Artigo de Seminarios em Bioprospecção

Estoques de carbono do solo e origem sob diferentes sistemas agroflorestais de cacau no sul da Bahia, Brasil

Resumo

Sistemas agroflorestais (SAFs) de Cacau são caracterizadas pelo acúmulo de grandes quantidades de carbono orgânico do solo (SOC). No entanto, a informação sobre a influência de árvores de sombra no SOC estocada até 100 cm de profundidade é escasso na literatura. Os objetivos deste estudo foram quantificar o armazenamento de SOC sob diferentes SAFs de cacau, floresta natural e pastagem a uma profundidade de 100 cm; e avaliar a origem do SOC usando a razão isotópica 13C como um indicador da contribuição relativa das árvores (plantas C3) e grama (plantas C4), após 4 anos de conversão de pastagens em SAFs cacau e borracha. SOC foi determinada por combustão seca em seis camadas (0-10,10-20, 20-40, 40-60, 60-80 e 80-100 cm). A abundância natural da técnica 13C foi utilizada apenas em linhas de cacau e de borracha em contraste com o SOC acumulada por pasto antes da conversão para o SAF. O estoque de SOC em uma profundidade entre 0-100 cm foi significativamente alta no pasto e em ambos os SAFs mais jovens de cacau e de borracha (4 anos). Sistemas que eram mais de 20 anos "cabruca", cacau e Erythrina e sistema cacau e borracha (20 anos) tinha estoques de COS mais baixas e não diferiram significativamente desde a floresta natural. Nas camadas superficiais do solo houve diferenças significativas no estoque SOC. No entanto, abaixo de 20 cm todos os sistemas eram semelhantes uns aos outros. O estoque de SOC nos primeiros 20 cm representaram entre 31 e 44% do total de SOC armazenado nos 100 cm dos sete sistemas, seguido por 19-23% a uma profundidade de 20 a 40 cm, 15-18% a uma profundidade de 40 -60 cm e 11-14% nas duas últimas profundidades. Após quatro anos de estabelecimento os SAFs de cacau e borracha foram os sistemas mais eficientes no acúmulo de SOC nos primeiros 20 cm de solo e, consequentemente, até 100 cm de profundidade. O cacau era mais eficiente do que seringueira para acumular C3 - derivado C. Enquanto a borracha aumentou quase 70% do C3, o cacau aumentou 131%. Após os 40 cm de profundidade o SOC é ainda da floresta original natural.

1. Introdução

Cacaueiro (Theobroma cacao L.) é uma das principais commodities agrícolas em muitos países tropicais (Hartemink, 2005). Os principais países produtores de cacau incluem a Costa do Marfim, Gana, Indonésia, Nigéria, Camarões e Brasil, que respondem por 82% da produção de cacau do mundo (FAOSTAT, 2015). Desde a safra 2010/2011, a África representa aproximadamente 70% do total produzido no mundo, Oceania cerca de 13%, o continente americano (América do Sul e América Central) varia entre 13 e 16% e o Brasil contribui com aproximadamente 5% (CONAB, 2014; Midlej e Santos, 2012). No entanto, no final dos anos 80 e meados dos anos 90, houve uma diminuição significativa na produção de cacau no Brasil, resultante da vassoura-de-bruxa, causada por Moniliophthora perniciosa, e também pelos preços das commodities reduzidos. Como resultado, houve o empobrecimento progressivo da região cacaueira, onde os produtores abandonaram as áreas produtoras de cacau e converteu-os em pasto, e também pela exploração ilegal de árvores de sombra com alto valor da madeira (Johns, 1999; Marques et al. , 2012). No entanto, nos últimos 20 anos, a recuperação da produção de cacau com plantio de material genético resistente à vassoura-de-bruxa, combinado com o aumento do valor das commodities estão mudando esse quadro negativo, com um aumento na produção de quase 100% (CONAB , 2014). No Brasil, as principais áreas produtoras de cacau são: sul da Bahia, região amazônica, e tabuleiros costeiros da Bahia e  sul e norte do Espírito Santo. Especificamente, no sul da Bahia, a maior área plantada no Brasil, as culturas de cacau são cultivadas em cerca de 700.000 ha (Fontes et al., 2014) e são inseridos no corredor central da Mata Atlântica, um dos principais centros de endemismo desse bioma, que passou por um processo contínuo de eliminação e fragmentação (Lobão et al., 2012). Dois sistemas de produção típicos de cacau são utilizados tanto por pequenos produtores (5-8 ha) e grandes agricultores (cerca de 300 ha) na região: (1) sistema de cultivo tradicional, uma área de aproximadamente 399.000 ha, em que as plantações de cacau são implantados sob florestas naturais; e herbáceo, arbustivo e indivíduos do dossel superior são eliminados para proporcionar maior entrada de luz, resultando em extenso sistema agroflorestal chamado "cabruca", com 600 cacau ha-1 (Fontes et al, 2014.); (2) plantações de cacau são estabelecidos em áreas onde toda floresta nativa foi retirada; Plantas de cacau, em uma densidade de 1,100 cacau ha 1, são sombreadas com banana e Erythrina glauca principalmente porque é uma leguminosas arbóreas fixadora de N2, de crescimento rápido, altura adequada e pequena copa densa (Müller e Gama-Rodrigues, 2012; Lobão et al ., 2012; Gama-Rodrigues et al, 2010). Este sistema de plantio cresceu a partir dos anos 1960, quando CEPLAC (Comissão Executiva do Plano da Agricultura Cacaueira) iniciou um amplo programa visando um aumento significativo na produção de cacau em detrimento à introdução massiva de fertilizantes, controle químico de pragas e doenças além de reduzir o sombreamento do cacau, eliminando 50-70% das árvores de sombra da Mata Atlântica (Johns, 1999). A cultura do cacau está agora em fase de expansão e renovação, em que são utilizadas variedades mais produtivas e resistentes (a doenças). Além disso, na tentativa de aumentar a produção de cacau, CEPLAC recomendou que Erythrina devem ser substituídos por seringueiras, porque este tipo de árvore não gera receita adicional para os produtores de cacau. O valor económico elevado da árvore da borracha é devido ao látex e produção de mel e também pela madeira para usos múltiplos, o que melhora e diversifica as fontes de rendimento dos agricultores. Além disso, a árvore da borracha mostra um crescimento rápido, pouca competição com outras espécies e permite que com o espaçamento de plantio e a densidade o uso sustentável das duas commodities (Marques et al., 2012). (Marques et al., 2012).

