Indicadores de qualidade ambiental e dinâmica de carbono nos biomas Amazônia e Cerrado: Múltiplas abordagens

Abstract

As mudanças de uso da terra desencadeiam alterações nos ciclos biogeoquímicos e em indicadores de qualidade ambiental. Assim, compreender esse efeito sob diferentes cenários e abordagens é indispensável para propor manejos sustentáveis com o intuito de melhorar a saúde do solo e mitigar a emissão de gases de efeito estufa (GEE). Deste modo, o objetivo do primeiro capítulo foi investigar os efeitos da conversão a longo prazo de diferentes agroecossistemas quanto aos estoques de carbono e indicadores químicos e físicos do solo, enquanto o segundo capítulo teve enfoque sobre a qualidade ambiental, expressa por índices espectrais de saúde e densidade da vegetação e clima, bem como na variabilidade espacial e temporal de Xco2 e anomalias de Xco2 no arco do desmatamento na Amazônia Legal. de foi investigar a dinâmica de indicadores de qualidade ambiental. A abordagem em situ (primeiro capítulo) foi realizada em um Latossolo Latossolo Vermelho, com textura variando entre franco argiloso arenoso e argila arenoso, em áreas pareadas e nos seguintes usos da terra: vegetação nativa de savana brasileira (VN), pastagem manejada com Brachiaria decumbens (PM) e reflorestamento com Eucalyptus camaldulensis (RE). Os atributos químicos e físicos do solo foram determinados a partir de amostras de solo coletadas em superfície (0-0,10 m) e subsuperfície (0,10-0,40 m). A segunda proposta (dados orbitais) contemplou uma série temporal de seis anos (2015 – 2020) e considerou as variações sazonais (seca e chuvosa) de variáveis obtidas a partir de diferentes sensores orbitais. A análise incluiu estatísticas descritivas, análise espacial, temporal e correlação de Spearman. Além disso, calculamos as anomalias de Xco2 para identificar fontes e sumidouros de C em áreas desmatadas. Nossas descobertas revelaram que os estoques de carbono do solo foram afetados distintamente, dependendo do uso da terra. Conversões de VN para RE levaram a uma perda de ~7 Mg ha-1 de C (17 %) em 36 anos (por exemplo, redução de 49,88 para 42,73 Mg ha-1). Por outro lado, a conversão para pastagem bem manejada promoveu a manutenção e incremento médio nos estoques de C de ~4 Mg ha-1 (0-40 cm), com diferenças significativas na camada 0-0,20 m. A relação entre os indicadores químicos e físicos de qualidade do solo variou de acordo com o MUT, mas foi semelhante entre as camadas superficial e subsuperficial. A acidez potencial, soma de bases e estabilidade de agregados do solo foram os indicadores mais sensíveis associados ao EC após MUT de longo prazo. Além disso, nosso estudo detectou que a distribuição espacial de Xco2 variou de 392,5 a 406 ppm durante a série temporal, com picos em 2019 (402,82 ppm) e 2020 (402,95 ppm), coincidindo com os níveis mais críticos de desmatamento na Amazônia. A fluorescência induzida pela luz solar (SIF) exibiu um padrão sazonal consistente, com médias anuais variando de 0,75 a 0,79 Wm-2 sr-1 μm-1. O índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), índice de área foliar (LAI) e amplitude de temperatura da superfície terrestre (LST Amp) apresentaram padrões espaciais semelhantes, sendo mais pronunciados no período seco. As anomalias positivas de Xco2 (fontes de C) concentraram-se em unidades de conservação (UC) e terras indígenas (TI) desmatadas, enquanto as UC e TI mais preservadas parecem atuar como sumidouros de C. Nossos resultados revelam que o reflorestamento com eucalipto, mesmo após 36 anos de conversão, não resulta em ganhos de C no solo. Diferentemente, pastagens bem manejadas podem promover melhorias nos indicadores químicos do solo e sustentar estoques de C similares à vegetação nativa de Cerrado. Adicionalmente, índices vegetativos e climáticos são mais sensíveis na estação seca, e as anomalias de Xco2 são mais pronunciadas em áreas de proteção ambiental desmatadas, evidenciando maior vulnerabilidade desses ambientes em condições climáticas extremas.

Land use change trigger changes in biogeochemical cycles and environmental quality indicators. Therefore, understanding this effect under different scenarios and approaches is essential to propose sustainable management with the aim of improving soil health and mitigating greenhouse gas (GHG) emissions. Thus, the objective of the first chapter was to investigate the effects of the long-term conversion of different agroecosystems in terms of carbon stocks and soil chemical and physical indicators, while the second chapter focused on environmental quality, expressed by spectral health indices and vegetation density and climate, as well as the spatial and temporal variability of Xco2 and Xco2 anomalies in the arc of deforestation in the Legal Amazon. was to investigate the dynamics of environmental quality indicators. The in situ approach (first chapter) was carried out in a Red Oxisol, with texture varying between sandy clay loam and sandy clay, in paired areas and in the following land uses: native vegetation of Brazilian savanna (VN), pasture managed with Brachiaria decumbens (PM) and reforestation with Eucalyptus camaldulensis (RE). The chemical and physical attributes of the soil were determined from soil samples collected at the surface (0-0.10 m) and subsurface (0.10-0.40 m). The second proposal (orbital data) included a time series of six years (2015 – 2020) and considered seasonal variations (dry and rainy) of variables obtained from different orbital sensors. The analysis included descriptive statistics, spatial and temporal analysis and Spearman correlation. Additionally, we calculated Xco2 anomalies to identify C sources and sinks in deforested areas. Our findings revealed that soil carbon stocks were distinctly affected depending on land use. Conversions from VN to RE led to a loss of ~7 Mg ha-1 of C (17 %) in 36 years (e.g., reduction from 49.88 to 42.73 Mg ha-1). On the other hand, conversion to well-managed pasture promoted the maintenance and average increase in C stocks of ~4 Mg ha-1 (0-40 cm), with significant differences in the 0-0.20 m layer. The relationship between chemical and physical indicators of soil quality varied according to LUC, but was similar between the surface and subsurface layers. Potential acidity, base sum and soil aggregate stability were the most sensitive indicators associated with EC after long-term LUC. Furthermore, our study detected that the spatial distribution of Xco2 varied from 392.5 to 406 ppm during the time series, with peaks in 2019 (402.82 ppm) and 2020 (402.95 ppm), coinciding with the most critical levels of deforestation in the Amazon. Sunlight-induced fluorescence (SIF) exhibited a consistent seasonal pattern, with annual averages ranging from 0.75 to 0.79 Wm-2 sr-1 μm-1. The normalized difference vegetation index (NDVI), leaf area index (LAI) and land surface temperature amplitude (LST Amp) showed similar spatial patterns, being more pronounced in the dry period. The positive anomalies of, even after 36 years of conversion, does not result in C gains in the soil. In contrast, well-managed pastures can promote improvements in soil chemical indicators and sustain C stocks similar to native Cerrado vegetation. Additionally, vegetative and climatic indices are more sensitive in the dry season, and Xco2 anomalies are more pronounced in deforested environmental protection areas, showing greater vulnerability of these environments in extreme climatic conditions.