MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS Ciclagem de Nutrientes UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Engenharia Florestal Graduação - Mestrado - Doutorado - Pós-Doutorado MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS Ciclagem de Nutrientes Nivaldo Eduardo Rizzi Eder Zanetti niva@ufpr.br eder.zanetti@fulbrightmail.org

Conteúdo Ciclagem de nutrientes; Passivo ambiental de nutrientes na água; Agricultura e água; PSA de água; Perspectiva de futuro

Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos

LBA, 2010

(commercial fertilizers) Component Input to soil Loss from soil The Nitrogen Cycle Atmospheric nitrogen Atmospheric fixation and deposition Industrial fixation (commercial fertilizers) Crop harvest Animal manures and biosolids Volatilization Plant residues Runoff and erosion Biological fixation by legume plants Plant uptake Denitrification Organic nitrogen Nitrate (NO3) Ammonium (NH4) - Immobilization + Leaching Mineralization

The Phosphorus Cycle Crop Atmospheric harvest deposition Animal Component Input to soil Loss from soil The Phosphorus Cycle Crop harvest Atmospheric deposition Animal manures and biosolids Mineral fertilizers Plant residues Runoff and erosion Primary minerals (apatite) Organic phosphorus Microbial Plant residue Humus Plant uptake Mineral surfaces (clays, Fe and Al oxides, carbonates) Weathering Adsorption Immobilization Mineralization Soil solution phosphorus HPO4-2 H2PO4-1 Desorption Secondary compounds (CaP, FeP, MnP, AlP) Dissolution Leaching (usually minor) Precipitation

The Potassium Cycle Animal manures Crop and biosolids harvest Plant Component Input to soil Loss from soil The Potassium Cycle Animal manures and biosolids Crop harvest Plant residues Mineral fertilizers Runoff and erosion Exchangeable potassium Plant uptake Soil solution potassium (K+) Fixed potassium Mineral potassium Leaching

The Sulfur Cycle - Atmospheric sulfur Volatilization Atmospheric Component Input to soil Loss from soil The Sulfur Cycle Atmospheric sulfur Volatilization Atmospheric deposition Crop harvest SO2 gas Mineral fertilizers Plant residues Animal manures and biosolids Elemental sulfur Runoff and erosion Absorbed or mineral sulfur Plant uptake Oxidation Organic sulfur Bacterial oxidation Reduced sulfur Immobilization Sulfate Sulfur (SO4) Bacterial reduction Mineralization - Leaching

Florestas Ciclo de elementos em um ecossistema florestal e desenvolvimento futuro em função das variáveis atmosféricas – balanço hidrológico (PATTERSON,2007) LUIZAO,2007 CASTANEA – Simula ao mesmo tempo o balanço de carbono e hídrico das florestas (fotossíntese, respiração, fluxo e carbono, SOC e hidrologia)

A deposição média anual de serapilheira foi de 4 A deposição média anual de serapilheira foi de 4.519,1 kg ha-1, mostrando-se variável no decorrer dos três anos de estudos. O aporte total de macronutrientes ao solo, em kg ha-1 ano-1, foi de: 28,7 de Ca; 27,3 de N; 4,8 de Mg; 4,6 de K; 2,4 de S e 1,8 de P e o aporte de micronutrientes, em g ha-1 ano-1, foi de: 6.689,7 de Mn; 1.092,9 de Fe; 142,8 de Zn; 60,0 de B e 16,7 de Cu.

