Variabilidade espacial da emissão de CO2 e atributos do solo no Cerrado da região do Mato Grosso do Sul

Abstract

[Resumo] A emissão de CO2 no solo (FCO2) é o resultado da interação entre os atributos físicos, químicos e biológicos do solo e tais interações por vezes torna o entendimento FCO2 complexo pois carregam em si os aspectos inerentes às correlações espaciais em diferentes escalas. Nesse sentido adotou-se a análise multifractal para a melhor compreensão dos padrões de variabilidade espacial entre FCO2 e demais atributos do solo. Os valores da emissão total de CO2 (ET), temperatura (Ts) e umidade do solo (Us) foram coletados por oito semanas em transectos contendo 128 pontos em áreas de pastagem degradada (PDr) e sistema silvipastoril (SSP) no Cerrado brasileiro. As variáveis analisadas foram: susceptibilidade magnética (SM), densidade do solo (Ds), macroporosidade (macro), microporosidade (micro), porosidade livre de água (PLA), estoque de carbono (EC), grau de humificação da máteria orgânica (HLIFS), teor de argila do solo (argila) e a estabilidade do carbono no solo (fator k). A análise multifractal conjunta foi adotada para o estudo das possíveis relações entre a ET e os atributos do solo em diferentes escalas. As maiores taxas de emissão foram observadas no SSP (2,91 Mg C-CO2 ha-1) assim como maior EC (40,11 Mg ha-1), teor de argila (623,69 g kg-1) e SM (54,95 10-8 m3 kg-1) quando comparada a PDr, cujos valores foram, respectivamente, 2,17 Mg C-CO2 ha-1, 18,80 Mg ha-1, 121,92 g kg-1 e 0,02 10-8 m3 kg-1). No entanto a Ts (23,80°C), fator k (0,11 dia-1) e HLIFS (3949,17 ua) foram maiores na PDr quando comparada aos valores do SSP (Ts=19,05ºC; fator k=0,07 dia-1; HLIFS=1166,23 ua). Os atributos Ds (1,59 g dm-3) e macro (0,18 m3 m-3) foram maiores na PDr, enquanto que no SSP a micro (0,43 m3 m-3) e PLA (16,76%) foram maiores em relação a PDr (0,17 m3 m-3 e 11,51%). O espectro da dimensão generalizada demonstrou que tanto no SSP quanto na PDr as variáveis de estudo apresentaram multifractalidade baixa. Por outro lado, o espectro de singularidade demonstrou que a variabilidade dos atributos do solo está concentrada nos menores valores destes visto que nas áreas de estudo a rama do respectivo espectro foi mais longa para a direita. Os resultados da análise multifractal conjunta demonstraram que tanto na PDr quanto no SSP as correlações entre a ET e os atributos do solo foram significativas (p<0,01). A análise multifractal demonstrou que a variabilidade da ET e dos atributos do solo são representados pelos menores valores destes com exceção para a macroporosidade no SSP e que, para o presente estudo, o comportamento da ET e dos atributos do solo apresentam multifractalidade baixa. A relação entre a emissão de CO2 e os atributos do solo responsáveis pela sua produção e transporte tanto na PDr quanto no SSP ocorrem em diferentes escalas.

