candidato a phd: marcos d.b. watanabe orientador: enrique ortega curso de extensão, leia julho de...
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Candidato a PhD: Marcos D.B. WatanabeOrientador: Enrique Ortega
Curso de Extensão, LEIAJulho de 2011
Valoração de Serviços Ecossistêmicos utilizando a metodologia emergética: Cana-de-açúcar e floresta nativa
Escopo
Serviços ecossistêmicos
Importância da avaliação
Avaliação emergética de sistemas
Estudo de caso
Conclusões
Escopo
Serviços ecossistêmicos
Importância da avaliação
Avaliação emergética de sistemas
Resultados obtidos
Conclusões
Serviços ecossistêmicos
Ecossistemas são capazes de produzir bens e serviços que trazem benefícios aos seres humanos.
Produção de biomassa;
Purificação de água;
Provisão de alimentos e fibras;
Regulação climática;
Valores culturais e espirituais;
Etc...Indispensáveis para a sobrevivência humana
Influenciam diretamente as atividades econômicas
Avaliação Ecossistêmica do Milênio (ONU, 2001-2005):
24 serviços de ecossistemas
Serviços ecossistêmicos (SE)
Relatório Avaliação Ecossistêmica do Milênio (ONU, 2001-2005):
15 dos 24 serviços: degradados ou usados de forma não sustentável
Devastação dos ecossistemas nos últimos 50 anos supera qualquer destruição ocorrida em outra época da história da humanidade;
Purificação de água e do ar Pesca
Regulação climática
Extinção em massa de espécies (humana) comparável ao efeito do impacto de asteróide (parágrafo 11).
Serviços ecossistêmicos (SE)
Possível causa desta problemática mundial:
Não se atribui valor econômico ($) aos SE;
Substituição de ecossistemas por sistemas que produzem bens e serviços com valor de mercado:
www.marketwatch.comFonte: http://www.mof.go.jp/
1- Exploração dos estoques
2- Agricultura e pecuária
3- Sistemas urbanos, indústria
Expectativa da mudança de uso da terra (2000 – 2050)
Foley et al. 2005, NASA LCLUC Program.
Ocupação por pastagens/plantações
Serviços ecossistêmicos (SE)
Floresta natural
Serviços ecossistêmicos (SE)
E se o valor econômico dos SE fosse considerado ?
Prestadora de 14 (serviços) Regulação
climática Regulação distúrbios Regulação hídrica
Provisão Água
Controle erosão
Formação solo
Ciclo nutrientes
Tratam. resíduos
Matérias-primas
Alimentos
Controle biológico
Informação genética Recreação
Cultura
Valor:
2000 US$.ha-
1.ano-1
Costanza et al. (1997) - Revista Nature
Serviços ecossistêmicos (SE)
Valor (US$)
Variedade de serviços
Floresta Nativa
Alim
en
tos
Agricultura intensiva
E se o valor econômico dos SE fosse considerado ?
Produção de alimentos
Polinização
Controle biológico
Prestador de 3 (serviços)
Valor: 90 USD.ha-
1.ano-1
Costanza et al. (1997) - Revista Nature
Serviços ecossistêmicos (SE)
Serviços ecossistêmicos (SE)
Agricultura intensiva
Global: (30 mi)
El Salvador (10 mi)
México (90 mi)
Colômbia (4,5 mi)
Serviços ecossistêmicos (SE)
Projetos implementados (World Bank e Global Environmental Facility, GEF):
Costa Rica (41 mi)
Foto: Stefano Pagiola, World Bank
Foco destes investimentos: proteção qualidade da água, fixação de carbono e aperfeiçoamento de projetos agrícolas (agroflorestas).
Investimentos para estimular projetos em que usuários dos SE paguem para produtores dos SE (Payments for Ecosystem Services- “PES”)
http
://ep
tv.g
lobo
.com
/terr
adag
ente
Serviços ecossistêmicos (SE)
Pagamento por serviços ambientais (PSA)
Extrema –MG
“ Programa Produtor de água”
Pagamento aos pecuaristas pela proteção de nascentes de rios
http
://ep
tv.g
lobo
.com
/terr
adag
ente
Escopo
Serviços ecossistêmicos
Importância da avaliação
Avaliação emergética de sistemas
Resultados obtidos
Conclusões
Importância da
avaliação:
Cenário mundial
Instabilidade preços, não-renovabilidade Mudanças climáticas ‣ Protocolo de Kyoto
Expansão da cana-de-açúcar: demanda crescente por etanol ‣ biocombustíveis (renováveis?)
Brasil ‣ país-chave
São Paulo ‣ maior Estado produtor
Ano 2008 ‣ 2018 :
Área paulista de cana: 3,65 ‣ 5,45 milhões de hectares (~50%)
Competição com ecossistemas naturais
Importância da avaliação:
Considerando o valor monetário dos SE:
Pergunta: a expansão da agricultura intensiva (cana) representa uma vantagem econômica, ecológica e social?
Importância da avaliação:
Como mensurar esta perda sem usar metodologias econômicas neoclássicas? (que podem subestimar o valor )
X
Análise emergética
Vantagem frente à economia neoclássica: não atribui valores aos SE baseando-se em preferências humanas.
