier em 1789 (PEIXOTO, 1997), é uma
palavra de origem grega que significa carvão. A química orgânica, é conhecida como a
química do carbono, pois demonstra que há carbono na matéria orgânica, ou seja, há carbono
na origem animal e vegetal. Porém, não é regra que um elemento tendo carbono em sua
composição, será de origem orgânica, (ADUAN et al., 2004). Um dos ciclos responsáveis
pelo o movimento contínuo em um ecossistema, é o fluxo de carbono.
De algumas exceções que possuem carbono em um composto inorgânico (compostos
formados a partir da junção de dois ou mais átomos), também conhecido como composto de
transição (FELTRE e YOSHINAGA, 1973) e por um processo natural de transformação
biogeoquímica, envolvendo 1 átomo de carbono e 2 átomos de oxigênio, temos o CO2
(dióxido de carbono) (DIECKOW, et al., 2005).
O carbono é elemento químico de maior concentração nos oceanos, mas também é
encontrado na vegetação, no solo e em formações geológicas (petróleo, gás natural e carvão),
11
(CARVALHO, et al, 2010). E em cada um desses ambientes, o carbono possui um fluxo de
interações.
A atmosfera, camada que envolve o planeta Terra, é constituída principalmente por
nitrogênio (78,1%), oxigênio (20,9%) e outros gases (BARBOSA, 2011). Sendo a atmosfera
um componente importante para as condições de vida na Terra, há fatores externos que
influenciam a relação entre os gases que a compõe. O fator externo mais importante nessa
interação é a radiação solar, (MONTEIRO, 2010), pois o aquecimento da superfície da Terra e
efeito estufa, estão condicionados à recepção da energia solar.
Possuem outros gases que compõe menos que 0,1% da atmosfera, tem interação com a
radiação emitida pela Terra. E muito desses gases, que são chamados de gases do efeito
estufa, absorvem e emitem a radiação infravermelha, (MACHADO, 2005).
2.2.1– Efluxo e dióxido de carbono
O estoque de carbono orgânico no solo é evidenciado pelo influxo de carbono, ou
adição de carbono fotossintetizado e pelo efluxo, quem é perda de carbono orgânico devido a
oxidação de CO2, ocasionado pelos microrganismos heterotróficos, (COSTA, et al., 2006).
Efluxo de CO2, a respiração do solo que produz a liberação de dióxido de carbono para
a atmosfera, é um fluxo de gás físico para fora do solo, (MOREIRA & SIQUEIRA, 2006). A
respiração do solo, envolve a oxidação da matéria orgânica, respiração de raízes e organismos
do solo. As emissões de CO2 por atividades humanas, menores e de quantidade incerta
comparada emissões dos oceanos, é o uso de combustível fósseis, desflorestamento e
queimadas de floresta, (ADUAN, et al., 2004).
Alguns dos gases do efeito estufa (GEE), retêm o calor emitido pela radiação solar e
provoca o aquecimento da superfície, como os clorofluorcarbonetos (CFC’s), metano (CH4),
óxido nitroso (N2O), vapor d’água e dióxido de carbono (CO2), (CARVALHO, 2010;
MEDEIROS, 2005).
Os CFC’s, são encontrados em aerossóis, espumas plásticas, evaporação na indústria
de solventes e vazamentos de aparelhos de refrigeração.
O ar atmosférico é composto por cerca de 78% de nitrogênio, conhecido como a
molécula da vida, o nitrogênio é parte indispensável na constituição do DNA, na
produtividade marinha e terrestre, (POGGIANI, 1985). Já o óxido nitroso, formado por duas
partes de nitrogênio e uma de oxigênio, vem da degradação de fertilizantes que usam
nitrogênio, queima de matéria viva e dejetos de animais (MEDEIROS, 2005).
12
Carbono
Estima-se que metade do carbono fotoassimilado pela vegetação, é utilizado para
manutenção e crescimento dos seres humanos, parte do carbono está presente na serapilheira,
outra parte do carbono fica no solo quando os materiais orgânicos se decompõem e também é
devolvido à atmosfera em forma de gás, (MOREIRA & SIQUEIRA, 2006).
2.2.2 – Ciclo do carbono
Moreira e Siqueira (2006), abordam o ciclo do carbono com elementos resumidos a
atmosfera, planta e solo (Figura 2). Os autores afirmam que as perdas e ganhas de CO2, estão
relacionados ao processo de oxirredução. E a partir desse processo, pode se regular o dreno
(sequestro) e fonte (emissão) do fluxo de carbono entre solo, planta e atmosfera (Figura 2).
Machado (2005) ainda afirma que pouco se sabe da perda de carbono do solo para a
atmosfera por se tratar de um fluxo de rápida variação e pela atmosfera ainda ser subestimada
(HOUGTHON, et al., 2009). Aduan et al. (2004), abordam o ciclo global do carbono tendo
os processos de fotossíntese (realizada por organismo autotróficos e plâncton oceânico),
respiração por seres vivos, material em decomposição e dissolução oceânica, como um
circuito natural do planeta.
Outro fator importante, que interfere nos fluxos naturais, são as condições climáticas,
que atuam diretamente influenciando na quantidade de material orgânico disponível, sendo
maior em regiões quentes e úmidas, (SCHUMACHER, 1992).
A emissão de CO2 (do solo) para a atmosfera, ocorre por decomposição de resíduos
orgânicos, respiração de organismos e sistema radicular das plantas (CARVALHO, 2010). No
Planta
Solo
Atmosfera
Figura 2 - Ciclo do carbono no ambiente florestal. Adaptado de MOREIRA & SIQUEIRA, 2006,
Machado (2005).
13
Solo e matéria orgânica
Vegetação
Indústria, veículos e emissões de
queima de combustíveis fósseis.
Oceano e vida marinha
Figura 3 - Fluxo do carbono. Fonte: adaptado de Aduan, (2004); Moreira e Siqueira, (2006),
Machado (2005).
Fotossíntese
Respiração
Cerrado, o armazenamento de carbono está presente no solo (64,8%), seguido pela parte
arbórea lenhosa (26,3%), raízes (5,2%) e serapilheira (3,7%) (MORAIS, et al., 2013).
Os principais fluxos e reservatórios de carbono (Figura 3), estão nos compartimentos
oceânicos, geológicos, solo, biomassa vegetal e animal e atmosfera, (CARVALHO, et al,
2010).
Atmosfera
O estoque de carbono está presente em massas fluídas (atmosfera e oceano) e massas
sólidas (rochas e solos), e em forma de CO2, é movimentado por processos naturais entre a
atmosfera e os continentes e entre atmosfera e os oceanos (Aduan et al., 2004), (Figura 3). De
todo o carbono orgânico no solo, uma parte considerável está na forma de matéria orgânica
(CARVALHO, et al., 2010).