A hidrologia do solo nos Latossolos Amarelos sofre fortes variações sazonais, porém com pequenas mudanças no conteúdo de água do solo, devido a baixa disponibilidade de água nos solos predominantes (Nortcliff & Thornes 1981). A biomassa aérea da floresta foi estimada em 324 t ha-1 (Higuchi et al. 1998) teores de nutrientes aumentem da base da árvore para a copa: maiores estoques encontram-se nos troncos (46-57% para árvores com DAP até 45 cm e 28-53% para DAP > 45 cm); Os galhos mais finos (diâmetro até 1 cm) têm teores iguais ou similares aos das folhas da árvore (BIONTE 1997). A queda e a decomposição de liteira fina - maior entrada anual de nitrogênio (151 kg ha-1), de cálcio (37 kg ha-1) e de magnésio (14,2 kg ha-1) para o ecossistema chuvas - maior fonte de fósforo (5 kg ha-1) e o escoamento interno da floresta, pela lavagem da vegetação, constitui-se na maior entrada de potássio para o solo da floresta (24 kg ha-1) (Brinkmann 1989; Luizão 1989). Na floresta intacta, as perdas de nutrientes é reduzida para todos os nutrientes (Brinkmann 1989): estoque de liteira fina 7,9 t ha-1; estoque de liteira grossa nas Reservas do Cuieiras e INPA/SI: 30 t ha-1.

Fontes de água utilizadas globalmente e pelos principais setores (2000) Todos Água para beber Água da superfície Água da superfície Irrigação Indústria e energia Água da superfície Água da superfície WWDR 3, 2009

Importância das chuvas e da irrigação artificial na agricultura Mundo: 7,1 mil km 3 (80% Chuvas) 50 % de chuvas; 75 % de chuvas; 50 % de irrigação; 75 % de irrigação WWDR 3, 2009

Uso de água subterrânea para irrigação (1995-2005) Retirada anual (km3) Uso de água subterrânea para beber (1995-2005) Retirada anual (km3) WWDR, 2009

Água na Agricultura No nível de planta, o aumento da produtividade depende da melhoria do germoplasma: Aumento do vigor das sementes; Maior profundidade das raízes; Ampliar o nível de aproveitamento da colheita (harvest index – quantidade de partes comerciais da planta em relação a biomassa total) e; Melhorar a eficiência fotossintética O melhoramento genético das variedades modernas de grãos aumentou a eficiência no uso da água: Três vezes mais eficiente no arroz A engenharia genética vai permitir superar obstáculos para desenvolvimento de cultivares de maior produtividade e resistentes a seca FAO, 2010

Água na Agricultura No nível de propriedade rural, a maior produtividade demanda mudanças no gerenciamento de água e solos: Seleção de espécies e cultivares adequados; Melhores prática de plantio (nivelamento de solo etc); Plantio direto; Sincronizar a aplicação da água com a época mais sensível para o crescimento; Otimizar o sistema de drenagem para o controle do lençol freático Todas as práticas agrícolas que reduzam a evaporação da água (variação dos espaçamentos, cultivos temporários etc), influenciam, o aumento da produtividade hídrica das culturas; A melhoria do gerenciamento dos nutrientes aumenta proporcionalmente mais a produtividade do que a evapotranspiração – estão relacionadas; O stress hídrico pela falta de água diminui proporcionalmente menos a produtividade do que a transpiração FAO, 2010

Evolução da Área Disponível para Agricultura

Perdas de solo e água, a demanda química de oxigênio, a condutividade elétrica e o pH da enxurrada, associados à erosão entre sulcos, sob chuva simulada, em área cultivada sob semeadura direta e submetida às adubações mineral e orgânica. Os tratamentos estudados foram: (a) adubação mineral, constituída de NPK; (b) adubação orgânica, constituída de dejeto líquido de suíno – DLS; e (c) sem adubação ou testemunha - T. As maiores perdas de solo e água no experimento foram observadas no tratamento DLS, independentemente das chuvas simuladas (exceto a perda de solo na última chuva, que foi a mais elevada), com os tratamentos NPK e T tendo apresentado resultados semelhantes. Os valores mais elevados de demanda química de oxigênio, condutividade elétrica e pH da enxurrada também foram observados no tratamento DLS, enquanto os mais baixos ocorreram no tratamento T (exceto a demanda química de oxigênio no tratamento NPK, que também foi baixa), independentemente das chuvas simuladas.

