Meandros da transposição

Ao contrário da blogosfera anglófona, os blogueiros de ciência brasileira parecem não se interessar muito pelos polêmicos assuntos locais. Até agora, não li nem um post sobre a importante questão da transposição das águas do rio São Francisco, que tanta atenção tem recebido da mídia, embora com raras intervenções de técnicos imparciais. Infelizmente, o fato que mais tem chamado a atenção é a teimosa greve de fome de um bispo católico que se opõe ao projeto, utilizando sua posição como líder religioso para influenciar nas decisões de um estado laico, o que por si só é um absurdo digno de extremistas de direita norte-americanos. Apesar destas palavras duras, também estou, a priori, contra a tal transposição. Considero-me um cientista e como tal, tiro minhas conclusões a cerca da realidade e dos fatos a partir de evidências científicas, quer alcançadas por mim, quer por pesquisadores capacitados em outras áreas do conhecimento. No caso da transposição, como não sou um especialista no assunto, minhas conclusões são em grande parte baseadas no trabalho do pesquisador da Fundação Joaquim Nabuco, João Suassuna, especialista em recursos hídricos do Nordeste e que vem pensando a questão da transposição há um bom tempo. Suassuna faz questionamentos de muita relevância, entre outras coisas, chama a atenção para o absurdo de trechos do canal a céu aberto em um clima semi-árido onde as perdas de água por evaporação podem estar próximos dos 2000 milímetros, apesar da pluviosidade flutuar em torno de 700mm; questiona a origem da energia para elevação da água em vários trechos; e chama a atenção para o fato de uma decisão que deveria ser eminentemente técnica estar tomando um rumo muito mais político. Esta é uma discussão séria, da qual se deveriam deixar afastados diferenças ideológicas, discursos demagógicos e miopia ambiental.

Plantas, dióxido de carbono e água doce

Comentei recentemente sobre o uso da água na agricultura e o que se tem feito para melhorar a eficiência no uso da água das espécies agrícolas. Aliás, estou devendo um post sobre as práticas agronômicas utilizadas para aumentar a eficiência com que as plantas cultivadas utilizam o recurso água. Mas isto fica mais para frente. Como já foi dito no supracitado post, o caminho por onde as plantas transpiram na forma de vapor a água água absorvida é o mesmo por onde ela absorve o CO2 (dióxido de carbono) necessário para que se realize a fotossíntese (produção de material vegetal utilizando como fonte de energia a luz do sol): os estômatos, microscópicas aberturas localizadas na superfície das folhas. A eficiência no uso da água é a quantidade de material vegetal produzida dividido pelo volume de água utilizado pelas plantas. Idealmente, deseja-se que os vegetais produzam o máximo de material utilizando um mínimo de água. Não é interessante, no entanto, aumentar demais a efeiciência no uso da água porque corre-se o risco de não se produzir suficiente comida no mundo: as plantas de deserto, como as cactáceas, são eficientíssimas ao usar a água mas a quantidade de material vegetal produzido é pequeno. Um dos fatores que influenciam a absorção de água pelas plantas é a concentração de CO2 ao redor das folhas: em geral, quanto maior esta concentração, menor é a abertura dos estômatos e menor a quantidade de água transpirada. Como a absorção da água do solo pelas plantas depende também de quanta água é perdida por transpiração, se se transpira menos, absorve-se menos água, que permanece em maior volume no solo. No post referido, citei que as principais formas de se perder água do solo são a infiltração profunda (percolação), o escoamento superficial, a evaporação e a transpiração das plantas (estas duas últimas somadas constituem a evapotranspiração). Depois que a água infiltra no solo, se não for evapotranspirada, ela percolará e alcançará corpos de água superficiais, principalmente rios. É exatamente isto o que prenuncia um trabalho publicado na Nature de amanhã. O artigo Projected increase in continental runoff due to plant responses to increasing carbon dioxide relata as previsões feitas a partir de modelos climáticos por uma equipe de pesquisadores ingleses encabeçada por Richard A. Betts utilizando um cenário em que os níveis de CO2 (principal gás causador do efeito estufa) são dobrados em relação aos níveis pré-industriais. Os resultados demonstraram que haveria um aumento médio de 6% no volume de água que alcançaria os corpos d’água superficiais (continental runoff), sugerindo que a futura escassez de água doce decorrente das mudanças climáticas globais talvez não sejam tão dramáticas quanto as previsões atuais sugerem, embora o risco de secas permaneça alto. Trabalho de grande relevância para qualquer um preocupado com o manejo e conservação de água, para uso agrícola ou não.