Dreno de CO2
Fonte de CO2
Rochas
Solo, rochas e matéria orgânica
14
A dinâmica do fluxo de carbono deve ser considerada juntamente com os nutrientes
minerais, que por sua vez, são influenciados pelo clima, tipo de solo, cobertura vegetal e
ações antrópicas, como o manejo, (MAFRA, et al., 2008).
2.2.3 - Carbono no solo
Existe uma comunidade invisível no solo, são os organismos micro e macroscópico,
muitos imperceptíveis aos olhos humanos. As principais atividades dos organismos no solo é
decomposição da matéria orgânica, produção de húmus, ciclagem de nutrientes e energia,
produção de compostos complexos que contribuem para agregação do solo, decomposição de
xenobióticos e controle de praga e doenças, (MOREIRA e SIQUEIRA, 2006; FELTRE e
YOSHINAGA, 1973; MONTEIRO e RODRIGUES, 2004).
Para os organismos, solo é o maior reservatório de nutrientes e o teor de carbono
orgânico no solo é dependente das taxas de adição de decomposição da biomassa, (MAFRA,
et al., 2008), onde também se encontra importantes constituintes da molécula orgânica, como
o carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio.
O maior estoque de carbono e menor densidade estão nas camadas superficiais do solo
(MORAIS et al., 2012). O carbono no solo não é permanente e está distribuído de forma
irregular, (HOUGTHON et al., 2009). A planta absorve da atmosfera, adiciona ao solo o
carbono e pelo processo de lixiviação, o solo perde este carbono para os lugares mais
profundos dos oceanos (COSTA, et al, 2008). Outra forma de saída de nutrientes é o
escoamento superficial, volatilização e exploração da biomassa (POGGIANI, 1985).
A atividade microbiana, respiração do solo, oxidação da matéria orgânica, que inclui a
respiração das raízes e organismos no solo, transforma o carbono em forma de dióxido de
carbono, e então é transferido para a atmosfera. A produtividade líquida ou a produção de
matéria orgânica resulta no estoque de carbono no solo daquele ambiente, (ADUAN, 2004).
Quanto maior a disponibilidade de água no solo, menor será as atividades microbianas,
(MOREIRA e SIQUEIRA, 2006).
Os solos que possuem vegetação natural apresenta estoque de carbono orgânico
estável, é resultante da inalteração do influxo provindo da atmosfera e emitido às plantas e
como resposta, o efluxo devolve o CO2 para a atmosfera por meio das atividades de
decomposição microbiana, (COSTA, et al., 2006). Por isso, um solo ao ser cultivado vai ter
15
alteração no estoque de carbono orgânico presente no solo, pois irá ter alteração no solo nas
camadas onde se tem o maior parte do carbono.
2.2 Serapilheira
A serapilheira compreende a camada mais superficial do solo, é responsável por
diversas dinâmicas do ecossistema, pois sua produção controla diretamente a quantidade de
nutrientes que retorna ao solo, logo está relacionada a atividade de decomposição provocada
pelos microrganismos presentes no solo, (SCORIZA, et al., 2012).
O processo da serapilheira começa quando a planta, utiliza o estômato para capturar o
CO2 na atmosfera e realizar o processo de fotossíntese. Tendo luz solar, água e o dióxido de
carbono as plantas catalisam essa junção e formam o carboidrato, (ALMEIDA, 2005). Cerca
de 50% do peso seco da biomassa da terra, é constituído por polímeros de glucose, que
consumido e metabolizado é a maior fonte de carboidrato ou energia disponível para a planta,
(MCMURRY, 2008).
A somatória de nutrientes em um ecossistema florestal, considera a quantidade de
diferentes compartimentos arbóreos, bem como a vegetação rasteira, serapilheira e a
composição do solo (POGGIANI, 1995; SCHUMACHER, 1992). A camada de material
morto, proveniente da biomassa aérea da vegetação, é a serapilheira, (ADUAN, 2003),
atuando como importante regulador do fluxo de carbono e nutrientes para o solo e vegetação,
(POGGIANI, 1995; SCHUMACHER, 1992)
A produção da serapilheira de origem vegetal, é composta por folhas, ramos, flores,
sementes e detritos (SCORIZA, et al., 2012). Inclui na produção o acúmulo e decomposição
dos processos fundamentais na manutenção dos estoques e ciclagem de nutrientes, altamente
relacionados à produtividade primária e regulação do fluxo de energia nos ecossistemas,
(ARUNACHALAM et al., 1998; UNECE, 2004).
Silva (2010), afirma que a serapilheira é um ponto inicial para o entendimento de
processos que mantém grande parte do fluxo de nutrientes no solo, relacionando a atividade
biológica do solo e com o grau de perturbação dos ecossistemas.
Poggiani (1985), ao definir dois ciclos no ecossistema florestal, o ciclo biogeoquímico,
(que faz a transferência entre as plantas e solo) e o ciclo bioquímico, (que são as trocas de
componentes dentro da própria vegetação), chamou a atenção para as movimentações desses
ciclos, pois não há uma regra de fluxos, que podem ser de rápidos ou mais demorados.
16
A principal via de transferência de carbono, nitrogênio, fósforo e cálcio para os
compartimentos florestais é a serapilheira, que é utilizada para comparar a utilização de
nutrientes daquele ambiente florestal, (COLLE e RAPP, 1980; SELLE, 2007). Portanto, a
ciclagem de nutrientes (Figura 4) da floresta é definida como o intercâmbio de elementos
vivos e não vivos, sendo determinada pelos fatores locais, clima, topografia e material de
origem, (FOSTHER & BHATTI, 2006).
Figura 4- Ciclagem de nutrientes em ambiente florestal. Adaptado de Foster & Bhatti (2006);
Scoriza et al. (2012).
A ciclagem de nutrientes (Figura 4), pode estar relacionada as condições climáticas,
de temperatura e umidade do ambiente, (SCHUMACHER, 1992). O aumento ou a diminuição
da produção de serapilheira, está relacionada ao tempo em que as árvores atingem maturidade
ou fecham suas copas, (VITAL et al., 2004; SCORIZA et al., 2012), sendo relacionado as
estações do ano.
Os solos florestais têm pouca nutrição, em um ciclo desenvolvido pela planta, os
nutrientes são absorvidos e devolvidos anualmente ao solo, (FOSTER & BHATTI, 2006), que
também é reabsorvido através de material que está em decomposição no solo. E cada etapa da
ciclagem de nutrientes é caracterizado por um outro ciclo biogeoquímico.
