Spatial variability of soil CO2 emission in a sugarcane area characterized by secondary information

Soil CO2 emission (FCO2) is governed by the inherent properties of the soil, such as bulk density (BD). Mapping of FCO2 allows the evaluation and identification of areas with different accumulation potential of carbon. However, FCO2 mapping over larger areas is not feasible due to the period required for evaluation. This study aimed to assess the quality of FCO2 spatial estimates using values of BD as secondary information. FCO2 and BD were evaluated on a regular sampling grid of 60 m × 60 m comprising 141 points, which was established on a sugarcane area. Four scenarios were defined according to the proportion of the number of sampling points of FCO2 to those of BD. For these scenarios, 67 (F67), 87 (F87), 107 (F107) and 127 (F127) FCO2 sampling points were used in addition to 127 BD sampling points used as supplementary information. The use of additional information from the BD provided an increase in the accuracy of the estimates only in the F107, F67 and F87 scenarios, respectively. The F87 scenario, with the approximate ratio between the FCO2 and BD of 1.00:1.50, presented the best relative improvement in the quality of estimates, thereby indicating that the BD should be sampled at a density 1.5 time greater than that applied for the FCO2. This procedure avoided problems related to the high temporal variability associated with FCO2, which enabled the mapping of this variable to be elaborated in large areas.

Soil CO2 emission as related to incorporation of sugarcane crop residues and aggregate breaking after rotary tiller

O preparo do solo é um dos processos que aceleram a decomposição da matéria orgânica, transferindo carbono para atmosfera, principalmente na forma de CO2. Neste trabalho, investigou-se o efeito do preparo com enxada rotativa sobre as emissões de CO2 do solo durante 02 semanas após o preparo do solo, incluindo-se a presença de resíduos vegetais sobre a superfície. As emissões foram avaliadas por 15 dias após preparo em 3 parcelas: 1) sem preparo e sem palha superficial (SPs); 2) preparo com enxada rotativa sem a presença de palha na superfície (ERs), e 3) preparo com enxada rotativa com a presença de palha superficial (ERc). As emissões provenientes da ERc foram superiores às demais (0,777 g CO2 m-2 h-1), sendo as menores emissões registradas na parcela SPs (0,414 g CO2 m-2 h-1). As emissões totais indicaram que a diferença de C-CO2 emitida à atmosfera corresponde a 3% do total de carbono adicional presente na palha, na parcela ERc, quando comparado à parcela ERs. O aumento da emissão da parcela SPs para ERs foi acompanhado de uma modificação na distribuição do tamanho de agregados, especialmente aqueles com diâmetro médio inferior a 2 mm. O aumento da emissão da parcela ERs para ERc esteve relacionado a uma diminuição da massa de palha na superfície, com fragmentação e incorporação da mesma no interior do solo. Quando se analisa a correlação linear entre emissão de CO2 versus temperatura e umidade do solo, somente a emissão da ERc foi significativamente correlacionada (p<0,05) à umidade do solo.

Soil CO2 emission estimated by different interpolation techniques

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Fractal dimension and anisotropy of soil CO2 emission in a mechanically harvested sugarcane production area

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Temporal variability of soil CO2 emission after conventional and reduced tillage described by an exponential decay in time model

A quantificação do impacto das práticas de preparo sobre as perdas de carbono do solo é dependente da habilidade de se descrever a variabilidade temporal da emissão de CO2 do solo após preparo. Tem sido sugerido que as grandes quantidades de CO2 emitido após o preparo do solo podem servir como um indicador das modificações nos estoques de carbono do solo em longo termo. Neste trabalho é apresentado um modelo de duas partes baseado na temperatura e na umidade do solo e que inclui um termo exponencial decrescente do tempo que é eficiente no ajuste das emissões intermediárias após preparo: arado de disco seguido de uma passagem com a grade niveladora (convencional) e escarificador de arrasto seguido da passagem com rolo destorroador (reduzido). As emissões após o preparo do solo são descritas utilizando-se estimativa não linear com um coeficiente de determinação (R²) tão alto quanto 0.98 após preparo reduzido. Os resultados indicam que nas previsões da emissão de CO2 após o preparo do solo é importante considerar um termo exponencial decrescente no tempo após preparo.

Soil CO2 emission and its relation to soil properties in sugarcane areas under Slash-and-burn and Green harvest

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Spatial variability of soil CO2 emission in different topographic positions

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Short-term temporal changes of bare soil CO2 fluxes after tillage described by first-order decay models

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Soil CO2 emission of sugarcane fields as affected by topography

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Uncertainties in the prediction of spatial variability of soil CO2 emissions and related properties

