Soil CO2 emission of sugarcane fields as affected by topography

Abstract

The spatial and temporal variation of soil CO 2 emission is influenced by several soil attributes related to CO 2 production and its diffusion in the soil. However, few studies aiming to understand the effect of topography on the variability of CO 2 emissions exist, especially for cropping areas of tropical regions. The objective of this study was to evaluate the spatial and temporal changes of soil CO 2 emission and its relation to soil attributes in an area currently cropped with sugarcane under different relief forms and slope positions. Mean CO 2 emissions in the studied period (seven months) varied between 0.23 and 0.71, 0.27 and 0.90, and 0.31 and 0.80 g m -2 h -1 of CO 2 for concave (Conc), backslope (BackS) and footslope (FootS) positions, respectively. The temporal variability of CO 2 emissions in each area was explained by an exponential relation between the CO 2 emission and soil temperature and a linear relation between CO 2 emission and soil water content. The Q 10 values were 1.98 (± 0.34), 1.81 (± 0.49) and 1.71 (± 0.31) for Conc, BackS and FootS, respectively. Bulk density, macroporosity, penetration resistance, aggregation and oxidizable organic carbon content explain the changes in soil CO 2 emission observed, especially when the Conc position was compared to BackS. The effect of relief form and topographic position on soil CO 2 emission variation was dependent on the time of measurement. Key words: soil respiration, temporal variation, spatial variation, soil attributes, soil porosity EMISSÃO DE CO 2 DO SOLO SOB CULTIVO DE CANA-DE-AÇÚCAR EM FUNÇÃO DA TOPOGRAFIARESUMO: A variação temporal e espacial da emissão de CO 2 solo-atmosfera é influenciada por inúmeros atributos do solo relacionados à produção de CO 2 e à difusão do gás no solo. Ainda são escassos, entretanto, estudos visando compreender o efeito da topografia na variação da emissão deste gás, especialmente em áreas agrícolas da região tropical. O objetivo deste trabalho foi estudar a variação temporal e espacial da emissão de CO 2 solo-atmosfera e sua relação com atributos do solo em área de cultivo de cana-de-açúcar sob diferentes formas de relevo e posições na encosta. A média da emissão de CO 2 no período de sete meses de estudo variou entre 0,23 e 0,71; 0,27 e 0,90 e 0,31 e 0.80 g CO 2 m -2 h -1 , nas posições côncava (Conc), encosta superior (BackS) e encosta inferior (FootS), respectivamente. A variação temporal da emissão em cada uma das áreas foi explicada por uma relação exponencial entre emissão de CO 2 e temperatura do solo, e uma relação linear da emissão deste gás com a umidade do solo. O valor de Q 10 foi 1,98 (± 0,34); 1,81 (± 0,49) e 1,71 (± 0,31) para Conc, BackS e FootS, respectivamente. Densidade do solo, macroporosidade, resistência do solo à penetração, agregação e conteúdo de carbono orgânico oxidável explicaram as variações observadas na emissão de CO 2 , especialmente quando se compara a posição côncava com a encosta superior. O efeito do relevo e da posição topográfica sobre a variação da emissão de C...

Spatial and Temporal Variability of Soil CO2 Flux in Sugarcane Green Harvest Systems

“…Such a correlation was also described by Mangalassery et al (2013), who found greater FCO 2 from soil with more macroaggregates. Similar results were obtained by Brito et al (2009) and Lenka and Lal (2013), who concluded that C in soil aggregates would be available to microbial attack, thus emitting CO 2 . Regarding the relationship between CO 2 and S, it is possible that it is associated with a specific group of soil microorganisms called chemoautotrophs, which use CO 2 as an energy source in the S oxidation process (Alexander, 1999).…”

“…This was confirmed by the values of soil penetration resistance, which were lower in SG-10 (3.45 MPa) than in SG-5 (5.04 MPa) ( Table 2). A similar result was described by Brito et al (2009), who studied CO 2 emissions from soil cultivated with sugarcane in different topographic positions, demonstrating higher emissions in areas with greater soil macroporosity.…”

“…Medeiros et al (2011) also detected greater FCO 2 from soil covered with straw (no tillage) in comparison with soil submitted to conventional tillage, and related the effect to an increased stock of organic carbon in soils under no tillage regimes. Lenka and Lal (2013) Soil porosity is a physical attribute related to gas transportation; high porosity enables O 2 flow (Xu and Qi, 2001;Kosugi et al, 2007;Brito et al, 2009), higher microbial activity and therefore greater soil FCO 2 (Fang et al, 1998). Although SG-5 and SG-10 showed similar soil total porosity (p>0.05), the macroporosity was greater (p<0.05) in SG-10 ) (Table 2), indicating better gas transportation in SG-10.…”

“…Brito et al (2009) observed that low areas with a convex structure are likely to collect surface run-off and thereby increase the amount of moisture infiltrating the soil microbial population, resulting in higher rates of C mineralization and CO 2 emissions. Panosso et al (2009) compared the spatial and temporal variability of soil CO 2 emissions in pre-harvest burning with a seven-year green harvest system and found that the CO 2 emissions were 39 % higher in the burned plot when compared to the green one.…”

Quantificação das emissões de CO2 pelo solo em áreas sob diferentes estádios de restauração no domínio da mata atlântica

“…24 No estado de São Paulo não existem registros das taxas de emissão em áreas florestais, especialmente naquelas situadas no bioma da Mata Atlântica, e os levantamentos realizados foram exclusivamente em áreas de cultivo de cana de açúcar, sendo observadas variações nas emissões devido à topografia e aos tipos de manejo empregados. [24][25][26] Propostas de restauração florestal indicadas no Pacto pela Restauração da Mata Atlântica preveem o plantio e a restauração de 15 milhões de hectares em todo o Brasil até o ano de 2050. 27 Esta iniciativa irá provocar uma mudança regional no uso e ocupação do solo, o que deve alterar os balanços de CO 2 , ressaltando o papel da Mata Atlântica como reguladora ecossistêmica dessas emissões.…”