Então, há vários fatores bióticos e abióticos influenciando na produção de
serapilheira, como tipo de vegetação, altitude, latitude, precipitação, temperatura, regimes de
Captação de
nutrientes
Armazenamento de nutrientes na
vegetação
Produção de serapilheira
Decomposição de nutrientes
Transformação de nutrientes (solo,
fauna e flora)
Exportação de nutrientes
(lixiviação e transferência gasosa)
Entradas de nutrientes
(atmosfera e intemperismo de
minerais)
17
luminosidade, deciduidade da vegetação, pois há estações específicas para liberação de
folhagens, estágio sucessional, disponibilidade hídrica e características do solo (DO CARMO
PINTO, et al., 2008).
Para análise da capacidade produtiva em um ecossistema por amostragem de
serapilheira, há duas formas de verificação, por produção e ou acumulação de serapilheira,
(SCORIZA, 2012). A análise por serapilheira produzida, possui um aporte que evita o contato
do material produzido com o solo, por isso nos coletores desta produção tem uma tela de
captura do material que tem uma distância do solo, evitando o contato.
Importantes na manutenção de um ecossistema e ciclagem de nutrientes, em grandes
ou pequenas quantidades, há nutrientes encontrados no solo. Nitrogênio, fósforo, hidrogênio,
potássio, cálcio, magnésio e enxofre, são exemplos de elementos químicos encontrados no
solo, que as plantas precisam em quantidades maiores do que compostos químicos como boro,
manganês, ferro, cobre, zinco e cloro (FOSTER & BHATTI, 2006).
18
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Localização e descrição da área de estudo
O local de estudo é fragmento de Cerrado, preservado com as condições naturais do
seu bioma, foi criado pelo decreto nº. 1.470, de 09 de junho de 2000 como Parque da Cidade
Mãe Bonifácia. Localizado na capital do estado de Mato Grosso, cidade de Cuiabá, este local
está em área urbana e tem uma extensão territorial de 77,16 ha (Figura 5).
Figura 5 - Mapa de localização do fragmento de Cerrado na cidade de Cuiabá MT.
Seu entorno é composto principalmente por área residencial e uma grande avenida
para fluxo de automóveis. Caracterizado pela flora do Cerrado, encontra-se ainda preservadas
espécies típicas desse bioma (BARROS, 2009), e em sua fauna há espécies de mamíferos,
répteis e aves conhecidos como sendo típicos do ambiente.
Um lugar muito utilizado para o lazer, pois é composto de trilhas pavimentadas que
facilitam a circulação de pedestre no interior do lugar. O perímetro desse fragmento de
Cerrado, é cercado por muros que impedem o acesso por vias laterais, tendo acesso somente
por duas entradas principais. O horário de funcionamento para visitação é das 06 às 18 horas,
19
com entrada franca. A administração, zelo e responsabilidade é da Secretaria de Estado de
Meio Ambiente do Estado de Mato Grosso, que tem uma sede localizada no perímetro desse
fragmento de Cerrado.
3.1.1 Área de estudo
A distância da entrada do fragmento de Cerrado e a área de estudo, é de cerca de
291m, este percurso fora realizado em uma trilha de asfalto. No local de entrada para área de
estudo, havia uma árvore típica do Cerrado, Lixeira (Curatela americana sp), com
aproximadamente 7m de altura. Houve uma distância de 21m entre a saída da trilha até o
primeiro ponto de coleta, este localizado no centro da área de estudo.
As distâncias entre os pontos foram mensuradas com trena colocada há distância de
1m do solo em linha reta. O polígono era definido entre o ponto 1 e ponto 2 (distância
10,97m), ponto 2 e ponto 3 (distância 15,30m), ponto 3 e ponto 4 (distância 8,60m), ponto 3 e
ponto 4 (distância 6,60m) e finalizando o polígono, do ponto 5 ao ponto 1 (distância 7,53m).
O ponto mais próximo da trilha de asfalto era o ponto 2 e o mais distante era o ponto 3.
Dentro da área de estudo, nos 5 pontos foram coletados dados horários de efluxo de
CO2 e temperatura do solo. No interior da área de estudo, próximo cerca de 2,5m do ponto 1,
havia um coletor para medir a produção mensal de serapilheira.
Para as coletas feitas mensalmente in situ o horário inicial foi a partir das 8 horas,
sendo repetidas de hora em hora, até serem finalizada as 16 horas do mesmo dia, totalizando 9
medições no dia. Na hora inicial de cada coleta, eram também verificadas a umidade relativa
do ar, temperatura, pressão atmosférica e ponto de orvalho, medida estas abaixo do dossel das
árvores. No horário nacional brasileiro de verão (18 de outubro de 2015 à 21 de fevereiro de
2016), as coletas foram iniciadas as 9h e finalizadas as 17h.
O mês inicial foi agosto de 2015 finalizando em julho de 2016, totalizando 12 meses
de pesquisas e coleta de material para análises laboratoriais. O dia escolhido para realizar a
coleta, foram os últimos dias de cada mês, levando em consideração as condições
meteorológicas, pois não foram realizadas coletas em dias com precipitação.
A sazonalidade da região de Cerrado usando a classificação de Köppen o clima Aw
(clima tropical), consideram duas estações, sendo o inverno seco e verão chuvoso e as
temperaturas são mais elevados no período chuvoso.
Ao classificar a região em dois períodos distintos, Chiaranda et al. (2012),
distinguiram o período chuvoso sendo de outubro a abril e período seco de maio a setembro.
20
Os autores se baseiam em uma série histórica de 86 anos de dados, afirmando que o trimestre
mais chuvoso é dezembro, janeiro e fevereiro, podendo concentrar até 60% de precipitação
anual.
A precipitação acumulada anual da região de Mato Grosso, no bioma Cerrado é uma
média de 1400mm/ano, (ALVARES et al., 2014).
3.2 Metodologia
3.2.1 Medição de Efluxo de CO2 do solo
As medições de efluxo de CO2 do solo ficaram determinadas mensalmente em cinco
pontos distintos. Foram fixados nos pontos de coletas, 5 tubos de PVC de 200mm no solo,
com profundidade de 10 centímetros. Esses tubos de PVC estavam anexados ao solo 30 dias
antes do início do estudo e permaneceram no solo até o final da pesquisa, como forma de
marcação do ponto de coleta.
