Nitrogen mass balance in the Brazilian Amazon: an update

The main purpose of this study is to perform a nitrogen budget survey for the entire Brazilian Amazon region. The main inputs of nitrogen to the region are biological nitrogen fixation occurring in tropical forests (7.7 Tg. yr(-1)), and biological nitrogen fixation in agricultural lands mainly due to the cultivation of a large area with soybean, which is an important nitrogen-fixing crop (1.68 Tg. yr(-1)). The input due to the use of N fertilizers (0.48 Tg. yr(-1)) is still incipient compared to the other two inputs mentioned above. The major output flux is the riverine flux, equal to 2.80 Tg. yr(-1) and export related to foodstuff, mainly the transport of soybean and beef to other parts of the country. The continuous population growth and high rate of urbanization may pose new threats to the nitrogen cycle of the region through the burning of fossil fuel and dumping of raw domestic sewage in rivers and streams of the region.

Influence of land use changes on water chemistry in streams in the State of São Paulo, southeast Brazil

Streamwater is affected by several processes in the watershed including anthropogenic activities that result in changes in water quality as well as in the functioning of these stream ecosystems. Therefore, this work aims to evaluate the concentration of major ions (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, NO3-, NO2-, Cl-, SO4(2-), PO4(3-), HCO3-) in streams in the state of São Paulo (southeast Brazil). The sampling sites are located at undisturbed (ombrophilus dense forest, semideciduous forest and savanna - cerrado) and disturbed areas (pasture, urbanization and sugar cane crops). Streamwater chemistry varied according to land use change and, in general, was higher in disturbed sites. Streams located in undisturbed sites at Ribeira de Iguape/Alto Paranapanema watershed (streams 1, 2 and 3) seem to be regulated by soil characteristics, as the disturbed streams located at the same watershed covered by pasture (stream 7) showed high concentration for the most of the variables. Exception to streams located at Pontal do Paranapanema watershed where both disturbed (stream 8) and undisturbed streams (stream 4 and 5) presented similar patterns for almost all variables measured.

Estoques de carbono e nitrogênio no solo cultivado com mamona na Caatinga

Grande parte da produção brasileira de mamona encontra-se no Nordeste, como opção de cultura para a região semiárida no bioma Caatinga. O objetivo deste estudo foi avaliar as alterações nos estoques de C e N devido à mudança de uso do solo de vegetação natural para o cultivo de mamona no bioma Caatinga. Este trabalho foi realizado na Fazenda Floresta, no município de Irecê, no centro-norte baiano. O clima da região é do tipo BSwh (Köppen) - clima semiárido de altitude. O solo foi classificado em Latossolo Vermelho de textura argilosa. As situações avaliadas foram: três áreas cultivadas com mamona com diferentes tempos de implantação: (i) com 10 anos, (ii) com 20 anos e (iii) com 50 anos; e uma área de referência (vegetação nativa de Caatinga) contígua às situações avaliadas. Os estoques de C e N foram determinados em amostras de solo coletadas em cinco minitrincheiras, nas camadas de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Os resultados mostraram que o constante aporte de resíduos vegetais na Caatinga promoveu a manutenção dos estoques de C (90 Mg ha-1) e N (10 Mg ha-1) para a camada de 0-30 cm. A mudança de uso da terra para o cultivo da mamona ocasiona redução em aproximadamente 50 % nos estoques de C e N do solo em relação à vegetação nativa nos primeiros 10 anos de implantação da cultura. A meia-vida da matéria orgânica do solo (MOS) calculada para essa situação na região do semiárido foi de 4,7 anos. O fator de emissão de C do solo, devido à mudança de uso da terra após 20 anos, conforme proposto pelo método do IPCC (2006), foi de 2,47 Mg C ano-1. Por meio do conjunto dos resultados, observa-se a fragilidade do solo do bioma Caatinga no que se refere à perda de MOS devido à mudança de uso da terra.

The aplication of land use and nighttime lights on the development of high-resolution emission inventories for South America

In this paper, nighttime light data are suggested as a proxy for spatial distribution of vehicles running in urban and nearby areas. Nighttime lights focus on human activities, in contrast to traditional Earth observing systems that focus on natural systems. It is the human activity being visible in the form of brightness of nocturnal lights. Two available nighttime lights dataset were used in this work. The first one was provided by the U.S. Air Force Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Operational Linescan System (OLS), henceforth, DMSO-OLS. The second one is the NASA-NOAA Suomi National Polar-orbiting Polar-orbiting Partnership (NPP) satellite, henceforth, Suomi-NPP. To validate the new proposed methodology, hundreds of urban areas of South America were analyzed in a high degree of resolution. The results of this study showed that night-time lights are very well correlated with vehicle fleet, population, and impervious surfaces but with strong spatial variability. The results of this study suggest a better understanding of the human activities in the context of a vehicular-based city conception.

