Desenvolvimento, calibração e aplicação de novas metodologias analíticas para medidas das emissões de amônia e óxidos de nitrogênio provenientes do solo adubado
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Data
2021-07-19
Autores
Rocha, Carolina Gomes da [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A agricultura moderna é a fonte antrópica dominante na criação e emissão de compostos de nitrogênio reativo (Nr) para o ambiente. Uma vez aplicado nas lavouras, parte do nitrogênio (N) contido nos fertilizantes é perdido para o ambiente, não só por lixiviação, mas também pela formação de compostos voláteis no solo. A amônia (NH3) e o óxido nítrico (NO) são exemplos de poluentes gasosos provenientes de atividades agrícolas. Na atmosfera, NH3 atua primordialmente na neutralização de compostos ácidos, o que leva à formação de aerossol atmosférico secundário, pertencente à fração mais fina do material particulado. NO, por sua vez, é rapidamente oxidado à dióxido de nitrogênio (NO2) por meio de reações com ozônio ou outros compostos oxidantes atmosféricos, e subsequentemente à ácido nítrico (HNO3) ou à nitratos orgânicos. Na atmosfera, esses gases e seus produtos de transformação podem ser transportados pelo vento, sofrerem outras reações químicas e/ou serem depositados de volta à superfície terrestre. O aumento excessivo destes poluentes no ambiente leva a efeitos deletérios à saúde humana e contribui para a degradação de ecossistemas em escala regional. Assim, a quantificação dessas emissões provenientes da agricultura torna-se crítica, não só para a compreensão da contribuição dessa fonte e seus efeitos para o ambiente, como também para avaliação de estratégias de mitigação e melhoria da eficiência do uso do N. Dessa forma, o presente trabalho aborda o desenvolvimento, otimização e calibração de uma metodologia analítica simples e de baixo-custo para realização de medidas das emissão de NH3 e NO/NO2 a partir do solo utilizando amostradores passivos associados à uma câmara semi-aberta. Os amostradores passivos foram construídos a partir de monitores comerciais utilizando filtros impregnados com solução reagente específica para coleta dos gases de interesse. Os amostradores passivos foram acoplados a uma câmara semi-aberta, cuja etapa de calibração permitiu estabelecer a fração de massa presente na atmosfera da câmara em um determinado tempo, permitindo assim, estimar a quantidade total emitida pela porção de solo delimitada pela câmara em uma determinada amostragem. A metodologia proposta aqui foi aplicada em cultura de cana-de-açúcar durante um ciclo de cultivo e permitiu estabelecer as emissões acumuladas no período. Estudos adicionais, tanto em campo como em laboratório, possibilitaram verificar como diferentes práticas de manejo, condições ambientais e propriedades do solo contribuem para os processos de emissão destes compostos para a atmosfera.
Modern agriculture is the dominant anthropogenic source in the creation and emission of reactive nitrogen (Nr) compounds to the environment. Once applied to the crops, part of the nitrogen (N) contained in fertilizers is lost to the environment, not only through leaching, but also through the formation of volatile compounds in the soil. Ammonia (NH3) and nitric oxide (NO) are examples of gaseous pollutants from agricultural activities. In the atmosphere, NH3 acts primarily in the neutralization of acidic compounds, which leads to the formation of secondary atmospheric aerosol, which belongs to the fine fraction of the particulate matter. NO, in turn, is rapidly oxidized to nitrogen dioxide (NO2) through reactions with ozone or other atmospheric oxidizing compounds, and subsequently to nitric acid (HNO3) or organic nitrates. In the atmosphere, these gases and their transformation products can be transported by wind, undergo other chemical reactions and/or be deposited back to the Earth's surface. The excessive increase of these pollutants in the environment leads to harmful effects on human health and contributes to the degradation of ecosystems on a regional scale. Thus, the quantification of these emissions from agriculture becomes critical, not only for understanding the contribution of this source and its effects on the environment, but also for evaluating mitigation strategies and improving the N use efficiency. In this way, the present study addresses the development, optimization and calibration of a simple and low-cost analytical methodology for measuring the emission of NH3 and NO/NO2 from the soil using passive samplers associated with a semi-open chamber. Passive samplers were built from commercial monitors using filters impregnated with a specific reagent solution to collect the gases of interest. The passive samplers were coupled to a semi-open chamber, whose calibration step allowed to establish the mass fraction present in the chamber's atmosphere at a given time, thus allowing the estimation of the total amount emitted by the soil portion delimited by the chamber in a given sampling. The proposed methodology was applied to sugarcane crops during a complete cycle and the accumulated emissions in the period were determined. Additional studies, both in the field and in the laboratory, made it possible to verify how different management practices, environmental conditions and soil properties contribute to the emission processes of these compounds to the atmosphere.
Modern agriculture is the dominant anthropogenic source in the creation and emission of reactive nitrogen (Nr) compounds to the environment. Once applied to the crops, part of the nitrogen (N) contained in fertilizers is lost to the environment, not only through leaching, but also through the formation of volatile compounds in the soil. Ammonia (NH3) and nitric oxide (NO) are examples of gaseous pollutants from agricultural activities. In the atmosphere, NH3 acts primarily in the neutralization of acidic compounds, which leads to the formation of secondary atmospheric aerosol, which belongs to the fine fraction of the particulate matter. NO, in turn, is rapidly oxidized to nitrogen dioxide (NO2) through reactions with ozone or other atmospheric oxidizing compounds, and subsequently to nitric acid (HNO3) or organic nitrates. In the atmosphere, these gases and their transformation products can be transported by wind, undergo other chemical reactions and/or be deposited back to the Earth's surface. The excessive increase of these pollutants in the environment leads to harmful effects on human health and contributes to the degradation of ecosystems on a regional scale. Thus, the quantification of these emissions from agriculture becomes critical, not only for understanding the contribution of this source and its effects on the environment, but also for evaluating mitigation strategies and improving the N use efficiency. In this way, the present study addresses the development, optimization and calibration of a simple and low-cost analytical methodology for measuring the emission of NH3 and NO/NO2 from the soil using passive samplers associated with a semi-open chamber. Passive samplers were built from commercial monitors using filters impregnated with a specific reagent solution to collect the gases of interest. The passive samplers were coupled to a semi-open chamber, whose calibration step allowed to establish the mass fraction present in the chamber's atmosphere at a given time, thus allowing the estimation of the total amount emitted by the soil portion delimited by the chamber in a given sampling. The proposed methodology was applied to sugarcane crops during a complete cycle and the accumulated emissions in the period were determined. Additional studies, both in the field and in the laboratory, made it possible to verify how different management practices, environmental conditions and soil properties contribute to the emission processes of these compounds to the atmosphere.
Descrição
Palavras-chave
Ciclo do nitrogênio, Amônia, Óxidos de nitrogênio atmosférico, Química atmosférica, Cana-de-açúcar