As 8 horas iniciaram as medições de efluxo de CO2, a sequências das medições foram
o ponto 1 de coleta (Figura 6a), ponto 2 (Figura 6b), ponto 3 (Figura 6c), ponto 4 (Figura 6d),
ponto 5 (Figura 6e). O tempo de cada medição eram cerca de 2 minutos em cada ponto. A
locomoção de um ponto ao outro, durava cerca de 1 minuto. E mais cerca de 1 minuto para
recolocar o aparelho analisador para nova medição, este permanecia ligado durante as coletas
e era desligado no intervalo de uma coleta para outra.
21
Figura 6 – a – Ponto 1 de coleta, b – Ponto 2 de coleta, c – Ponto 3 de Coleta, d – Ponto de
Coleta, e – Ponto 5 de Coleta e f – Coletor de Serapilheira, no fragmento de Cerrado em
Cuiabá-MT.
As medidas de efluxo de CO2 do solo foram realizadas utilizando um analisador de gás
por infravermelho portátil (EGM-4, PP Systems, U.K.) conectado a uma câmara de fluxo de
CO2 do solo (SRC-1, PP Systems, U.K.), (Figura 7).
O EGM-4, por ser um analisador de gás infravermelho não disperso, é caracterizado
por um recurso que permite adaptação às mudanças e condições ambientais. Tendo
estabilidade ao transmitir dados de CO2. O recurso de análise de gás de infravermelho,
permite determinar as concentrações de CO2 em ppm, pois os gases de moléculas diatômicas
(como o CO2), absorvem fótons na faixa de infravermelhos.
O emprego mais comum de detectores de infravermelho é para quantificação do fluxo
de CO2, utilizando o princípio de quantificação de detectores de infravermelho, é baseado na
capacidade que o gás CO2 possui de absorver a radiação eletromagnética na faixa de
infravermelho, (COSTA, et al., 2006).
Na extremidade do aparelho analisador (EGM), é colocado um sensor sensível de
fótons a 4,26µ (faixa de absorção do CO2), então o dióxido de carbono é passado pela célula
de amostra que esta absorve parte do infravermelho e a leitura do sensor diminui.
a b c
d e f
22
A câmara do EGM-4 (Figura 7b), foi acoplada aos tubos de PVC durante a leitura e a
serapilheira presente dentro dos tubos não foi retirada, evitando contato antrópico com a área
em estudo.
A temperatura do solo foi coletada com termômetro digital tipo espeto, concomitante
as medições de CO2.
Figura 7 – a - Analisador de gás por infravermelho portátil (EGM-4, PP Systems, U.K.), b -
Câmara de efluxo de CO2 do solo (SRC-1, PP Systems, U.K.) e c - Termômetro digital tipo
espeto, no fragmento de Cerrado em Cuiabá-MT.
Colocada uma câmara fechada de volume conhecido (1170cm3) sobre uma área do
solo de 78 cm2 e medindo a razão de aumento da concentração de CO2 dentro desta câmara,
quantificará o fluxo de CO2 do solo de acordo com a equação 1:
𝑅𝑠 =𝑑𝐶
𝑑𝑇 .
𝑉
𝐴 Equação (1)
Em que, Rs é a razão de fluxo de CO2 do solo (fluxo de CO2/ unidade de área/unidade
de tempo), dT é o tempo decorrido de medida, dC é a diferença de concentração de CO2 no
tempo decorrido, V é volume total do sistema (cm3), A é a área do solo exposto à medida
(cm2).
A unidade da medida do fluxo de CO2 é gCO2m-2h-1 e para ser transformado em
µmolm-2s-1 utilizou o fator de conversão 6,312. Sendo µmol unidade mais utilizada para
medidas de fluxo de CO2, (PINTO JR, 2007).
a
b
c
23
3.2.2 Serapilheira produzida
Para obtenção de dados de serapilheira produzida, um mês antes do início da primeira
coleta, foi fixado um coletor que foi utilizado para armazenar durante um mês a produção de
serapilheira (Figura 7f) e anexado na parte central em relação aos demais pontos da pesquisa.
O coletor foi feito de vergalhão de aço com área de 1m² por 1,20m de altura, sendo
20cm fixado no solo. Este coletor foi revestido com uma tela de 70% de sombreamento, com
uma distância que evita o contato da tela com o solo.
Mensalmente foi retirado a serapilheira produzia e armazenada. Por causa do período
de chuva que provocou umidade na serapilheira produzida, a opção para não perda de material
alojado na tela do coletor, foi retirar a produção e armazenar em sacos plástico. Para
conservação das características física do material, este foi transportado em isopor.
Somente retirou a serapilheira produzida no laboratório para ser secada em estufa. O
material ao ser retirado, foi todo colocado em saco de papel kraft (com gramatura de
100g/m²), identificado e colocado em estufa para secagem completa.
Figura 8 – (a) - Serapilheira colocada em saco de papel para ser secada em estufa, (b) -
serapilheira, após triada sendo pesada.
A duração da secagem em estufa de circulação (Figura 8a) em um período de 72h.
Após a serapilheira triada e separada em sua estrutura física. E dentro da sua composição
anatômica a origem vegetal (flores, frutos, folhas, ramos e sementes) e a origem animal
(esqueletos, carapaças e fezes), (SCORIZA, 2012). Após secagem, foi pesada em uma balança
analítica (S622 BEL), (Figura 8b).
a b
24
O resultado final da serapilheira foi em g/m² e para comparação com outros resultados
e por ser uma unidade mais usada quando se trata de serapilheira, foi usado o fator de
conversão 10 para transformar em k.ha-1.
3.2.3 Umidade do solo
Em todos os meses de coleta, foi adotado o mesmo procedimento para obter o valor da
umidade do solo. As amostras de solo, todas foram retiradas (Figura 8a) no dia da medição de
efluxo de CO2. O solo retirado foi acondicionado em sacos plásticos (Figura 9b) e
conservados dentro de caixa de isopor. No total, foram retiradas 5 amostras, um em cada
ponto de coleta (Figura 6).
As amostras foram encaminhadas para o laboratório, onde eram colocadas em
recipientes de alumínio, e então passava pela primeira pesagem, para ter o valor das amostras
de solo úmido (Figura 9d).
Figura 9 – (a) – Pá de metal utilizada para retirar o solo, (b) – solo armazenado em sacos
plásticos lacrados com fita adesiva, (c) – amostra de solo colocados em estufa e (d) – pesagem
do solo para obter umidade, no fragmento de Cerrado na cidade de Cuiabá-MT.
a b
c d
25
Após pesado e colocado a 100ºC em estufa, o solo permanecia por 24h para secagem
da água (Figura 9c). Depois desse período, o solo era pesado novamente. Tendo os valores de
solo seco e solo úmido, o teor de água no solo foi obtida conforme Equação 2.