Quantificação de biomassa e carbono da parte aérea em uma área de Mata Atlântica, na Serra da Cantareira, São Paulo

A atividade humana tem contribuído com as emissões de gases de efeito estufa (GEE) associadas, principalmente, com queima de combustíveis fósseis e mudanças no uso da terra. Assim, se faz necessário que sejam adotadas medidas visando o retardamento dos efeitos das mudanças climáticas. As florestas exercem papel essencial no balanço de carbono principalmente por funcionarem como sumidouros de CO2. Por outro lado, se desmatadas, promovem emissões e liberam parte do carbono estocado. A quantidade de biomassa florestal e o teor de carbono podem variar em função do tipo florestal, bem como de sua localização. Entretanto, fator importante diz respeito à confiabilidade dos dados mensurados neste tipo de pesquisa. A biomassa e o carbono da parte aérea podem ser determinados via método destrutivo, ou estimados via método não destrutivo. A construção do Rodoanel Mário Covas trecho norte e a supressão de uma área de Mata Atlântica possibilitou a realização de estudo de biomassa da parte aérea via método destrutivo. O objetivo deste trabalho foi estudar o tamanho e forma de parcelas, a intensidade amostral, quantificar a biomassa e o carbono na parte aérea, comparar métodos destrutivos e não destrutivos para a quantificação de biomassa e carbono na parte aérea, estudar a variação da densidade básica da madeira das espécies nas diferentes classes de DAP e grupos sucessionais e comparar as medidas de altura total e DAP obtidas a campo no inventário com as medidas coletadas após o corte. O tamanho mais conveniente de parcela foi 400 m 2, com forma retangular e dimensão de 10 x 40 m. A intensidade amostral variou entre 39 e 75 unidades amostrais. A biomassa da parte aérea obtida, via método destrutivo, foi de 188,3 Mg ha-1 e o carbono, 85,1 Mg ha-1. A biomassa estimada por equações alométricas da literatura foi subestimada, quando comparada ao valor real, obtido via método destrutivo. As menores classes de DAP apresentaram as maiores densidades básicas da madeira. A densidade básica foi 0,488 g cm-3 na média das espécies. A porcentagem de carbono contida nos troncos e galhos não diferiu entre as classes de DAP. O teor de carbono foi 45,41%, na média dos troncos e galhos. Espécies pioneiras acumularam maior quantidade de biomassa e carbono nos galhos e apresentaram maior densidade básica que as não pioneiras. A utilização dos dados coletados na fase de inventário e após o corte não afetaram os valores de biomassa estimados.

Soil quality response to land-use change for sugarcane expansion in Brazil

Globally, increasing demands for biofuels have intensified the rate of land-use change (LUC) for expansion of bioenergy crops. In Brazil, the world\'s largest sugarcane-ethanol producer, sugarcane area has expanded by 35% (3.2 Mha) in the last decade. Sugarcane expansion has resulted in extensive pastures being subjected to intensive mechanization and large inputs of agrochemicals, which have direct implications on soil quality (SQ). We hypothesized that LUC to support sugarcane expansion leads to overall SQ degradation. To test this hypothesis we conducted a field-study at three sites in the central-southern region, to assess the SQ response to the primary LUC sequence (i.e., native vegetation to pasture to sugarcane) associated to sugarcane expansion in Brazil. At each land use site undisturbed and disturbed soil samples were collected from the 0-10, 10-20 and 20-30 cm depths. Soil chemical and physical attributes were measured through on-farm and laboratory analyses. A dataset of soil biological attributes was also included in this study. Initially, the LUC effects on each individual soil indicator were quantified. Afterward, the LUC effects on overall SQ were assessed using the Soil Management Assessment Framework (SMAF). Furthermore, six SQ indexes (SQI) were developed using approaches with increasing complexity. Our results showed that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture led to soil acidification, significant depletion of soil organic carbon (SOC) and macronutrients [especially phosphorus (P)] and severe soil compaction, which creates an unbalanced ratio between water- and air-filled pore space within the soil and increases mechanical resistance to root growth. Conversion from pasture to sugarcane improved soil chemical quality by correcting for acidity and increasing macronutrient levels. Despite those improvements, most of the P added by fertilizer accumulated in less plant-available P forms, confirming the key role of organic P has in providing available P to plants in Brazilian soils. Long-term sugarcane production subsequently led to further SOC depletions. Sugarcane production had slight negative impacts on soil physical attributes compared to pasture land. Although tillage performed for sugarcane planting and replanting alleviates soil compaction, our data suggested that the effects are short-term with persistent, reoccurring soil consolidation that increases erosion risk over time. These soil physical changes, induced by LUC, were detected by quantitative soil physical properties as well as by visual evaluation of soil structure (VESS), an on-farm and user-friendly method for evaluating SQ. The SMAF efficiently detected overall SQ response to LUC and it could be reliably used under Brazilian soil conditions. Furthermore, since all of the SQI values developed in this study were able to rank SQ among land uses. We recommend that simpler and more cost-effective SQI strategies using a small number of carefully chosen soil indicators, such as: pH, P, K, VESS and SOC, and proportional weighting within of each soil sectors (chemical, physical and biological) be used as a protocol for SQ assessments in Brazilian sugarcane areas. The SMAF and SQI scores suggested that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture depleted overall SQ, driven by decreases in chemical, physical and biological indicators. In contrast, conversion from pasture to sugarcane had no negative impacts on overall SQ, mainly because chemical improvements offset negative impacts on biological and physical indicators. Therefore, our findings can be used as scientific base by farmers, extension agents and public policy makers to adopt and develop management strategies that sustain and/or improving SQ and the sustainability of sugarcane production in Brazil.