Adubando o oceano com ferro

Semana passada foi publicado na revista Nature o trabalho “Effect of natural iron fertilization on carbon sequestration in the Southern Ocean” por uma equipe de pesquisadores franceses encabeçada por Stéphane Blain. O trabalho relata o efeito de uma fertilização (“adubação”) natural de uma parte do Oceano Índico entre a Austrália e a África do Sul sobre o crescimento de um conjunto de organismos autotróficos (que produzem o próprio alimento por meio de fotossíntese) oceânicas conhecido como fitoplâncton. Há já algum tempo se sabe que o fitoplâncton é responsável pela maior produção primária do planeta, ou seja, a maior parte da fotossíntese realizada na Terra é feita por estas algas microscópicas. A fotossíntese é o processo pelo qual os organismos autotróficos (incluindo aí as plantas) convertem substâncias inorgânicas como água e gás carbônico (CO2) em substâncias orgânicas (principalmente açúcares) utilizando como fonte de energia a luz do sol. É por causa da fotossíntese que nós animais conseguimos comer e existir e é também devido a ela o fato de se ter tanto cuidado hoje com o desmatamento. A destruição de organismos que fotossintetizam impedem que eles capturem o CO2, principal responsável pelo efeito estufa, e ainda por cima libera mais CO2 para a atmosfera. Como o fitoplâncton é o maior responsável pela fotossíntese no planeta, qualquer alteração neste pode ter efeito sobre o clima terrestre. O trabalho publicado na Nature mostra um grande aumento na quantidade de fitoplâncton devido à disponibilização do ferro naquela área. O ferro, como uma série de outros elementos químicos, é considerado um nutriente essencial às plantas e outros organismos autotróficos e sua ausência ou pequena disponibilidade limitam o crescimento vegetal. Desde que o pesquisador J. H. Martin implicou a disponibilidade de ferro nos oceanos com o decréscimo de temperatura na última glaciação (no artigo “Glacial-interglacial CO2 change: The iron hypothesis” publicado na Paleoceanography 5, 1–13 (1990)) muitos têm teorizado que uma mega-adubação dos oceanos com ferro poderia reverter o efeito estufa ao aumentar a fotossíntese fitoplanctônica (sinteticamente, causar-se-ia uma eutroficação planetária). Da mesma forma que o excesso de CO2 na atmosfera esquenta o clima, a falta deste pelo seqëstro na fotossíntese faria o clima esfriar. O trabalho de S. Blaine e colaboradores vem demonstrar que a fertilização natural do oceano com ferro e outros macronutrientes pode afetar significativamente o teor de gás carbônico na atmosfera e embora não aconselhem a fertilização artificial como remédio para o efeito estufa, fazem-nos meditar o assunto.

