Infield greenhouse gas emissions from sugarcane soils in Brazil: effects from synthetic and organic fertilizer application and crop trash accumulation

Abstract

Bioethanol from sugarcane is becoming an increasingly important alternative energy source worldwide as it is considered to be both economically and environmentally sustainable. Besides being produced from a tropical perennial grass with high photosynthetic efficiency, sugarcane ethanol is commonly associated with low N fertilizer use because sugarcane from Brazil, the world's largest sugarcane producer, has a low N demand. In recent years, several models have predicted that the use of sugarcane ethanol in replacement to fossil fuel could lead to high greenhouse gas (GHG) emission savings. However, empirical data that can be used to validate model predictions and estimates from indirect methodologies are scarce, especially with regard to emissions associated with different fertilization methods and agricultural management practices commonly used in sugarcane agriculture in Brazil. In this study, we provide in situ data on emissions of three GHG (CO 2 , N 2 O, and CH 4 ) from sugarcane soils in Brazil and assess how they vary with fertilization methods and management practices. We measured emissions during the two main phases of the sugarcane crop cycle (plant and ratoon cane), which include different fertilization methods and field conditions. Our results show that N 2 O and CO 2 emissions in plant cane varied significantly depending on the fertilization method and that waste products from ethanol production used as organic fertilizers with mineral fertilizer, as it is the common practice in Brazil, increase emission rates significantly. Cumulatively, the highest emissions were observed for ratoon cane treated with vinasse (liquid waste from ethanol production) especially as the amount of crop trash on the soil surface increased. Emissions of CO 2 and N 2 O were 6.9 kg ha À1 yr À1 and 7.5 kg ha À1 yr À1, respectively, totaling about 3000 kg in CO 2 equivalent ha À1 yr À1 .

Emissões de gases de efeito estufa pela deposição de palha de cana-de-açúcar sobre o solo

“…Nos experimentos 1 e 2, os fluxos médios de CH 4 foram semelhantes para todas as doses de palha, enquanto no experimento 3 o menor fluxo médio foi observado na área com 50% da quantidade original de palha. Carmo et al (2013), em experimento com um ano de duração, não verificaram efeito da quantidade de palha de cana-de-açúcar sobre os fluxos de CH 4 do solo.…”

“…Carmo et al (2013) observaram que os fluxos de N 2 O em áreas cultivadas com cana-de-açúcar foram significativamente maiores que os do tratamento controle apenas quando havia mais de 14 Mg ha -1 de palha sobre a superfície do solo. No presente estudo, a maior dose de palha utilizada foi de 17,95 Mg ha -1 (dose 100% no experimento 1, conduzido imediatamente após a colheita) e, apesar de esse valor superar a dose indicada por Carmo et al (2013), o fluxo médio de N 2 O não superou o fluxo do tratamento controle.…”

“…Carmo et al (2013) observaram que os fluxos de N 2 O em áreas cultivadas com cana-de-açúcar foram significativamente maiores que os do tratamento controle apenas quando havia mais de 14 Mg ha -1 de palha sobre a superfície do solo. No presente estudo, a maior dose de palha utilizada foi de 17,95 Mg ha -1 (dose 100% no experimento 1, conduzido imediatamente após a colheita) e, apesar de esse valor superar a dose indicada por Carmo et al (2013), o fluxo médio de N 2 O não superou o fluxo do tratamento controle. A ausência de efeito da dose de palha sobre os fluxos de N 2 O, mesmo quando a quantidade de palha sobre o solo foi elevada, pode ser explicada pela variabilidade espacial nas emissões de N 2 O, as quais se devem à distribuição heterogênea dos microrganismos responsáveis pela produção desse gás no solo, como relatado por Davidson et al (1996).…”

“…experimento 1. Entretanto, nossos resultados não diferem daqueles observados por Carmo et al (2013), uma vez que esses autores afirmam que as emissões ocorrem principalmente nos primeiros 30 dias após a deposição da palha sobre o solo (situação representada pelo experimento 1) tornando-se, a partir de então, similares às do tratamento controle (como confirmado nos experimentos 2 e 3). Resultado similar ao do experimento 1 também foi observado por Vargas et al (2013), em experimento conduzido durante 60 dias em condições controladas.…”

“…Oliveira et al (2013), avaliando o efeito de aplicação de vinhaça em solo cultivado com cana-de-açúcar em Piracicaba, SP, também relataram a ocorrência de fluxos negativos de CH 4 . Contudo, nossos resultados diferem dos observados por Carmo et al (2013). Esses autores, avaliando as emissões de GEE induzidas pela presença de palha de cana-de-açúcar, não observaram relação entre as emissões de CH 4 e a dose de palha sobre o solo.…”