Plant diversity influencing structure and functioning of Caatinga vegetation

O estudo dos efeitos que a diversidade de espécies pode causar nos processos ecossistêmicos tem crescido vertiginosamente nas últimas duas décadas. Diversos trabalhos experimentais realizados no mundo todo têm demonstrado que uma maior diversidade de plantas contribui para o aumento da produtividade de ecossistemas terrestres. Além disso, esse efeito pode influenciar processos em diversos níveis tróficos, contribuindo assim para a estabilidade dos processos ecossistêmicos a longo prazo. Paralelamente com os estudos do efeito da diversidade, muita atenção tem sido dada para desvendar o papel das características funcionais das espécies no funcionamento dos ecossistemas. Isto porque as características funcionais das espécies têm se mostrado importantes "peças" no entendimento dos efeitos que espécies individuais podem exercer nos ecossistemas e suas respostas ao ambiente. Nesta tese de doutorado eu explorei algumas lacunas de conhecimento dentro dessa área em crescente desenvolvimento conhecida na literatura ecológica como "biodiversidade e funcionamento dos ecossistemas". No primeiro capítulo, eu busquei evidências para mecanismos que podem explicar a relação positiva entre diversidade e funcionamento com foco em cinco mecanismos relacionados às interações entre plantas, tendo como parâmetro de funcionamento a produtividade primária. No segundo capítulo, eu utilizei técnicas para a estimativa de padrões de diversidade em escalas biogeográficas e bases de dados de satélites com longa duração para desvendar se a biodiversidade em escalas macroecológicas promove a estabilidade da produtividade dos ambientes terrestres no semiárido brasileiro. Por fim, o objetivo do terceiro capítulo foi entender como a perda da cobertura vegetal originária do uso da terra por comunidades tradicionais no semiárido brasileiro influenciaria os processos de interações entre plantas e o papel das características funcionais das espécies nessas interações. Acredito que a contribuição individual de cada capítulo preenche lacunas de conhecimento importantes dessa área da Ecologia que ainda se encontra em expansão.

Temas ambientais para análise prospectiva dos setores de produção e processamento de madeira para energia.

No setor agroindustrial florestal já existe uma mobilização para atender alguns critérios de certificação socioambiental, mas esta não é a realidade vigente na cadeia da madeira para energia. Neste contexto, o presente trabalho se propõe a levantar, de forma preliminar, alguns temas ambientais para análises prospectivas dos setores de produção e processamento de madeira para energia, na região Sudeste do Brasil. Os temas de interesse foram selecionados com base em pesquisa bibliográfica, utilizando bases de dados disponíveis, tanto em termos científicos como estatísticos. Procurou-se atender a grandes questionamentos, levantados atualmente, para a expansão da agroenergia no mundo, que envolvem o possível desmatamento, a competição com alimentos e as mudanças climáticas. Seguindo outros estudos de biomassa para energia foram previamente selecionados quatro grandes temas que abrangem: Uso da terra; Recursos Naturais; Geração e uso de resíduos; Energia. Cabe considerar que a seleção é preliminar e será validada em etapa posterior, que envolverá a consulta a especialistas na cadeia produtiva da madeira para energia. Entretanto, como consideração final fica a idéia de que o agronegócio, de forma geral não poderá mais ser analisado apenas quanto aos aspectos econômicos, sendo a sua competitividade fortemente ligada aos aspectos sociais e ambientais.