𝑈𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑠𝑜𝑙𝑜 =(𝑠𝑜𝑙𝑜 ú𝑚𝑖𝑑𝑜−𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜)
𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 Equação (2)
3.2.4 Variáveis microclimáticas
As variáveis microclimáticas medidas in situ, foram obtidas no dia de cada coleta,
sendo medidas de hora em hora, sempre iniciando com a medição quando iniciava a coleta de
dados de efluxo de CO2 no solo. O instrumento utilizado para medir temperatura do ar,
umidade relativa do ar in situ ponto de orvalho e pressão atmosférica, foi uma estação
microclimática portátil, o Kestrel 4500 Pocket Weather Tracker, (Figura 10).
Figura 10 - Estação microclimática portátil, Kestrel 4500 Pocket Weather Tracker.
Na Figura 10, a estação microclimática portátil, pode registrar dados e ser utilizado
como bússola. Para os resultados das medições o aparelho usa direção e velocidade do vento,
temperatura fria e umidade do vento, índice de carlo DP, ponto de orvalho WB, pressão
barométrica altitude D e altitude de densidade.
26
3.2.5 Análise estatística
Para análise estatística utilizou a correlação de Spearman, pois nos testes de
homocedasticidade e normalidade as variáveis não demonstraram uma distribuição normal.
A correlação de Spearman é uma estatística não paramétrica, que avalia o grau de
relacionamento entre duas variáveis distintas, (STEVESON, 2001). Este coeficiente de
correlação pode variar entre -1,00 à + 1,00. Quanto mais próximo de 1 (podendo ser positivo
ou negativo), é mais próxima a correlação das variáveis.
Para comparar se houve semelhança entre o efluxo horário e diário, utilizou a análise
de variância.
27
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Variáveis microclimáticas
Observou-se (Figura 11), a sazonalidade da região permanecendo com períodos
maiores de chuva nos meses de outubro a março, que marcam o verão chuvoso e com
menores índices de precipitação nos demais meses que estão relacionados no período seco.
Os resultados obtidos com a precipitação acumulada total foi de 1066,5mm, sendo
uma média anual abaixo do que Chiaranda, et. al, 2012, caracterizam para precipitação na
região em 2014. No período seco, a precipitação mensal acumulada foi de 33,7 mm e a média
no período chuvoso foi 147,54 mm de chuva. Não houve registro de precipitação nos meses
em agosto/2015 e julho/2016 e o mês com maior volume de chuva foi janeiro/2016 com 256,8
mm, (Figura 11).
As médias diárias de UR do ar foram menores nos meses de agosto/2015 (36,9%) e
setembro/2015 (24,6%). A UR foi maior nos meses de dezembro/2015 (83,5%), janeiro/2016
(79,1%), fevereiro (87,8%), março/2016 (79,1%) e junho (81,4%). A UR do ar esteve mais
baixa nos meses com maior temperatura, e o aumento da UR do ar representou temperaturas
menores, (Figura 11).
Além disso, com relação a temperatura do ar, a médias foram maiores nos meses de
agosto/2015(32,3ºC), setembro/2015 (38,2ºC), outubro/2016 (37ºC), novembro/2016
(33,1ºC). Sendo meses relacionados no período seco, apresentou-se menores temperaturas em
abril/2016 (22,7ºC) e junho/2016 (20,4ºC).
Sendo ainda, comparando os maiores registros de temperaturas, os horários das 11
horas (39,2 ºC), 12 horas (40,2ºC), 13 horas (40,9 ºC), todas temperaturas relacionadas ao mês
de setembro/2015, no mês de outubro/2015, os horários com maior temperatura foi 13 horas
(39,3ºC) e 14 horas (39,7 ºC). No mês de agosto/2015 as 13 horas (36,1ºC), e em novembro as
13 horas (35,9 ºC), registraram maiores temperaturas do dia, o horário das 13h, registrou uma
média de temperatura maior em comparação a todos os outros horários.
O horário com menor temperatura foram as 9 horas. No mês de junho/2016 com
menores temperatura, sendo 17,2 ºC (9 horas) e 18,6ºC (10 horas) e no mês de abril registrou-
se 20,7ºC (9 horas).
Ainda com relação a temperatura, a diferença da variação média da temperatura do
solo entre os períodos seco e chuvoso foi de 1,63 °C (Figura 13). No período seco a média de
28
temperatura foi menor (24,13 ºC) do que a média de temperatura no período chuvoso (25,76
ºC). T
emp
. d
o a
r (º
C)
10
15
20
25
30
35
40
45
Temp. ar
Pre
cip
itaç
ão (
mm
)
0
50
100
150
200
250
300
Precipitação (2015/2016)
UR
%
15
30
45
60
75
90
UR do ar
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Total acumulado = 1066,5 mm
Figura 11 – Média da Precipitação (mm), Temperatura (ºC) e Umidade Relativa do ar (%),
referente a agosto/15 a julho/16, fragmento de Cerrado em Cuiabá-MT
No mês de agosto/2015, houve a menor taxa de média diária de UR, e temperatura de
32,5ºC e julho/2016 com temperatura de 20,4ºC, não houve registro de precipitação nestes
meses e foi registrado 24,90 mm de chuva. E ainda, com relação a precipitação o mês com
menor registro foi maio/2015 com acumulado mensal de 1,60 mm.
Nos meses de agosto/2016, setembro/2016 e outubro/2015, as médias de temperaturas
foram maiores do que as médias de umidade relativa do ar, (Figura 11).
No mês de setembro foi registrado a menor média do índice de umidade relativa do ar
(38,69%). Conquanto, a menor média de temperatura foi registrada em junho/2016 (19,16ºC)
e a maior média de UR foi em fevereiro/2016 (80,61%).
Há uma relação direta entre os padrões de ocupação do solo e a topografia sobre o
ambiente térmico do lugar. Tais variáveis, (temperatura e umidade relativa) sofrem influência
da vegetação, de corpos d’água, da presença de superfícies gramadas, de pavimentação em
asfalto de algumas trilhas, das construções dentro da área de estudo e pela barreira de
edifícios altos que se formam ao redor do fragmento de Cerrado, (BARROS, NOGUEIRA E
DE MUSIS, 2010)
A partir da Tabela 1 e comparando com os resultados da temperatura do ar no período
úmido (31,5ºC) e período seco (28,6º), ainda a UR do ar para o período úmido e seco (72,72%
29
e 54,43%, respectivamente), verifica o padrão da sazonalidade da região durante o período da
pesquisa. O período seco foi marcado por temperaturas mais baixas e ausência de precipitação
em alguns meses, já no período chuvoso, houve altas temperaturas com incidências maiores
de precipitação.