A emissão de CO2 do solo apresenta alta variabilidade espacial, devido à grande dependência espacial observada nas propriedades do solo que a influenciam. Neste estudo, objetivou-se: caracterizar e relacionar a variabilidade espacial da respiração do solo e propriedades relacionadas; avaliar a acurácia dos resultados fornecidos pelo método da krigagem ordinária e simulação sequencial gaussiana; e avaliar a incerteza na predição da variabilidade espacial da emissão de CO2 do solo e demais propriedades utilizando a simulação sequencial gaussiana. O estudo foi conduzido em uma malha amostral irregular com 141 pontos, instalada sobre a cultura de cana-de-açúcar. Nesses pontos foram avaliados a emissão de CO2 do solo, a temperatura do solo, a porosidade livre de água, o teor de matéria orgânica e a densidade do solo. Todas as variáveis apresentaram estrutura de dependência espacial. A emissão de CO2 do solo mostrou correlações positivas com a matéria orgânica (r = 0,25, p < 0,05) e a porosidade livre de água (r = 0,27, p <0,01) e negativa com a densidade do solo (r = -0,41, p < 0,01). No entanto, quando os valores estimados espacialmente (N=8833) são considerados, a porosidade livre de água passa a ser a principal variável responsável pelas características espaciais da respiração do solo, apresentando correlação de 0,26 (p < 0,01). As simulações individuais propiciaram, para todas as variáveis analisadas, melhor reprodução das funções de distribuição acumuladas e dos variogramas, em comparação à krigagem e estimativa E-type. As maiores incertezas na predição da emissão de CO2 estiveram associadas às regiões da área estudada com maiores valores observados e estimados, produzindo estimativas, ao longo do período estudado, de 0,18 a 1,85 t CO2 ha-1, dependendo dos diferentes cenários simulados. O conhecimento das incertezas gerado por meio dos diferentes cenários de estimativa pode ser incluído em inventários de gases do efeito estufa, resultando em estimativas mais conservadoras do potencial de emissão desses gases.

Modelling short-term temporal changes of bare soil CO2 emissions in a tropical agrosystem by using meteorological data

Determining the variability of carbon dioxide emission from soils is an important task as soils are among the largest sources of carbon in biosphere. In this work the temporal variability of bare soil CO2 emissions was measured over a 3-week period. Temporal changes in soil CO2 emission were modelled in terms of the changes that occurred in solar radiation (SR), air temperature (T-air), air humidity (AR), evaporation (EVAP) and atmospheric pressure (ATM) registered during the time period that the experiment was conducted. The multiple regression analysis (backward elimination procedure) includes almost all the meteorological variables and their interactions into the final model (R-2 = 0.98), but solar radiation showed to be the one of the most relevant variables. The present study indicates that meteorological data could be taken into account as the main forces driving the temporal variability of carbon dioxide emission from bare soils, where microbial activity is the sole source of carbon dioxide emitted. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fractal dimension and anisotropy of soil CO2 emission in an agricultural field during fallow

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spatial and temporal variability of soil CO2 emission in a sugarcane area under green and slash-and-burn managements

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Spatial and temporal variability in soil CO2-C emissions and relation to soil temperature at King George Island, maritime Antarctica

Few studies have examined the effects of temperature on spatial and temporal trends in soil CO2-C emissions in Antarctica. In this work, we present in situ measurements of CO2-C emissions and assess their relation with soil temperature, using dynamic chambers. We found an exponential relation between CO2 emissions and soil temperature, with the value of Q10 being close to 2.1. Mean emission rates were as low as 0.026 and 0.072 g of CO2-C m-2 h-1 for bare soil and soil covered with moss, respectively, and as high as 0.162 g of CO2-C m-2 h-1 for soil covered with grass, Deschampsia antarctica Desv. (Poaceae). A spatial variability analysis conducted using a 60-point grid, for an area with mosses (Sannionia uncianata) and D. antarctica, yielded a spherical semivariogram model for CO2-C emissions with a range of 1 m. The results suggest that soil temperature is a controlling factor on temporal variations in soil CO2-C emissions, although spatial variations appear to be more strongly related to the distribution of vegetation types. © 2010 Elsevier B.V. and NIPR.

Quantification of uncertainties associated with space-time estimates of short-term soil CO2 emissions in a sugar cane area

The characterization of soil CO2 emissions (FCO2) is important for the study of the global carbon cycle. This phenomenon presents great variability in space and time, a characteristic that makes attempts at modeling and forecasting FCO2 challenging. Although spatial estimates have been performed in several studies, the association of these estimates with the uncertainties inherent in the estimation procedures is not considered. This study aimed to evaluate the local, spatial, local-temporal and spatial-temporal uncertainties of short-term FCO2 after harvest period in a sugar cane area. The FCO2 was featured in a sampling grid of 60m×60m containing 127 points with minimum separation distances from 0.5 to 10m between points. The FCO2 was evaluated 7 times within a total period of 10 days. The variability of FCO2 was described by descriptive statistics and variogram modeling. To calculate the uncertainties, 300 realizations made by sequential Gaussian simulation were considered. Local uncertainties were evaluated using the probability values exceeding certain critical thresholds, while the spatial uncertainties considering the probability of regions with high probability values together exceed the adopted limits. Using the daily uncertainties, the local-spatial and spatial-temporal uncertainty (Ftemp) was obtained. The daily and mean emissions showed a variability structure that was described by spherical and Gaussian models. The differences between the daily maps were related to variations in the magnitude of FCO2, covering mean values ranging from 1.28±0.11μmolm-2s-1 (F197) to 1.82±0.07μmolm-2s-1 (F195). The Ftemp showed low spatial uncertainty coupled with high local uncertainty estimates. The average emission showed great spatial uncertainty of the simulated values. The evaluation of uncertainties associated with the knowledge of temporal and spatial variability is an important tool for understanding many phenomena over time, such as the quantification of greenhouse gases or the identification of areas with high crop productivity. © 2013 Elsevier B.V.