Carbon dioxide emissions under different soil tillage systems in mechanically harvested sugarcane

Abstract

Soil tillage and other methods of soil management may influence CO 2 emissions because they accelerate the mineralization of organic carbon in the soil. This study aimed to quantify the CO 2 emissions under conventional tillage (CT), minimum tillage (MT) and reduced tillage (RT) during the renovation of sugarcane fields in southern Brazil. The experiment was performed on an Oxisol in the sugarcane-planting area with mechanical harvesting. An undisturbed or no-till (NT) plot was left as a control treatment. The CO 2 emissions results indicated a significant interaction (p < 0.001) between tillage method and time after tillage. By quantifying the accumulated emissions over the 44 days after soil tillage, we observed that tillage-induced emissions were higher after the CT system than the RT and MT systems, reaching 350.09 g m −2 of CO 2 in CT, and 51.7 and 5.5 g m −2 of CO 2 in RT and MT respectively. The amount of C lost in the form of CO 2 due to soil tillage practices was significant and comparable to the estimated value of potential annual C accumulation resulting from changes in the harvesting system in Brazil from burning of plant residues to the adoption of green cane harvesting. The CO 2 emissions in the CT system could respond to a loss of 80% of the potential soil C accumulated over one year as result of the adoption of mechanized sugarcane harvesting. Meanwhile, soil tillage during the renewal of the sugar plantation using RT and MT methods would result in low impact, with losses of 12% and 2% of the C that could potentially be accumulated during a one year period.

Preparo do solo e emissão de CO2, temperatura e umidade do solo em área canavieira

“…Em geral, a temperatura do solo apresenta relação direta com FCO 2 uma *N = 120, **N = 90, CV -Coeficiente de variação; Médias seguidas da mesma letra não diferem entre si pelo teste de Tukey (p < 0,05) Tabela 1. Estatística descritiva da emissão de CO 2 , temperatura e umidade do solo, nos sistemas de preparo do solo: convencional (PC), subsolagem convencional (SC) e subsolagem localizada (SL) vez que, dependendo do sistema de preparo, a exemplo do PC, com a incorporação dos resíduos ao solo, aumenta-se a taxa de emissão de CO 2 do solo, em virtude da maior área de contato do solo com os resíduos, somada à maior aeração, ao aumento na temperatura do solo (Licht & Al-Kaisi, 2005;Silva-Olaya et al, 2013) e à diminuição da umidade (Schwartz et al, 2010;Moitinho et al, 2013), decorrentes do processo de revolvimento. Em contrapartida, Verbug et al (2005) relatam que o fluxo de CO 2 do solo apresenta relação inversa com a temperatura do solo quando esta excede os 20 ºC.…”

“…As emissões oriundas do solo, associadas à perda de carbono do solo via emissão de CO 2 em áreas agrícolas, frequentemente não são consideradas devido à sua grande variação no tempo (Schwendenmann et al, 2003;Epron et al, 2006) e no espaço (Teixeira et al, 2012) e por ser um fenômeno resultante de uma interação complexa das propriedades físicas, químicas, biológicas e climáticas (Epron et al, 2006;Kasper et al 2009;Lal, 2009;Ussiri & Lal, 2009;Moitinho et al, 2013;Silva-Olaya et al, 2013).…”

Estoques de carbono e qualidade da matéria orgânica do solo em áreas cultivadas com cana-de-açúcar

“…Isso sugere que o simples fato de o solo não ser revolvido anualmente durante o ciclo da cultura aumenta a quantidade de C armazenada no solo, evidenciando que o não revolvimento é importante estratégia de manejo em sistemas onde se faz uso do fogo. Contudo, esse aumento é menor que o proporcionado pela deposição da palha de cana-de-açúcar na superfície em razão da colheita sem queima, que apresentou estoques de C superiores ao sistema com queima da palha ( Segundo Silva-Olaya et al (2013), em áreas de Latossolo Vermelho cultivadas com cana-de-açúcar e colhidas sem queima, o preparo do solo durante a reforma do canavial promoveu, em apenas 44 dias, a mineralização de aproximadamente 80 % do C acumulado anualmente ao longo do ciclo anterior. Os resultados deste estudo não evidenciaram a perda do teor de C na área sem queima no primeiro ano após a reforma.…”

“…Na fração organomineral com tamanho entre 53 e 75 µm foram observadas as maiores diferenças entre os sistemas de colheita, e representa o C em grau intermediário de decomposição (Roscoe & Machado, 2002), ou seja, entre a fração que ainda representa os resíduos recém-depositados sobre o solo (75 a 2.000 µm) e a fração mais estável, na forma de complexos organominerais (<53 µm). A diferença entre os sistemas de colheita mesmo nas áreas com um ano sugere que as perdas de C promovidas pela reforma, conforme relatado por Silva-Olaya et al (2013), não esgotaram o C armazenado na fração com tamanho de 53 a 75 µm, pois, mesmo após a reforma, a proporção de C nessa fração ainda foi maior que nas áreas queimadas. O "aprisionamento" de compostos orgânicos no interior dos microagregados, processo que pode ser representado pela fração com tamanho entre 53 e 75 µm, e a estabilização por reações com a superfície dos minerais (complexação) são importantes mecanismos de manutenção da matéria orgânica no solo (Christensen, 2001).…”

Spatial and Temporal Variability of Soil CO2 Flux in Sugarcane Green Harvest Systems

“…Soil CO 2 emissions in a sugarcane area affected by tillage events were investigated by Silva-Olaya et al (2013), and they showed that conventional operations (consisting of two heavy offset disk harrowing operations and a subsoiling operation) cause more emissions of CO 2 to the atmosphere when compared with minimum tillage (chemically eliminating sugarcane ratoon followed by a subsoiling operation with row planting) and reduced tillage (involving two phases of mechanical elimination of the ratoon and two subsoiling operations). They suggested that the impact of minimum and reduced tillage on organic C loss was lower than that observed for conventional operation.…”