Água Cinza O impacto da poluição da água pode ser medido através da quantificação dos volumes necessários para a diluição os resíduos lançados até o ponto em que a qualidade da água permanece abaixo de padrões de qualidade pré-estabelecidos; Água Cinza é o volume de água poluída que está associada a produção de bens e serviços;

Índice de Qualidade de Água Parâmetros convencionais: Temperatura; pH; Bactérias coliformes fecais; Total de sólidos em suspensão; Oxigênio dissolvido e; Nutrientes (N2, Fósforo etc) Observar ocorrência de eventos extremos na proximidade da data de coleta – distúrbios e desvios; Níveis de qualidade: Baixa preocupação: 80 a 100 pontos; Média preocupação: 40 a 79 pontos; Alta precocupação: até 39 pontos

Cobertura de saneamento básico nas zonas rurais (2006) Houve incremento de 779 milhões de pessoas atendidas por saneamento básico 1 bilhão de pessoas nas áreas rurais ainda praticam a defecação a céu aberto Cobertura de saneamento básico nas zonas rurais (2006) WHO/UNICEF, 2009

Atividades humanas que produzem nitrogênio inorgânico dissolvido, nitrogênio orgânico, fósforo inorgânico e fósforo orgânico nas zonas costeiras Antropogênica Antropogênica WWDR 3, 2009

Passivo Ambiental - Água Todo dia, 2 milhões ton de resíduos de esgoto são depositados nos cursos d’água. Nos países em desenvolvimento: 90 % de esgoto diretamente na água superficial; 70 % de lixo industrial sem tratamento na água superficial; As projeções do aumento do uso de fertilizantes para produção de alimentos, e os efluentes de resíduos líquidos, para as próximas 3 décadas, indica um incremento de 10 a 20 % do fluxo de nitrogênio dos rios para os ecossistemas costeiros Entre 1991 e 2000, mais de 650 mil pessoa morreram em 2,6 mil desastres naturais – 90 % relacionados com a água Contribuição do setor de alimentos para a produção de poluentes orgânicos da água Países de baixa renda Renda elevada UN WATER, 2010

http://www. google. com. br/imgres. imgurl=http://www. cgd. ucar http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.cgd.ucar.edu/research/profiles/images/2008/rosenbloom1.jpg&imgrefurl=http://www.cgd.ucar.edu/research/profiles/2009/rosenbloom.profile.html&usg=__V3q6vPsK0lNF_p5JzH28Y5B7oS0=&h=637&w=570&sz=148&hl=fr&start=63&um=1&itbs=1&tbnid=jIgJ26GdvTCY_M:&tbnh=137&tbnw=123&prev=/images%3Fq%3Dnutrient%2Bcycle%26start%3D42%26um%3D1%26hl%3Dfr%26sa%3DN%26rlz%3D1R2TSCA_frCA363%26ndsp%3D21%26tbs%3Disch:1

Política Nacional de PSA Política Nacional dos Serviços Ambientais, cria o Programa Federal de Pagamento por Serviços Ambientais e estabelece formas de controle e financiamento deste Programa. Parágrafo único. A Política Nacional dos Serviços Ambientais tem como objetivo disciplinar a atuação do Poder Público em relação aos serviços ambientais, de forma a promover o desenvolvimento sustentável e a aumentar a provisão desses serviços em todo território nacional.

Condições de participação – PSA Nacional Vedada a participação de uma mesma propriedade em mais de um dos subprogramas: Floresta; RPPN e; Água

Serviços Ambientais Os benefícios dos ecossistemas incluem: Serviços de suprimento: de necessidades como comida, água, madeira e fibras Serviços regulatório: que afetam clima, enchentes, doenças, resíduos e qualidade da água Serviços culturais: recreação, estética e espirituais Serviços de suporte: conservação da biodiversidade, formação de solo, fotosíntese e ciclagem de nutrientes Source: Millennium Ecosystem Assessment, 2005

Estado da Arte EUA / EPA (Environmental Protection Agency): Agência Nacional de Serviços Ambientais Comércio de créditos ambientais: Qualidade da água; Qualidade do ar; Biodiversidade

