Modelagem da decomposição e emissão de N20 de resíduos culturais com distinta composição química e quantidade
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Agronomia UFSM Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo Centro de Ciências Rurais |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/23108 |
Resumo: | Simulating the dynamics of carbon (C) and nitrogen (N) and nitrous oxide (N2O) emissions during decomposition of crop residues with distinct chemical composition on the soil surface (mulch) is essential to establish strategies to increase soil C stocks and reduce greenhouse gas (GHG) emissions in conservation tillage systems. The objective of the present study was to use the STICS model to: i) interpret the relationship between crop residue quality, location, and soil N content on C and N mineralization (Study 1); to test and improve the model performance in simulating the decomposition dynamics and N2O emissions with the use of two crop residues with different chemical composition and mass added to the soil surface in no-tillage system (Study 2). To achieve these objectives, two datasets were used: i) obtained in a laboratory incubation that evaluated the C and N mineralization of ten crop residues (C:N from 13 to 105) kept on the surface and incorporated into the soil and with and without the addition of N (9 and 77 mg N kg-1 soil); and ii) from a field experiment that evaluated C and N dynamics and N2O emission during decomposition of two crop residues (vetch and wheat) with different chemical composition and mass (3, 6 and 9 Mg DM ha-1). In the study 1, distinct parameters of the STICS decomposition submodule were optimized to describe the dynamics of C and N and to comprehend the effect of N availability on the functional characteristics of soil microbial biomass, allowing to estimate the available N content for surface residue decomposing microorganisms. The parameters CNbio (C:N ratio of microbial biomass), k (decomposition rate of plant residue), h (humification rate of microbial biomass), λ (decomposition rate of microbial biomass) showed significant correlation with the total available N content, defined as the sum of the N content present in the residue (100%) and soil which was 100% for incorporated residues and 24% for surface residues. Decreasing total N availability led to increase CNbio and decreasing k, h, and λ. These results are promising for describing the effects of N availability on C and N mineralization of crop residues. In study 2, the simulation modules for mulch decomposition and N2O emission of STICS were tested and optimized. STICS with its default parameterization failed to simulate decomposition and N2O emission. The simulation of mulch decomposition was improved without the use of contact function, establishing all mulch decomposable regardless of the mass of residue added. N2O emissions were optimized by defining a new function to determine denitrification potential in STICS, based on CO2 emissions to estimate C availability to denitrifiers (Dp = a CO2solo + b CO2res N:Cres). The changes made allowed the STICS model to improve the description of the mulch decomposition dynamics and the magnitude and temporal variability of N2O emissions after residue addition of crop residues with distinct chemical characteristics and mass on the soil surface. |
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Modelagem da decomposição e emissão de N20 de resíduos culturais com distinta composição química e quantidadeModeling decomposition and N2O emission from crop residues with different chemical composition and massModelo STICSÓxido nitrosoMineralização do NMulchSTICS modelNitrous oxideN mineralizationCNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLOSimulating the dynamics of carbon (C) and nitrogen (N) and nitrous oxide (N2O) emissions during decomposition of crop residues with distinct chemical composition on the soil surface (mulch) is essential to establish strategies to increase soil C stocks and reduce greenhouse gas (GHG) emissions in conservation tillage systems. The objective of the present study was to use the STICS model to: i) interpret the relationship between crop residue quality, location, and soil N content on C and N mineralization (Study 1); to test and improve the model performance in simulating the decomposition dynamics and N2O emissions with the use of two crop residues with different chemical composition and mass added to the soil surface in no-tillage system (Study 2). To achieve these objectives, two datasets were used: i) obtained in a laboratory incubation that evaluated the C and N mineralization of ten crop residues (C:N from 13 to 105) kept on the surface and incorporated into the soil and with and without the addition of N (9 and 77 mg N kg-1 soil); and ii) from a field experiment that evaluated C and N dynamics and N2O emission during decomposition of two crop residues (vetch and wheat) with different chemical composition and mass (3, 6 and 9 Mg DM ha-1). In the study 1, distinct parameters of the STICS decomposition submodule were optimized to describe the dynamics of C and N and to comprehend the effect of N availability on the functional characteristics of soil microbial biomass, allowing to estimate the available N content for surface residue decomposing microorganisms. The parameters CNbio (C:N ratio of microbial biomass), k (decomposition