Novas dinâmicas econômicas e espaço-temporais na fronteira agrícola maranhense situado no cerrado brasileiro.

Desde a safra 2005/2006, a expansão da fronteira agrícola pela agricultura do cultivo de soja em grande escala tem intensificado a ocorrência de focos de queimada e desmatamento no bioma Cerrado Brasileiro. O Governo Federal tem direcionado esforços para ordenar o processo de ocupação territorial, bem como, controlar os focos de queimada e o desmatamento ilegal. Nesse contexto, o estado do Maranhão é estratégico por abranger os biomas Amazônia e Cerrado e a transição desses biomas com o bioma Semi-Árido. Com o presente trabalho objetivou-se avaliar econômica e ambientalmente os impactos da mudança da cobertura florestal do Cerrado maranhense. Para tanto, foram utilizados uma série histórica (2003-2012) de dados referentes a focos de queimadas e de desmatamento do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e dados do Censo Agropecuário de 2006 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) referentes ao uso da terra, as atividades agropecuárias e a estrutura agrária. A tendência do aumento de desmatamento e focos de queimada na série histórica foi medida por um índice de constância de incremento. Foram realizadas análises de volume e densidade de queimadas e o índice de concentração (gini). Os resultados obtidos demonstram que, entre os dez municípios com maior ocorrência de focos de queimada houve um aumento na quantidade e na concentração desses eventos. Neste sentido, entre 2008 e 2012 houve um aumento de 346% do número de focos de queimadas na área estudada. Portanto, conclui-se que novas dinâmicas econômicas e de ocupação do território estão se configurando na expansão da fronteira agrícola maranhense impactando o bioma Cerrado o que torna urgente a emergência de políticas estaduais e municipais alinhadas às políticas federais para conter o processo de degradação ambiental em curso na área estudada.

Análise da produção de carga líquida e sólida na bacia do ribeirão do Gama- DF através do modelo SWAT

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Humanas, Departamento de Geografia, 2016.

Assentamentos rurais no Brasil: uma releitura.

Por meio de diagnósticos de sistemas de produção e de trabalho etnográfico, foram realizadas análises dos processos socioeconômicos dos assentamentos rurais do Rio Grande do Sul e da Bahia, assim como do espaço de mediação da reforma agrária nesses estados, especialmente na cadeia clientelistica que se estabeleceu entre o Instituto Ncional de Colonização e Reforma Agrária (Incra) e as agências de mediação.

Viver no campo ou na cidade? resposta dos morcegos (Mammalia, Chiroptera) à antropização da paisagem

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Ecologia, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2015.

Unidades de manejo para pinus: desenvolvimento e aplicação de metodologia em áreas de produção no oeste catarinense.

O presente trabalho teve por objetivos desenvolver e aplicar, no oeste catarinense, uma metodologia de estabelecimento de unidades de manejo para pinus a partir do mapeamento semi-detalhado de solos das áreas de estudo. Duas hipóteses de trabalho foram modeladas, ambas utilizando o sistema de produção de pinus local, que não faz correção da deficiência de nutrientes (ΔN): uma interpretação baseada na ausência de resposta ao melhoramento do ΔN, ou seja, que os tetos de produtividade independem dessa ação, sendo esse o modelo atual; e uma segunda interpretação considerando que a ausência do melhoramento do ΔN interfere nos tetos de produtividade do cultivo de pinus para as terras estudadas, modelo que representa um novo paradigma a ser testado. Cada polígono do mapa de solos detalhado foi associado a uma base de dados, que permitiu a definição dos graus de limitação das terras (ΔN, deficiência de água, deficiência de oxigênio, suscetibilidade à erosão e impedimentos ao manejo) para o cultivo do pinus. Conjuntos de critérios, considerando os diferentes graus de limitação alcançados para cada faixa de terra (polígonos do mapeamento de solos), definiram os guias para as classes de unidades de manejo para o cultivo de pinus. O mapeamento de solos semi-detalhado das áreas de produção identificou áreas mapeáveis associadas às classes de solos, em nível de ordem, Latossolos, Nitossolos, Cambissolos, Neossolos e Gleissolos. Essas cinco ordens geraram 36 unidades de mapeamento de solos. As limitações associadas aos atributos profundidade efetiva, relevo e presença de pedregosidade/rochosidade fizeram dos impedimentos ao manejo os fatores de limitação mais importantes para o cultivo de pinus das áreas mapeadas. Os quantitativos das classes de unidades de manejo para pinus dependeram de se considerar ou não a hipótese de resposta ao melhoramento do ΔN no sistema de manejo em uso na região. Na hipótese da ausência de resposta ao melhoramento do ΔN para a produção de pinus, temos os seguintes quantitativos: Apta superior com 113,14 ha (ou 7,5% da área mapeada); Apta inferior com 644,73 (ou 42,8% da área mapeada); Marginal superior com 408,35 (ou 27,1% da área mapeada); Marginal inferior com 277,58 ha (ou 18,4% da área mapeada) e Inapta com 63,2 ha (ou 4,2% da área mapeada). Ao se considerar a hipótese de uma resposta positiva ao melhoramento de ΔN para a produção de pinus e que o atual sistema de manejo não faz esse melhoramento, ocorre uma piora dos resultados, com muitas terras migrando das classes de unidades de manejo Apta (superior e inferior) para a classe Marginal superior.