O cenário atual da região cacaueira do sul da Bahia é o seguinte: o cacau foi renovado por enxertia com clones tolerantes à vassoura-de-bruxa em áreas onde as árvores Erythrina estão sendo substituídos por seringueiras, cobrindo uma área de aproximadamente 50.000 ha, ou, cacau sendo introduzida em seringais já estabelecidos na região, uma área de cerca de 30.000 ha. Além disso, a possibilidade de expansão com a criação de novas plantações de cacau e seringueira (Marques et al., 2012). Apesar de toda a iniciativa de mudar o sistema de cultivo de cacau no sul da Bahia em busca de rendimentos mais elevados, hoje ainda há uma quantidade significativa de 'cabrucas'. A flutuação histórica do preço do cacau no mercado mundial fez muitos agricultores desistir das mudanças propostas, como eles aprenderam com a experiência das gerações anteriores, o risco de sombreamento reduzido no aumento da susceptibilidade à seca e, ou dependência de fertilizantes e outros produtos agroquímicos ( Johns, 1999). Neste contexto, o cultivo do cacau na Bahia é um bom exemplo de uma abordagem agroflorestal e pode ser um componente sócio-econômico-ecológico adequado para reduzir a pressão humana sobre o remanescente de Mata Atlântica no sul da Bahia (Lobão et al, 2012;. Müller e Gama -Rodrigues, 2012). sistemas agroflorestais de cacau (SAFs), com uma contribuição permanente e significativa tanto da acumulação de biomassa acima e abaixo do solo e consequentemente a transformação de serrapilheira, raízes e material lenhoso das espécies de sombra e de cacau fornecem um fluxo contínuo de insumos orgânicos ainda mais, após a decomposição, é armazenado no solo e representam uma adição substancial de solo C (Gama-Rodrigues et al., 2011). Além disso, o SAF de cacau mantém muitas das funções de outros ecossistemas inclui controle da erosão do solo, porque eles protegem o solo contra o impacto da gota de chuva e reduzir a velocidade da enxurrada e melhorar a fertilidade do solo por uma eficiente ciclagem de nutrientes (Gama-Rodrigues et al, 2011;.. Tscharntke et al, 2011; Siebert, 2002) e também conservar a biodiversidade da floresta (Schroth e Harvey, 2007; Gama-Rodrigues et al, 2010, 2011).. Todos estes possíveis serviços ambientais podem aumentar o rendimento dos agricultores dessas culturas, a maioria dos quais são pequenos agricultores, através dos incentivos de serviços de pagamento-por-ecossistema e sistemas de certificação. No Brasil, por exemplo, desmatamento e queimadas são responsáveis por cerca de 75% dos gases (GEE) do efeito estufa. O aumento das concentrações atmosféricas de CO2 e outros gases de efeito estufa é a principal causa do aquecimento global. O sequestro de carbono do solo (C)  é um mecanismo para reduzir a concentração de CO2 na atmosfera e depositá-lo em piscinas de longo prazo de C por meio de florestamento, reflorestamento e recuperação de áreas degradadas (Nair et al., 2009a). Neste cenário, os sistemas agroflorestais têm um papel importante como um sistema de uso da terra que permite a mitigação das emissões de GEE e ajuda a reduzir o desmatamento e restaurar solos degradados (Rita et al, 2011;. Gama-Rodrigues et al, 2011, 2010. ). Vários estudos na literatura sugerem sistemas agroflorestais como um sistema com elevado potencial para acumular C tanto de superfície e subterrânea. Por exemplo, Verchot et ai. (2007) previu que o potencial global de estoque de carbono (C) do SAF atingiria cerca de 600 Mt C ano-1 em 2040 como há uma grande área suscetível a mudanças de uso da terra. O potencial de armazenamento de carbono das copas de cacau na faixa AFS 33-90 Mg C ha-1 (Somarriba et al, 2013;. Gama- Rodrigues et al, 2011;. Cotta et al., 2008). Além disso, Barreto