Sustentabilidade da agricultura no semi-árido brasileiro III

Ao se abordar agroecossistemas (os campos de cultivo considerados como unidades ecológicas) sustentáveis em climas semi-áridos não se pode ignorar a questão fundamental de como harmonizar o conceito de semi-aridez, que pressupõe variabilidade climática, com o conceito de sustentabilidade, que pressupõe estabilidade de produção. Geralmente se considera que um agroecossistema, independente de sua localização, deve possuir três qualidades: produtividade, estabilidade e sustentabilidade.
Produtividade não se resume ao potencial produtivo de plantas ou animais mas é conseqüência da interação dos componentes agrícolas, ambientais e sociais do agroecossistema. A estabilidade seria a confiabilidade do sistema (propriedade) em produzir em quantidades suficientes para a manutenção dos agricultores. Sustentabilidade por sua vez seria a manutenção de um determinado nível de produtividade quando o sistema é submetido a uma força desestabilizadora, e esse nível de produtividade deve ser mantido por um longo prazo. Assim, parece que o conceito de sustentabilidade não exclui a variabilidade (a força desestabilizadora) mas requer a habilidade do agroecossistema em manter um certo nível mínimo de produção ainda que “estressado”. Apesar de as três qualidades acima descritas serem altamente desejáveis em um sistema agrícola, podem eventualmente entrar em conflito.
Ao se considerar impactos ambientais negativos advindos de práticas agrícolas em ambientes semi-áridos é importante, além de medir e registrar a extensão da degradação ambiental, desenvolver-se e modificar-se sistemas de produção para que eles se adeqüem, mantenham e restaurem os recursos naturais do ambiente a ser trabalhado quer com agricultura quer com pecuária ou outras modalidades de exploração agrícola de forma imaginativa e inovadora alicerçando-se na pesquisa científica. É necessário avaliar quão adequadas são alternativas tecnológicas desenvolvidas em climas temperados (ainda que em condições de semi-aridez) às condições muito diferentes e adversas de climas semi-áridos tropicais.
Geralmente os pesquisadores concordam que para chegar a ser sustentável um sistema de produção agrícola introduzido em uma região deve tentar imitar da forma mais eficiente possível características do ecossistema original tais como produção de biomassa, ciclos biogeoquímicos, padrões de uso de água e nutrientes. Quando essas características ou outras do sistema de produção agrícola se distanciam muito do que acontecia no ecossistema original, surgem os problemas de insustentabilidade e deterioração ambiental.
O requisito básico e indispensável para a agricultura sustentável em áreas de caatinga parece ser o abandono definitivo de práticas de desmatamento e queimadas extensivas, passando a fixar a agricultura, isto é, explorar uma mesma área de solo por períodos prolongados, após a geração e adoção de tecnologias que o permitam.
Uma equipe de pesquisadores da Embrapa Caprinos capitaneada por J. A. Araújo Filho oferece uma proposta de manejo da caatinga que pode servir tanto para a manutenção da sustentabilidade da produção agrícola quanto ao melhoramento da produção pecuária. A caatinga arbórea nativa de valor forrageiro sofreria um rebaixamento de seu dossel (copa) para permitir o melhor aproveitamento pelos rebanhos. Um segundo passo seria o raleamento da vegetação arbóreo-arbustiva, com a retirada das espécies sem valor forrageiro, medicinal ou ambiental, o que permitiria, pela diminuição do sombreamento, uma maior contribuição do estrato herbáceo na produção de fitomassa com valor forrageiro. O enriquecimento da caatinga com espécies introduzidas, notadamente as com alto teor de proteínas e bem adaptadas às condições edafo-climáticas da região seria a terceira etapa deste sistema de manejo.

Por que os solos empobrecem (quimicamente falando)

É comum ouvir-se falar em solos férteis e solos não férteis ou quimicamente pobres quando se considera a adequabilidade de terras para agricultura. Em posts em que discuti a formação dos solos, tem-se a impressão de que os nutrientes necessários ao crescimento dos vegetais está presente nos solos desde o início, a partir do intemperismo químico das rochas. Realmente, deve haver uma boa disponibilidade de nutrientes nos solos, afinal de contas, como se sustentam as florestas e outras formas de vegetação natural? Este problema já foi parcialmente abordado no post Solo pobre, vegetação exuberante, em que falo sobre a ciclagem de nutrientes em ambientes naturais mediada pela matéria orgânica do solo. O empobrecimento químico do solo, ou seja, a perda de elementos minerais nutrientes em geral ocorre de duas formas: o empobrecimento natural pelo intemperismo químico dos solos em regiões tropicais úmidas, ou em solos agrícolas em que boa parte da biomassa produzida pelas plantas é retirada do agroecossistema. Imaginem o empobrecimento que ocorre em solos agrícolas em regiões tropicais como o Brasil. A forma mais rápida de se repor os nutrientes no solo é pela adubação, quer seja com adubos minerais, que disponibilizam os nutrientes mais rapidamente mas cujo uso continuado e excessivo pode trazer conseqüências negativas à química e à física do solo, quer com adubos orgânicos, cuja disponibilização de nutrientes é mais lenta e gradual mas tem a vantagem de aumentar o teor de matéria orgânica do solo. Porém as coisas não são tão simples. O uso de adubos minerais tem causado aumentos consideráveis de matéria orgânica nos solos, auxiliando seqüestro de carbono nos solos, principalmente os adubos nitrogenados, e o uso excessivo de adubos orgânicos, como esterco de porco por exemplo, tem causado problemas de eutroficação em corpos d’água por excesso de fósforo. A natureza não é tão simples e maniqueísta quanto fazem crer neoobscurantistas travestidos em ambientalistas.