[Resumen] La emisión de CO2 en el suelo (FCO2) es el resultado de la interacción entre las propiedades físicas, químicas y biológicas del mismo y tales interacciones, en ocasiones, dificultan la comprensión de la FCO2, ya que conllevan aspectos inherentes a las correlaciones espaciales a diferentes escalas. En este trabajo se utilizó el análisis multifractal para comprender mejor los patrones de variabilidad espacial entre la FCO2 y otros atributos del suelo. Los valores de emisión total de CO2 (ET), temperatura (Ts) y humedad del suelo (Us) fueron medidos durante ocho semanas en transectos que contienen 128 puntos en áreas de pasto degradado (PDr) y sistema silvopastoril (SSP) en el Cerrado brasileño. Las variables analizadas fueron: susceptibilidad magnética (SM), densidad del suelo (Ds), macroporosidad (macro), microporosidad (micro), porosidad libre de agua (PLA), stock de carbono (CE), grado de humificación de la materia orgánica (HLIFS) , contenido de arcilla del suelo (arcilla) y estabilidad del carbono del suelo (factor k). Se llevó a cabo un análisis multifractal conjunto para estudiar las posibles relaciones entre la ET y las propiedades del suelo a diferentes escalas. Las mayores tasas de emisión se observaron en SSP (2,91 Mg C-CO2 ha-1), así como los mayores contenidos de CE (40,11 Mg ha-1), contenido de arcilla (623,69 g kg-1) y SM (54,95 10-8 m3 kg-1) al compararlo con PDr, cuyos valores fueron, respectivamente, 2,17 Mg C-CO2 ha-1, 18,80 Mg ha-1, 121,92 g kg-1 y 0,02 10-8 m3 kg-1). Sin embargo, Ts (23,80°C), factor k (0,11 día-1) y HLIFS (3949,17 ua) fueron mayores en PDr en comparación con los valores de SSP (Ts=19,05ºC; factor k= 0,07 día-1; HLIFS= 1166,23 ua). Por otra parte, Ds (1,59 g dm-3) y macro (0,18 m3 m-3) fueron mayores en PDr, mientras que en SSP tanto micro (0,43 m3 m-3) como PLA (16,76%) fueron mayores en relación a PDr (0,17 m3 m-3 y 11,51%). El espectro de dimensión generalizada demostró que tanto en SSP como en PDr las variables estudiadas mostraron una baja multifractalidad. Por otra parte, el espectro de singularidad mostró que la mayor variabilidad de los atributos del suelo se concentra en los valores más bajos de éstos ya que, para los respectivos espectros, las ramas situadas hacia la derecha eran más alargadas. Los resultados del análisis multifractal conjunto evidenciaron que tanto en PDr como en SSP la correlación entre la ET y las propiedades del suelo fue significativa (p<0,01). Asimismo, el análisis multifractal reveló que la variabilidad de la ET y las propiedades del suelo está representada por sus valores más bajos, con excepción de la macroporosidad en el SSP. Además, en el presente estudio, el comportamiento de la ET y los atributos del suelo presentó una baja multifractalidad. La relación entre las emisiones de CO2 y las propiedades del suelo responsables de su producción y transporte tanto en PDr como en SSP ocurren a diferentes escalas.

[Abstract] Soil CO2 emission (FCO2) is the result of the interaction between the physical, chemical and biological attributes of the soil and such interactions sometimes make the FCO2 understanding complex because they carry the aspects inherent to spatial correlations at different scales. In this sense, multifractal analysis was adopted to better understand the patterns of spatial variability between FCO2 and other soil attributes. The values of total CO2 emission (ET), temperature (Ts) and soil moisture (Us) were collected for eight weeks in transects containing 128 points in degraded pasture areas (PDr) and silvopastoral system (SSP) in the Brazilian Cerrado. The variables analyzed were: magnetic susceptibility (SM), soil Bulk density (Bd), macroporosity (macro), microporosity (micro), water-free porosity (WFP), carbon stock (Cs), humification of the organic matter index(HLIFS), soil clay content (clay) and carbon stability in the soil ( factor k). The joint multifractal analysis was adopted to study the possible relationships between ET and soil attributes at different scales. The highest emission rates were observed in the SSP (2.91 Mg C-CO2 ha-1), as well as the highest EC (40.11 Mg ha-1), clay content (623.69 g kg-1) and SM (54.95 10-8 m3 kg-1) when compared to PDr, whose values were, respectively, 2.17 Mg C-CO2 ha-1, 18.80 Mg ha-1 121.92 g kg-1 and 0.02 10-8 m3 kg-1). However, Ts (23.80°C), factor k (0.11 day -1) and HLIFS (3949.17 ua) were higher in PDr when compared to SSP values (Ts = 19.05°C; factor k = 0.07 day-1; HLIFS = 1166.23 water). The attributes Ds (1.59 g dm-3) and macro (0.18 m3 m-3) were higher in the PDr, while in the SSP the micro (0.43 m3 m-3) and PLA (16.76%) were higher in relation to PDr (0.17 m3 m-3 and 11.51%). The spectrum of the generalized dimension showed that both in the SSP and in the PDr the study variables presented low multifractality. On the other hand, the singularity spectrum demonstrated that the variability of soil attributes is concentrated in the lowest values of these, since in the study areas the branch of the respective spectrum was longer to the right. The results of the joint multifractal analysis showed that both in the PDr and in the SSP the correlations between ET and soil attributes were significant (p <0.01). The multifractal analysis showed that the variability of ET and soil attributes are represented by the lowest values of these except for the macroporosity in the SSP and that for the present study the behavior of ET and soil attributes show low multifractality. The relationship between soil CO2 emission and the attributes of the soil responsible for its production and transport in both the PDr and the SSP occur at different scales.