TMDL increasing number of so-called “ TMDLs” (Total Maximum Daily Loads) being developed by states and US EPA as mandated by the CWA. A TMDL is the maximum amount of pollution that a water body can assimilate without violating state water quality standards, and individual states determine the specific TMDLs for specific pollutants in specific bodies of water. TMDLs don’t just cover chemicals, but also things like temperature. In theory, they can act /as de-facto caps for emissions in cap-and-trade water schemes, and approaches based on TMDLs and a handful of other tools are already being tested across the United States. The calculations themselves are complex and the subject of much debate, but the existence of TDMLs identifies the sources and estimates the quantity of pollutants targeted for possible trading. This debate, in part, helps create the driver for a market – for in a well-structured market, the price of a pollutant will be tied to the actual amount of reduction necessary to meet the TMDL, and not to an arbitrary cap. Water quality trading can also occur on a “non-TMDL” waterbody (one that is not impaired or one that the government has not gotten around to developing a TMDL for), and trading can occur much sooner because nonpoint sources do not have to meet the TMDL minimum before a trade can occur. This is generally referred to as “pre-TMDL” trading. This allowance was made because the TMDL minimum threshold may, in many cases, be too high and too expensive for nonpoint sources to meet, and could discourage them from pursuing a trade.

Escritório de Serviços Ambientais O Departamento de Agricultura dos EUA (USDA), abriu o Escritório de Serviços e Mercados dos Ecosssitemas (Office of Ecosystem Services and Markets - OESM) em 2008, sob a batuta do Serviço Florestal de Sally Collins, destinado a introduzir os mecanismos de mercado nas políticas florestais do setor. UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE OFFICE OF THE SECRETARY WASHINGTON, D.C. 20250  December 15, 2008  SECRETARY’S MEMORANDUM 1056-001  Establishment of the Office of Ecosystem Services and Markets “os agricultores, fazendeiros e reflorestadores do País fornecem bens e serviços vitais para a sociedade – ativos naturais chamados de “serviços ambientais”. O Escritório de Serviços e Mercados dos Ecosssitemas vai permitir que os agricultores dos EUA tenham melhores condições de competitividade, comercializem os seus serviços por todo o mundo e produzam contribuições ainda mais significativas para o meio ambiente."

Política de MÚLTIPLOS SERVIÇOS AMBIENTAIS Redução do risco de fogo Eliminação de agrotóxicos Troca de matriz energética Recuperação de APP e ARL Desmatamento evitado Seqüestro de Carbono Conservação do Solo Conservação da Água Conservação da Biodiversidade Transição para uma agricultura de bases ecológicas

Inventário de Pegada Hídrica Operacional: o uso direto de água pela produção, manufatura ou atividades de suporte Pegada Hídrica da Cadeia Produtiva: o uso indireto de água ao longo da cadeia produtiva Fluxo de água virtual Fluxo de água virtual Fluxo de água virtual Processamento Distribuidor Consumidor Fazenda Água verde Água azul Água azul Água azul Água azul Água cinza Água cinza Água cinza Água cinza PH Operacional PH da Cadeia Produtiva PH do Uso final do Produto WFN, 2009

Perspectiva de Futuro WBCSD, 2009 Limitar a implantação de atividades pelo risco de escassez de água na bacia hidrográfica

Fazendas Verticais

Fazendas Verticais

Fazendas Verticais Ocupar espaços nas cidades; Produção agrícola, pecuária e florestal; Diminui gastos com transporte; Espaços verdes – reciclagem, limpeza do ar; Tendência para grandes cidades; Fazenda com 5 andares: US$ 20 a 30 milhões (Nova Iorque) (DESPOMMIER, 2003)

Fazenda Vertical Cidade com 50 mil pessoas: Animais, peixes e plantas em cultivo orgânico; Neutralidade em emissões (sólidas, líquidas e gasosas); Converter Água Cinza em água potável

Fazenda Vertical – 50 mil pessoas Produção: Alface; Pepino; Berinjela; Morango; Cenoura; Espinafre; Soja; Ervilha; Tomate; Trigo; Batata; Frango; Tilápia Gerenciamento de Resíduos: 2.380 m3 / ano

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