Simulação da dinâmica do carbono orgânico do solo em escala regional : aplicação do Modelo Century e sistemas de informações geográficas

Abstract

As crescentes evidências de mudanças climáticas em parte devidas ao incremento da concentração de CO2 atmosférico têm provocado grande interesse no carbono orgânico do solo (COS), que constitui um dos principais compartimentos do ciclo global do C. Sabe-se que a agricultura contribuiu significativamente para o incremento do C atmosférico, mas atualmente sistemas conservacionistas de manejo do solo permitem que os solos agrícolas passem a acumular C e possam auxiliar na mitigação do incremento do CO2 atmosférico. Este estudo teve como principais objetivos desenvolver metodologia de integração do modelo Century de dinâmica do COS com Sistema de Informações Geográficas (SIG) e aplicá-la na avaliação das mudanças de estoques de COS ocorridas na região de Ibirubá desde o início da agricultura em 1900 até 2050. Foi criada uma base de dados geoespacial com os planos temáticos: solo, uso do solo e elementos da paisagem. O modelo Century versão 4 foi calibrado com os estoques de COS obtidos pela amostragem de solos (0 a 20 cm profundidade) sob vegetação nativa e em lavouras da região de estudo. Dois cenários gerais de manejos de solo foram elaborados, diferindo quanto sistema de manejo empregado de 1993 a 2050: o cenário “Atual” com utilização do Sistema Plantio Direto (SPD) similar ao atualmente praticado na região, com média adição de biomassa devido baixa freqüência de milho na rotação e o cenário “Melhorado”, com o SPD com adição C pela biomassa em torno de 30% maior. Foram realizadas simulações múltiplas com o modelo para cada combinação solo-vegetação original-relevo e ano de início da agricultura, através da interface iCentury. Os estoques de COS calculados pelas simulações, gravados na base de dados do iCentury, foram inseridos no SIG através de consultas em SQL (Structured Query Language). A abordagem empregada permitiu visualizar e analisar as dimensões espacial e temporal da dinâmica do COS na região de Ibirubá. Ocorreu significativa redução do estoque total de COS a partir da implantação da agricultura em sistema de manejo convencional, de 5,043 Tg C em 1900 até 3,737 Tg C em 1985. Após a introdução de manejos conservacionistas de solo na década de 80, houve recuperação do estoque, atingindo 4,276 Tg C no cenário “Atual”, e 4,654 Tg C no cenário “Melhorado” em 2005. As simulações preditivas indicaram que o cenário “Atual” permitiria recuperar e ultrapassar em 4% o estoque original total até 2050, enquanto o cenário “Melhorado” ultrapassaria em 26% o estoque original total da região até 2050.

There is growing interest in soil organic carbon (SOC) ─ one of the key compartments of the global C cycle ─ due to mounting evidence of climatic changes ascribed in part to a higher atmospheric CO2 concentration. It is suggested that agriculture played a significant role in the increase in atmospheric C. However, conservation agriculture with improved soil management practices can turn soils into sinks for atmospheric C, thus helping mitigate climatic change. The main objetives of this study were to develop a methodology to couple the Century SOC dynamics model with Geographic Information Systems and test its application to evaluate SOC stock changes in the Ibirubá region (Rio Grande do Sul state) from the onset of agriculture in 1900 to 2050. A spatially-explicit database with soils, landforms, original vegetation and land use change layers was created from available datasets and imagery. The Century model (version 4) was calibrated with SOC stock data (0 to 20 cm depth) obtained from field sampling of areas under native vegetation and agricultural fields. Two general soil management scenarios were established, which differed only in the no-till period from 1993 to 2050: the “Current” or baseline scenario, depicting soil management similar to actual practices in the study region, with moderate crop residue inputs due to rotations with corn grown every three years; the “Improved” scenario, with more frequent corn and approximately 30% higher crop residue inputs. with more frequent corn and approximately 30% higher crop residue inputs. Multiple Century simulations with soil-vegetation-landform combinations and year of conversion to agricultural use were performed through the iCentury interface. Simulated SOC stocks were merged into the GIS geodatabase by SQL (Structured Query Language) operations. This new SOC database allowed spatial and temporal visualization and quantitative analysis of SOC dynamics in the Ibirubá region. A major reduction of total SOC stock (from 5.043 Tg C in 1900 to 3.737 Tg C in 1985) occurred after conversion of native vegetation to to cropland under conventional management. After conservation agriculture practices were introduced in the mid-1980s, a partial recovery of the original SOC stock took place, reaching 4.276 Tg C in the “Current” scenario and 4.654 Tg C in the “Improved” scenario in 2005. The simulations also predicted that total stocks would exceed original stocks by 4% in the “Currrent” scenario and by 26% in the “Improved” scenario in 2050.