et al. (2011) descobriram que o carbono orgânico do solo (SOC) contido acima de 50 cm de solo era quase 100 Mg C ha-1 em um SAF de cacau + Erythrina no sul da Bahia. Além disso, Gama-Rodrigues et al. (2010) observaram valores de SOC no solo de mais de 300 Mg ha-1 na camada de solo 0-100 cm em um SAF de cacau (cacau e Erythrina + 'cabruca'). Um aspecto importante a ser considerado no estudo de estoque SOC que tem recebido crescente interesse da comunidade científica é a profundidade do solo, porque a principal fonte de C abaixo do solo vem de raízes (Rasse et al., 2005). Particularmente em SAF, a profundidade é muito importante, porque o sistema radicular de árvores de sombra pode chegar a 2 m de profundidade ou mais (Tscharntke et al, 2011;. Lehmann, 2003). O cacau, por exemplo, tem uma elevada concentração de raízes nos primeiros 60 cm, atingindo 1-2 m de profundidade (Silva Neto et al, 2001;. Müller e Gama-Rodrigues, 2012). Além disso, de acordo com Rumpel e Kögel-Knabner (2011), a maioria dos horizontes do subsolo contribuem para mais da metade do total de ações do solo C. Isto é porque a entrada de material orgânico através destes horizontes se as raízes das plantas e exsudatos de raízes, matéria orgânica dissolvida e bioturbação. Alguns autores chegam a afirmar que o C do subsolo pode ser mais importante em termos de origem ou diminuição de CO2 do que o solo superficial (Batjes., 1996, Paul et al, 1997; Lorenz e Lal, 2005). Não há consenso na literatura sobre as fontes de C, processos envolvidos na estabilização e consequente balanço deste C em profundidade, especialmente em sistemas agroflorestais de cacau em que esses estudos são escassos. Muitas espécies que são comumente encontrados em florestas naturais e as árvores presentes no SAF de cacau utiliza o ciclo C3 como um mecanismo para assimilar C. Por outro lado, o ciclo C4 é típico de gramíneas. Quanto à via de assimilação C, os caminhos de conversão de florestas naturais em pastagens e pastos em SAF diferem, e constantes estudos de isótopos C pode ser útil para a compreensão da origem da matéria orgânica do solo. A razão solo 13C / 12C (expressa em (delta)13C) varia de acordo com a via C de assimilação das espécies que prevalecem no sistema. As espécies que utilizam a via C3 diferenciam contra a absorção de 13C mais do que as espécies que utilizam a via C4. Portanto, a quantidade de (delta)13C é menor (valores médios de -28%0 para C3 e -12%0  para C4) quando as plantas C3 prevalecem. Vários autores têm utilizado a abundância natural de 13C  para determinar as contribuições reais de diferentes espécies em SOC (Mendonça et al., 2010; Takimoto et al., 2008; Zhang et al., 2007; Lema et al., 2006). Por exemplo, Oelbermann et al. (2006) relataram valores (delta)13C reduzidas na camada de solo de 0-40 cm de sistemas em aléias de 19 e 10 anos de idade, devido à incorporação de Erythrina poeppigiana (planta C3) resíduos de poda. Takimoto et al. (2009) observaram maior teor C3 origem C na superfície do solo e perto das árvores cercas vivas ao estudar fontes de C nos solos em SAFs, pastagens e os campos de pousio. Pelo contrário, as áreas de forragens tinham menos C3 origem C, mesmo na presença de árvores, e C4 origem C prevalecia no solo pousio. Maggiotto et ai. (2014) avaliaram os efeitos da introdução de seringueiras para solos de pastagens e observaram que as seringueiras duplicaram os níveis de C3 origem C a profundidades de 60 cm depois de 15 anos de acordo com o método da abundância natural de 13C. Os autores atribuíram o aumento no estoque de C a biomassa radicular das plantações de seringueiras e depósitos de folhagem anual.

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