Typologies and spatialization of agricultural production systems in Rondônia, Brazil: linking land use, socioeconomics and territorial configuration.

The current Amazon landscape consists of heterogeneous mosaics formed by interactions between the original forest and productive activities. Recognizing and quantifying the characteristics of these landscapes is essential for understanding agricultural production chains, assessing the impact of policies, and in planning future actions. Our main objective was to construct the regionalization of agricultural production for Rondônia State (Brazilian Amazon) at the municipal level. We adopted a decision tree approach, using land use maps derived from remote sensing data (PRODES and TerraClass) combined with socioeconomic data. The decision trees allowed us to allocate municipalities to one of five agricultural production systems: (i) coexistence of livestock production and intensive agriculture; (ii) semi-intensive beef and milk production; (iii) semi-intensive beef production; (iv) intensive beef and milk production, and; (v) intensive beef production. These production systems are, respectively, linked to mechanized agriculture (i), traditional cattle farming with low management, with (ii) or without (iii) a significant presence of dairy farming, and to more intensive livestock farming with (iv) or without (v) a significant presence of dairy farming. The municipalities and associated production systems were then characterized using a wide variety of quantitative metrics grouped into four dimensions: (i) agricultural production; (ii) economics; (iii) territorial configuration, and; (iv) social characteristics. We found that production systems linked to mechanized agriculture predominate in the south of the state, while intensive farming is mainly found in the center of the state. Semi-intensive livestock farming is mainly located close to the southwest frontier and in the north of the state, where human occupation of the territory is not fully consolidated. This distributional pattern reflects the origins of the agricultural production system of Rondônia. Moreover, the characterization of the production systems provides insights into the pattern of occupation of the Amazon and the socioeconomic consequences of continuing agricultural expansion.

Ambiente, sustentabilidade e pesquisa: tendências da agricultura brasileira até 2005.

O artigo reporta aspectos relevantes para eventuais cenários da agricultura brasileira e a pesquisa agropecuária até o ano 2005. De uma lista intencional de 463 especialistas, 135 concordaram em formar um painel e responder a primeira rodada de um questionário Delphi. Os resultados assinalam a globalização e a formação de blocos como as influências mais importantes do ambiente internacional. O comércio mundial de produtos agrícolas tende a crescer, incrementando o PIB, apesar da tendência de queda dos preços médios internacionais de commodities. Internamente, haverá crescimento da demanda de alimentos e melhor distribuição entre estratos sociais. Tecnologias agropecuárias alternativas, especialmente integração de métodos e rotação de culturas, ajudarão na redução da degradação ambiental. O desmatamento e o uso inadequado do solo, de agentes químicos, e de recursos hídricos continuarão, contudo, a causar degradação. Práticas tecnológicas e organizacionais continuarão a causar impactos negativos sobre a biodiversidade. A reforma agrária modificará aspectos do acesso e uso da terra e a integração agroindustrial modificará os arranjos espaciais. Em ambos os casos, é necessário que se tomem providências para minimizar possíveis efeitos adversos sobre o ambiente. A educação agroambiental é uma resposta emergente e parece especialmente apropriada para dar suporte à reforma agrária. Finalmente, foram identificados conhecimentos teóricos e aplicados que terão grandes avancos até 2005 e delineadas as perspectivas de andamento da pesquisa.