Solos e ciclos biogeoquímicos

Tenho recebido uma série de pedidos para abordar o controle exercido pelos solos sobre a ciclagem biogeoquímica dos elementos. O assunto é amplo, mas começarei a abordá-lo neste tópico. O papel do solo na ciclagem do carbono foi várias vezes citado aqui no Geófagos. A possibilidade de sustentar a vida vegetal, grande dreno do CO2 atmosférico, e a estabilização da matéria orgânica do solo são aspectos óbvios da influência do solo sobre a ciclagem deste elemento. No post anterior, a origem dos solos no Devoniano foi abordada. Alguns pesquisadores acreditam que uma gigantesca onda de extinções que ocorreram naquele período pode estar ligada ao aumento do intemperismo químico que deu origem aos solos. Quando os minerais das rochas originais são quimicamente decompostos, uma parte dos elementos químicos continua no sistema ao formarem novos minerais, uma outra parte no entanto é solubilizada e pode tanto ser retida pelos minerais de argila ou pela matéria orgânica do solo, ou pode ser levado pela água que infiltra o solo. Esta água lentamente atinge as águas subterrâneas (lençol freático) e outros corpos d’água (rios, lagoas) e finalmente o mar. Obviamente, esta água não é pura, ela leva em solução uma quantidade expressiva de elementos químicos, e a origem destes é predominantemente o intemperismo químico dos minerais. Alguns componentes dos minerais são mais facilmente carregados (cálcio, potássio, sódio, magnésio, por exemplo). Estes elementos servem como nutrientes para as plantas e outros organismos fotossintetizantes, como as algas. Antes da origem dos solos, as quantidades destes elementos que chegavam ao mar eram muito menores, porque não havia o intemperismo químico causado pelas plantas terrestres com a produção de ácidos orgânicos e ácido carbônico pelas raízes. Após a colonização dos continentes pelas mesmas, uma grande quantidade de elementos nutrientes chegou às águas oceânicas, causando uma inédita onda de crescimento de organismos marinhos. Quando estes organismos morriam, a decomposição de suas partes por outros microrganismos, um processo que utiliza oxigênio, causou escassez deste elemento nos oceanos, levando à morte um número imenso de organismos por asfixia. Este processo de enriquecimento de águas com elementos químicos nutrientes é o que se chama eutroficação ou eutrofização. O problema não é apenas o crescimento excessivo de algas e plantas aquáticas, mas o escasseamento do oxigênio quando o material morto começa a ser decomposto. Mas o surgimento dos solos obviamente não causaram só mortes. Há um grupo de algas unicelulares chamadas diatomáceas que provavelmente só surgiram por causa da existência dos solos. O elemento mais presente na composição dos minerais, tanto de solos quanto de rochas, é o silício. Apesar de boa parte do silício se manter no solo após a intemperização dos minerais das rochas, uma parte também é levada pelas águas. As diatomáceas têm ao redor de sua única célula, uma parede celular de silício, chamada frústula, que a protege e auxilia no seu processo de fotossíntese. Sem o silício, elas morrem. Antes do surgimento dos solos, os teores de silício nas águas eram muito menores do que hoje, e as diatomáceas não teriam condições de sobreviver. Elas só surgiram na face de Terra (ou melhor, do mar) após a intensificação do transporte de silício para o mar a partir dos solos que se formavam. (Continua)

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