Tabela 1 - Resultados microclimáticos de trabalho no mesmo local.
Autor Período Variável Período
Chuvoso
Período Seco
Barros,
De Musis,
Hornick
(2010)
(2007-2008)
Nov - Out
Temperatura do ar 30,6 ºC 33,1 ºC
Umidade Relativa
do ar
74,7% 58,2 %
A ausência de precipitações associada às características da vegetação (árvores
decíduas) apresenta perda parcial de folhas na estação seca, podem explicar a inversão dos
padrões da temperatura do ar nessa época do ano, (BARROS, 2010). Há essa inversão entre
ausência de precipitação e perda das folhagens das árvores, tal perda é evidenciado pelo
aumento de produção de serapilheira, (Figura 12).
4.2 Serapilheira produzida
Ao ser caracterizado a serapilheira, o acumulado total foi de 6,835 ton/ha, (Tabela 2).
Sendo o mês de setembro/15 com o maior volume 1,494 ton/ha e março/16 foi o mês com o
menor índice de serapilheira com 0,115 ton/ha.
No primeiro mês de coleta, agosto/2015, não teve registro de chuva, a serapilheira foi
de 0,561 ton/ha e no mês seguinte setembro/15, quando houve registro de precipitação, a
serapilheira produzida foi de 1,498 ton/ha.
Em seu estudo, Pinto Jr et al. (2009), referiram que para evitar a perda de água no
período seco, as plantas perdem suas folhas, provocando maior estoque de serapilheira
produzida nos meses com menores índices de precipitação e menor disponibilidade hídrica no
solo, permitindo também menor perda de água do solo.
As diferenças entre a serapilheira produzida nos períodos secam e chuvoso foi de
2,829 ton/ha (Tabela 2). Com maior índice, o período seco registrou 3,882 ton/ha de
30
serapilheira, e no período chuvoso a quantidade foi de 1,053 ton/ha de produção, registrado no
coletor.
Em nenhum dos meses foi identificado algum tipo de frutos na serapilheira coletada.
Nos meses de outubro/15, janeiro/16, fevereiro/16, março/16, abril/16 e maio/16, não houve
identificação de flores na separação da serapilheira produzida. A identificação de flores foi a
menor produção, (total de 0,160 ton/ha acumulado anual).
Tabela 2 - Folhas (ton/ha), flores (ton/ha), galhos (ton/ha), outros (ton/ha), total de
serapilheira produzida (ton/ha), coletada no período de agosto a julho, no fragmento do
Cerrado em Cuiabá-MT.
Período
(2015/2016) Folhas
(ton/ha)
Flores
(ton/ha)
Galhos
(ton/ha)
Outros
(ton/ha)
Total
(serapilheira)
(ton/ha)
Agosto 0,561 0,006 0,020 0,051 0,639
Setembro 1,321 0,132 0,002 0,039 1,494
Outubro 0,489 0 0,058 0,038 0,585
Novembro 0,662 0,001 0,192 0,196 1,053
Dezembro 0,493 0,002 0,031 0,155 0,682
Janeiro 0,076 0 0,217 0,036 0,331
Fevereiro 0,136 0 0,019 0,028 0,184
Março 0,064 0 0,023 0,028 0,115
Abril 0,255 0 0,131 0,092 0,478
Maio 0,102 0 0,039 0,023 0,164
Junho 0,364 0,002 0,035 0,021 0,423
Julho 0,626 0,005 0,032 0,020 0,683
Total 5,150 0,150 0,802 0,731 6,835
A produção de serapilheira no período seco foi maior, totalizando 72,87% da produção
anual total. Enquanto o período chuvoso representa 27,13% de toda a produção de
serapilheira. Em todos os meses a produção de folhas foi maior, isto representa que as plantas
liberaram mais folhagens no período seco, pois a disponibilidade de água no solo foi menor e
este é uma fonte essencial para obtenção de nutrientes para a sobrevivência da planta.
Valentini, et al. (2014), estimaram a produção de serapilheira em uma área (600m2)
Revegetada do parque estadual Massairo Okamura, na cidade de Cuiabá – MT, no período de
dezembro de 2009 a agosto de 2011. A produção média mensal de serapilheira foi de 990,57
ton/ha, tendo um acúmulo médio mensal de 10.957,31 Ton/ha. Entre a produção média de
serapilheira, os resultados constaram 41,92% de folhas, 32,04% de galhos, 17,22% de
sementes e 14,40% de outros. Os meses com maiores produções de serapilheira, foram os
31
meses secos, julho/2010 e agosto/2011, e também foram os meses que também apresentaram
menores temperaturas.
Os solos do parque Estadual Massairo Okamura e do fragmento de Cerrado (local
desta pesquisa), são localizados no mesmo bioma e possuem pH ácido. O solo no Cerrado tem
características ácidas, com deficiência de cálcio, magnésio e fósforo, e com elevada
concentração de alumínio, (SIQUEIRA, et al., 2009). A acidez do solo refere-se à capacidade
de liberar prótons. Em ambientes mais úmidos, os solos são mais ácidos devido à lixiviação
de base e decomposição de serapilheira (MOREIRA e SIQUEIRA, 2006).
Sanches et al. (2008), caracterizaram a produção de serapilheira no período de
janeiro/2001 a dezembro/2007, na Floresta do sul da Bacia Amazônica (Brasil), e a produção
de serapilheira foi maior no período seco. As folhas são produzidas durante o período chuvoso
e com a mudança estacional, no período seco a produção de folhas é negativa e assim há
aumento da produção de serapilheira, (SANCHES, et al.,2008).
A temperatura afeta as características fisioquímicas dos ambientes, (MOREIRA &
SIQUEIRA, 2006), quando o solo está mais úmido e com temperatura mais alta as atividades
microbianas tendem a serem maiores. Em uma distribuição espacial, há pouca variação da
fração de folhas da serapilheira e nutrientes, e as folhas são as principais vias de nutrientes ao
solo (SELLE, 2007).
4.3 Efluxo no fragmento do Cerrado
A média anual de emissão de CO2 no solo 1,75 µmolm-2s-1 e acumulado anual foi de
25,44 µmolm-2s-1 (Figura 12). No período chuvoso a média mensal de efluxo de CO2 foi
maior em 0,68 µmolm-2s-1 do que no período seco. A média do efluxo CO2 no solo para o
período seco e chuvoso foi de 1,67 µmolm-2s-1 e foi de 2,44 µmolm-2s-1, respectivamente.
Observou-se que houve diferença estatística quando se aplicou a ANOVA
(F(11,96);0,5% = 1,88) para os doze meses, no efluxo de CO2 do solo, considerando a
variação temporal, conforme Figura 12.
