Using daycent model to simulate nitrous oxide fluxes and soil carbon stocks after organic fertilizers addition under no-tillage
| Autor: | Pilecco, Getúlio Elias |
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| Přispěvatelé: | Giacomini, Sandro José, Cerri, Carlos Eduardo Pellegrino, Tornquist, Carlos Gustavo, Weiler, Douglas Adams, Schenato, Ricardo Bergamo |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2017 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) instacron:UFSM |
| Popis: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The application of organic residues from pig and poultry farming in no-till is a common practice in southern Brazil for nutrient cycling. Although this practice has a positive effect on crops productivity and soil C accumulation their use may promote nitrous oxide (N2O) emission. The spatial and temporal analysis of this practice effects on N2O emission and soil C stocks can be performed using mathematical models. The objective of this study was to calibrate and validate the DAYCENT model to simulate N2O emission and C stocks using organic fertilizers in a Typic Paleudalf carried out under in no-tillage at Central Depression region of Rio Grande do Sul. The model was calibrated with data from an experiment conducted over two years with the following treatments: mineral fertilizer (NPK); poultry manure (CF); pig deep litter (CSS); and control without use of nitrogen fertilizer (Control). Model validation was performed with data from a long-term experiment with the following treatments: NPK; CSS; residual CSS (CSSR) and Control. The soil water content and soil temperature, aboveground biomass, grain yield, soil C stock, mineral nitrogen and N2O fluxes simulated by DAYCENT were compared to measured data. The model performance was evaluated by statistical tests root mean square error (RMSE), relative error (E), and mean difference (M) followed by t test. After validation, the model was used to simulate alternative scenarios of fertilization management with CSS in no-tillage. The DAYCENT model was able to predict successfully soil temperature, soil volumetric water content, crop yields and soil C stock. The model systematically underestimated soil nitrate (NO3-) content in fertilized treatments, even after changing fixed parameters controlling soil N leaching. Despite the model inability to simulate daily N2O fluxes, DAYCENT was able to predict cumulative N2O emission reasonable well. The DAYCENT model performance to simulate N2O emissions using organic fertilizer could be improved increasing parameters sensitivity that controls C labile fraction and lignin content in organic residues, as well as parameters of soil N leaching. Lon-term simulations of CSS addition showed continuing application of this organic residue in no-tillage could increase soil C stocks. However, this beneficial effect could be offset by higher N2O emission due using of CSS. The combination of organic residues with mineral nitrogen source is a strategy for reducing N2O emissions. A aplicação de resíduos orgânicos oriundos da suinocultura e avicultura em plantio direto é uma prática comum no sul do Brasil para ciclagem de nutrientes. Embora essa prática tenha efeito positivo sobre a produtividade das culturas e o acúmulo de C no solo seu uso pode favorecer a emissão de óxido nitroso (N2O). A análise espacial e temporal do efeito dessa prática sobre a emissão de N2O e os estoques de C no solo pode ser realizada através de modelos matemáticos. O objetivo desse estudo foi calibrar e validar o modelo DAYCENT para simular a emissão de N2O e os estoques de C com o uso de adubação orgânica em plantio direto em um Argissolo da Depressão Central do Rio Grande do Sul. O modelo foi calibrado com dados obtidos em um experimento conduzido durante dois anos com os seguintes tratamentos: adubação mineral (NPK); cama de frango (CF); cama sobreposta de suínos (CSS); e controle sem o uso de fertilizante nitrogenado (Controle). A validação do modelo foi realizada com dados obtidos em um experimento de longa duração nos seguintes tratamentos: NPK; CSS; CSS residual (CSSR) e Controle. O conteúdo de água e temperatura do solo, biomassa da parte aérea, rendimento de grãos, estoque de C no solo, N mineral e fluxos de N2O simulados pelo DAYCENT foram comparados com os dados mensurados. O desempenho do modelo foi avaliado através dos testes estatísticos raiz quadrada do erro médio (RMSE), erro relativo (E) e diferença média (M) seguida de teste t. Após a validação o modelo foi usado na simulação de cenários alternativos de manejo da adubação com a CSS em plantio direto. O modelo DAYCENT mostrou-se capaz de predizer satisfatoriamente a temperatura do solo, conteúdo volumétrico de água do solo, rendimento de grãos das culturas e o estoque de C no solo. O modelo subestimou sistematicamente os níveis de nitrato (NO3-) no solo nos tratamentos fertilizados mesmo com a alteração de parâmetros fixos controladores da lixiviação de N no solo. Apesar da dificuldade do modelo em simular os fluxos médios diários DAYCENT foi capaz de predizer as quantidades cumulativas de N2O. O desempenho do modelo DAYCENT na simulação das emissões de N2O nos tratamentos com fertilização orgânica pode ser melhorado com o aumento da sensibilidade de parâmetros controladores da fração de C lábil e lignina presente no material orgânico adicionado, juntamente com a alteração de parâmetros fixos controladores da lixiviação de N no solo. A simulação de cenários futuros de uso da CSS mostrou que a aplicação continuada desse resíduo orgânico em plantio direto resulta em aumento no estoque de C do solo. No entanto, esse efeito benéfico é parcialmente neutralizado pelo aumento na emissão de N2O devido ao uso da CSS. A combinação de adubação orgânica com a fertilização nitrogenada mineral é uma estratégia para reduzir as emissões de N2O. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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