rate of plant residue), h (humification rate of microbial biomass), λ (decomposition rate of microbial biomass) showed significant correlation with the total available N content, defined as the sum of the N content present in the residue (100%) and soil which was 100% for incorporated residues and 24% for surface residues. Decreasing total N availability led to increase CNbio and decreasing k, h, and λ. These results are promising for describing the effects of N availability on C and N mineralization of crop residues. In study 2, the simulation modules for mulch decomposition and N2O emission of STICS were tested and optimized. STICS with its default parameterization failed to simulate decomposition and N2O emission. The simulation of mulch decomposition was improved without the use of contact function, establishing all mulch decomposable regardless of the mass of residue added. N2O emissions were optimized by defining a new function to determine denitrification potential in STICS, based on CO2 emissions to estimate C availability to denitrifiers (Dp = a CO2solo + b CO2res N:Cres). The changes made allowed the STICS model to improve the description of the mulch decomposition dynamics and the magnitude and temporal variability of N2O emissions after residue addition of crop residues with distinct chemical characteristics and mass on the soil surface.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA simulação da dinâmica do carbono (C) e nitrogênio (N) e da emissão de óxido nitroso (N2O) durante a decomposição de resíduos culturais com composição química distinta na superfície do solo (mulch) é essencial para estabelecer estratégias para aumentar os estoques de C no solo e reduzir a emissão de gases do efeito estufa (GEE) em sistemas de cultivo conservacionistas. O objetivo do presente estudo foi utilizar o modelo STICS para: i) interpretar a relação entre a qualidade, localização dos resíduos culturais, e o conteúdo de N no solo sobre a mineralização do C e N (Estudo 1); ii) testar e melhorar a performance do modelo na simulação da dinâmica de decomposição e emissão de N2O com o uso de dois resíduos culturais com distinta composição química e quantidades adicionadas na superfície do solo em sistema plantio direto (Estudo 2). Para atingir estes objetivos, foram utilizados dois conjuntos de dados: i) obtidos em uma incubação de laboratório que avaliou a mineralização do C e do N de dez resíduos culturais (C:N de 13 a 105) mantidos na superfície e incorporados ao solo e com e sem a adição de N (9 e 77 mg N kg-1 solo); e ii) oriundos de um experimento de campo que avaliou a dinâmica do C e N e a emissão de N2O durante a decomposição de dois resíduos culturais (ervilhaca e trigo) com distinta composição química e quantidades (3, 6 e 9 Mg MS ha-1). No estudo 1, distintos parâmetros do submodelo de decomposição de STICS foram otimizados para descrever a dinâmica do C e N e compreender o efeito da disponibilidade de N nas características funcionais da biomassa microbiana do solo, permitindo estimar o conteúdo de N disponível para os microrganismos decompositores dos resíduos em superfície. Os parâmetros CNbio (relação C:N da biomassa microbiana), k (taxa de decomposição do resíduo), h (taxa de humificação da biomassa microbiana), λ (taxa de decomposição da biomassa microbiana) apresentaram correlação significativa com o conteúdo total de N disponível, definido como a soma do conteúdo de N presente no resíduo (100%) e do solo que foi de 100% para resíduos incorporados e de 24% para os resíduos em superfície. O decréscimo da disponibilidade total de N levou ao aumento da CNbio e o decréscimo de k, h e λ. Esses resultados são promissores para descrever os efeitos da disponibilidade de N na mineralização do C e N de resíduos culturais. No estudo 2, os módulos de simulação da decomposição do mulch e emissão de N2O de STICS foram testados e otimizados. STICS com sua parametragem padrão falhou em simular a decomposição e a emissão de N2O. A simulação da decomposição do mulch foi melhorada sem o uso da função contato, estabelecendo todo o mulch decomponível independentemente da quantidade de resíduo adicionada. As emissões de N2O foram otimizadas com a definição de uma nova função para determinar o potencial de desnitrificação em STICS, baseado nas emissões de CO2 para estimar a disponibilidade de C para os desnitrificadores (Dp = a CO2solo + b CO2res N:Cres). As alterações realizadas no modelo STICS melhoraram a descrição da dinâmica de decomposição do mulch e a magnitude e variabilidade temporal das emissões de N2O após adição de resíduos culturais com características químicas e quantidades distintas na superfície do solo.Universidade Federal de Santa MariaBrasilAgronomiaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Ciência do SoloCentro de Ciências RuraisGiacomini, Sandro Joséhttp://lattes.cnpq.br/1112466940331009Tornquist, Carlos GustavoWeiler, Douglas AdamsSchenato, Ricardo BergamoPilecco, Getúlio EliasChaves, Bruno2021-12-02T14:53:25Z2021-12-02T14:53:25Z2021-07-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/23108ark:/26339/00130000065mhporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2021-12-03T06:03:55Zoai:repositorio.ufsm.br:1/23108Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2021-12-03T06:03:55Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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