Conforme representado (Figura 12), notou-se variação do efluxo de CO2. Nos meses
de novembro/2015 à março/2016, a quantidade de efluxo esteve maior do que no restante dos
meses, reforçando o que fora observado na análise de variância (Tabela 3).
32
Ago
8 12 16
Efl
uxo C
O2
do s
olo
m
olm
-2s-1
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Set
8 12 16
Out
8 12 16
Nov
8 12 16
Dez
8 12 16
Jan
8 12 16
Fev
8 12 16
Mar
8 12 16
Abr
8 12 16
Mai
8 12 16
Jun
8 12 16
Jul
8 12 16
Efluxo de CO2
(2015-2016)
Figura 12 - Efluxo de CO2 (µmol.m-2s-1), média horária mensal, correspondendo a agosto/15 e
julho/16, no fragmento do Cerrado, na cidade.
Com média diária, (Figura 12), o mês com maior efluxo de CO2 foi março/2016 com
média diária de 4,18 µmolm-2s-1, e o menor registro foi no mês de outubro/2015 com 1,29
µmolm-2s-1.
A umidade do solo, variável que teve uma correlação significativa com o efluxo
(Tabela 3), demonstra a quantidade de água que havia no solo no dia da coleta e variou de
acordo com o efluxo do solo, (Figura 13). Nos meses chuvosos, dezembro/2015(15,94%),
janeiro/2015 (11,86%), fevereiro/2016 (15,59%), março/2016(17,59%), a umidade no solo foi
maior do que no período seco, setembro/2015 (5,74%), outubro/2015 (5,74%), maio/2016
(10,02%), junho/2016 (6,69%) e julho/2016 (4,99%).
33
A
go
S
et
O
ut
N
ov
Dez
Ja
n
Fev
Mar
A
br
M
ai
Ju
n
Ju
l15
20
25
30
35Temperatura do solo
(2015/2016)
Um
idad
e d
o s
olo
(%
)
0,05
0,10
0,15
0,20 Umidade do solo
(2015/2016)
300
600
900
1200
1500Serrapilheira
(2015/2016)
Ser
rap
ilh
eira
(kg.h
a-1)
1
2
3
4
5Efluxo CO
2 do solo
(2015/2016)
Efl
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de
CO
2 µ
mo
lm-2
s-1
Tem
per
atu
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o
so
lo (
ºC)
A
B
C
D
Figura 13 – A- Efluxo de CO2 (µmolm-2s-1), B- serapilheira produzida (ton/ha), C - umidade
do solo (%) e D - temperatura do solo (ºC), correspondendo de 2015-2016, no fragmento do
Cerrado, na cidade de Cuiabá.
As coletas realizadas por hora e corroboradas na figura 13 demonstram que nos
mesmos horários, houve variação do efluxo de CO2 em todos os meses. Os horários do mês de
março/16, estão com maior registro de efluxo de CO2, pois março teve o maior índice de
efluxo de CO2 do solo, (Figura 14).
34
0
1
2
3
4
5 14h 15h 16h
13h 12h
CO
2 d
o s
olo
µm
olm
-2s-1
(2
01
5/2
01
6)
0
1
2
3
4
5 11h
0
1
2
3
4
508h 09h 10h
Ago
Set
Ou
t
No
v
Dez
Jan
Fev
Mar
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Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Ou
t
No
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Dez
Jan
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Mar
Ab
r
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Ou
t
No
v
Dez
Jan
Fev
Mar
Ab
r
Mai
Jun
Jul
Figura 14 –Efluxo de CO2 (µmolm-2s-1), média horária, correspondendo das 8h as 16h, em
agosto/15 à julho/16, no fragmento de Cerrado em Cuiabá-MT.
Observou-se que não houve diferenças estatísticas, (ANOVA F(8,99);0,5%= 2,03) do
efluxo de CO2 do solo entre os horários iguais, mesmo em meses diferentes, (Figura 13).
Os horários com os maiores médias registradas de efluxo de CO2 foram as 09 horas
(4,64 µmolm-2s-1), 12 horas (4,96 µmolm-2s-1), e 16 horas (4,67 µmolm-2s-1), todas no mês de
março/2016. No mês de março ocorreu um volume de precipitação acumulada de 178,64 mm
de chuva, temperatura média do solo no dia foi de 26,33ºC (Figura 12).
As primeiras horas do dia, registraram os menores índices de efluxo do solo, foram
todas no mês de dezembro/2015, as 8 horas (0,70µmolm-2s-1), as 9 horas (0,45 µmolm-2s-1) e
10 horas (0,64µmolm-2s-1) e outubro/2015 teve a menor média mensal.
O efluxo de CO2 do solo teve variações mensais (Figura 12) e variações horárias
(Figura 13). Como foram feitos médias dos pontos de coleta, na Figura 14 há uma
representação do desvio padrão das medições de efluxo de CO2.
Os meses que tiveram maior registro de efluxo de CO2 do solo, foram os meses de
novembro/2015 (2,43 µmolm-2s-1), dezembro/2015 (2,09 µmolm-2s-1), janeiro/2016 (2,14
35
µmolm-2s-1), fevereiro/2016 (2,94 µmolm-2s-1), março/2016 (4,18 µmolm-2s-1). Todos estes
meses estão no período chuvoso. O que pode ser explicado pelo aumento de umidade no solo
e altas temperaturas favorece a atividade microbiana.
A
go
S
et
O
ut
N
ov
Dez
Ja
n
Fev
Mar
A
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M
ai
Ju
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Ju
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Efl
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CO
2 µ
mo
l.m
-2s-1
0
1
2
3
4
5
6
Efluxo de CO2
(2015/2016)
Figura 15 – Média e desvio padrão do Efluxo de CO2 no fragmento de Cerrado.
A variabilidade do efluxo de CO2, em relação à média mensal, (Figura 15), onde
através da média e do desvio padrão, observou que durante o período de coleta, houve
variação em relação a todas as medições diárias realizadas. A dispersão dos dados foi
observada sendo maior nos meses de fevereiro/2016, março/2016 e abril/2016.
36
Tabela 3 – Correlação do efluxo de CO2, serapilheira, precipitação, temperatura do solo,
umidade do solo, umidade relativa do ar (UR do ar), ponto de orvalho e temperatura,
correspondendo média do período de coleta agosto/15 a julho/16, no fragmento de Cerrado
em Cuiabá-MT.
Sera-
pilheira
Preci-
pitação
Tempe-
ratura
do solo
Umida-
de do
solo
UR do
ar
Ponto de
orvalho
Temperatura
do ar
Efluxo -0,441 0,62 0,133 0,783 0,615 0,545 -0,231 *
0,143 0,0285 0,667 0,00139 0,0308 0,0623 0,456 **
Serapilheira -0,35 0,308 -0,531 -0,608 -0,643 0,503 *
0,253 0,317 0,0705 0,0333 0,0222 0,0892 **
Precipitação 0,343 0,757 0,595 0,711 0,0105 *
0,263 0,00336 0,0387 0,00801 0,956 **
Temp. do solo 0,021 -0,245 0,259 0,832 *
0,939 0,429 0,402 0,0000 **
Umidade do solo 0,713 0,65 -0,294 *
0,00801 0,0203 0,34 **
UR do ar 0,699 -0,671 *
0,0101 0,0154 **
Ponto de orvalho -0,0769 *
0,8 **
* linha que corresponde a correlação
** linha que corresponde a significância
Ao ser correlacionado com todas as variáveis coletadas na pesquisa, o efluxo de CO2
do solo maior correlação significativa com a umidade do solo seguida por precipitação e
umidade do ar, (Tabela 3). A serapilheira não teve correlação com o efluxo de CO2.
Considerando a correlações significativas do efluxo de CO2, o meses que tiverem
maiores resultados do efluxo, apresentaram também o período com maior precipitação. Com o
maior volume de chuva mensal, o solo tende a ficar mais úmido. E também, é no período de
chuva que há maior disponibilidade de umidade no ar.
Ainda foram observadas correlações entre serapilheira, precipitação, temperatura do
solo, umidade do solo, umidade relativa do ar (UR do ar), ponto de orvalho e temperatura do
ar com umidade relativa do ar, ponto de orvalho e umidade do solo, (Tabela 3).
A temperatura do solo e do ar foram as variáveis com maior correlação significativa.
Por ser um ambiente florestal, na área de pesquisa não teve uma incidência de raios solares
diretamente no solo, a temperatura do ar (Figura 11), foi maior que a temperatura do solo
(Figura 12).
37
No bioma Cerrado, quando se mantém as folhagens na superfície e não se remove o
solo, contribui para a redução de emissão de CO2 para atmosfera, propiciando um estoque de
carbono na superfície do solo, (CARVALHO, 2010). E quando o solo está parcialmente ou
totalmente preenchido por água, a disponibilidade de liberação de gases para microrganismo
se decompor é menor, (MOREIRA e SIQUEIRA, 2006).
Tabela 4 - Média anual com trabalhos realizados com efluxo de CO2.
Local Período Média
Efluxo CO2
(µmolm-2s-1)
Pinto Jr. et al.,
(2009)
Floresta de transição Amazônia
Cerrado
Mai/2005 a
Abr/2006
5,48
Carvalho,
(2013)
Reserva Particular do Patrimômio
Natural – RPPN SES – Pantanal,
município de Poconé – MT
Jan/2012 a
Dez/2012
3,40
Silva Jr et al.,
2013
Floresta Nacional de Caxiuanã (Pará) Jan/2005 a
Dez/2005
3,46
Em comparação com outros trabalhos (Tabela 4), a média no Fragmento do Cerrado
foi menor, sendo 2,12 µmolm-2s-1 efluxo de CO2. O que pode ser explicado pela física do solo,
pois no local de pesquisa o solo possui mais cascalho e dispersão do carbono é menor.
O resultado encontrado por Pinto Jr. et al., (2009), relacionado ao efluxo de CO2 do
solo, na Floresta de transição Amazônia Cerrado, sendo média dos meses no período de
maio/2005 e abril/2006, foi de 5,48 µmolm-2s-1.
Para comparação com os dados do trabalho de Carvalho (2013), foi utilizado o fator
de conversão para transformar os dados em µmolm-2s-1. A autora que realizou a pesquisa na
Reserva Particular do Patrimônio Natural – Pantanal, localizado à 130 km de Cuiabá, e os
resultados de sua coleta no período de janeiro/2012 a dezembro/2012 de efluxo de CO2 do
solo, teve um acumulado total de 3,40 µmolm-2s-1, e ainda encontrou correlação significativa
entre a temperatura do solo (5cm de profundidade) e emissão de CO2 (r = 0,67), registrando
menores taxas para efluxo de CO2 em temperaturas médias mensais mais baixas.
Nas pesquisas com efluxo de CO2 do solo, realizadas na Floresta de Transição
Amazônica Cerrado, Valentini (2004) e Pinto Jr, et al., (2009), relacionam o período chuvoso
e o aumento de efluxo de CO2. O que pode explicar a maior emissão de CO2 do solo nos
períodos chuvosos, é que com aumento da umidade, intensifica a atividade microbiana e
38
decomposição da serapilheira e, portanto, há maior emissão de CO2 do solo, (PINTO JR, et al.
2009; VALENTINI, 2004).
Os resultados de Silva Jr et al., (2013), na Floresta Nacional de Caxiuanã (Pará),
utilizando o analisador de gás infravermelho portátil EGM-4 (PP, Hitchin, UK), durante os
meses de janeiro/2005 a dezembro/2005, as médias de efluxo de CO2 para o ambiente em
condições naturais foi de 3,46 µmolm-2s-1 e para o segundo ambiente (onde que excluiu 70%
da precipitação anual), foi de 3,21 µmolm-2s-1.
39
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O fragmento de Cerrado, localizado em área urbana, apresentou padrões
comportamentais diferentes considerando a dinâmica temporal do CO2 no solo.
A sazonalidade da região constou em períodos seco e chuvoso, sendo maiores
temperaturas no período chuvoso.
A média mensal do efluxo de CO2 do solo em 2,12 µmolm-2s-1. Com relação à
respiração do solo, o efluxo de CO2 do solo teve correlação significativa com a umidade
relativa do ar e umidade do solo.
Tendo evidências que este fragmento de Cerrado, emite menor CO2 do solo, quando
comparado com outros trabalhos apresentados neste estudo.
.
40
6. SUGESTÃO DE TRABALHO FUTUROS
Para um entendimento mais abrangente e por fazer parte de um ambiente urbano, esta
pesquisa poderá ser ampliada para verificação do efluxo no solo no período noturno e ainda
quantificação da captura de CO2 no ambiente pesquisado.
Outra abordagem, levando em consideração da importância de um fragmento de
Cerrado em área urbana e para ter uma análise mais precisa das variações microclimáticas, e a
instalação uma estação micrometeorológicas com armazenamento de dados e verificar se as
médias serão diferentes das estações meteorológicas convencionais da região, podendo este
fragmento ter seu próprio microclima durante o período estudado.
41
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