Importância da
avaliação:
Escopo
Serviços ecossistêmicos
Importância da avaliação
Avaliação emergética de sistemas
Resultados obtidos
Conclusões
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Contabilidade considera os fluxos de energia e materiais e não as preferências humanas;
Todos fluxos em base comum: joule de energia solar equivalente (seJ);
Atribui valores para serviços ecossistêmicos conforme investimento de energia da natureza para prover bens e serviços;
Possibilita a conversão de energia solar para valor monetário
‣
Howard Odum (1924-2002)
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Serviço ecossistêmico:
Dependente de processos biogeoquímicos (1 ou vários);
Processos que se repetem, constituindo ciclos em ecossistemas; Necessitam de energia para sua manutenção.
Precipitação
Escoamento Infiltração
Evapotranspiração
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Serviços ecossistêmicos avaliados no trabalho:
1.Ciclo da água
escassez e poluição da água doce;
emissões de gases de efeito estufa (CH4, CO2)
2.Ciclo do carbono
fertilização excessiva na agricultura e emissão de gases de efeito estufa (N2O)
3.Ciclo do nitrogênio
Ligados à 3 ciclos de materiais (alterados global e localmente):
Environmental Science and Policy
(2011)
Environmental Science and Policy
(2011)
Environmental Science and Policy
(2011)
Cálculo do valor dos SE sob uma perspectiva global
Total : 15.83 E24 sej . yr-1
Emergia renovável que movimenta os materiais na Biosfera (Buenfil, 2001; Brown & Ulgiati, 2004)
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Diagrama sistêmico do ciclo global da água
1 – Formação de nuvens 2 – Aquecimento (circulação nuvens) 3 – Precipitação (chuva) 4 – Reflexão solar (nuvens) 5 – Evaporação
6 – Congelamento de água (geleiras) 7 – Interceptação da chuva 8 – Escoamento superficial 9 – Escoamento de base
10 – Transpiração da vegetação 11 – Reflexão nas geleiras 12 – Derretimento gelo 13 – Efeito das marés em zonas costeiras
8’ – Escoamento Superficial agrícola 14-15 – Captação de água 17 - efluentes sem tratamento 18 – Confinamento em reservatórios
Atmosfera
Ecossistema Aquático
Antroposfera
Ecossistema Terrestre
Vapor (super)
saturado Aerossóis/
DMS
Massas de ar
4albedo
Oceanos
Geleiras
Rios/Lagos/brejos
Águas subterrâneas
(lençóis freáticos e aquíferos)
Água no solo
Vegetação
Agricultura Sistemas urbanos
Efluentes líquidos
Agroindústria
albedoÁgua
serapilheira
Água no solo
7'
Água em biomassa
Água em biomassa
Energia solar
Gravid.Lunar
Correntes marítimas FQ
Ap Bpventos
Calor interno
Zonas costeiras
2
31
6
5
117
12
10
5
8
9
10'8'
14
15
16
17
Represas18
13
Importância da avaliação:
Ciclo global da água
Importância da avaliação:
1a etapa: cálculo de valores globais
Valores dos processos hidrológicos
‣
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Fonte: Watanabe (2008)
Diagrama sistêmico do ciclo global do carbonoATMOSFERA
ECOSSISTEMA AQUÁTICO
ECOSSISTEMA TERRESTRE
CO2
CH4 CO
Energia solar
Vegetação
Água oceânica superficial
Solo
CO2(aq)
ANTROPOSFERA
Economia Humana
Agricultura
Solo
Carbono fóssil (petróleo, gás) e
hidratos de metano
Água Profunda
Algas e fitoplâncton
HCO3-
pH=8,0
Moluscos, conchasCaCO3
Ca++
Carbono Orgânico
Palhada
C orgânico
C orgânico
HCO3-
e Ca++
OH•
C orgânico
Carbono Orgânico
Decom-positores
Consumidores marinhos
Carbono Orgânico
Carbono Orgânico
Microoganismos e decompositores
Animais e outros consumidores
Carbono Orgânico
Carbono Orgânico
Microrg. e decompositores
Carbono Orgânico
rochas (silicato de
cálcio)
Elevação de temperatura COV’s
Vapor H20
H2CO3
3
4
XCO3-
CaCO3
C Org.
Solos inundados
C orgânico
Carbono Orgânico
Calor interno
Gravidade Lunar
2
5
8
6
7
10
12
7
10'12'
7'
17
1
1
1
1113
14
16
15
9
9
9'
18
1- Fotossíntese 2- Efeito estufa 3- Form. ácido carbônico 4- Precipitação ácida 5- Foto-oxidação 6- Formação exoesqueleto (CaCO3)
7- Decomposição de M.O. 8- Soerguimento 9- Respiração (CO2) 10- Trasporte C. Orgânico 11- Oxidação CH4 no solo
12- Decomposição 13- Intemperismo 14- Incêndios naturais 15- CH4 em solos inundados
7´: Decomposição de resíduos ec. 9´: emissão CO2 da economia 16- Queima de resíduos agrícolas 17- Queima de comb. fósseis
18 – Mudança de uso da terra
2’ – Aumento do forçamento radiativo
Ciclo global do carbono
1a etapa: cálculo de valores
globais
Valores dos processos do carbono:
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Fonte: Watanabe (2008)
NO3- ,
NO2-
NH4+ ,
NH3(aq)
N org.Plantas e algas macroscópicas
Algas cianofíceas
Peixes e outros consumidores
Decompo-sitores
3
N2O
Bactérias denitrificantes
Pseudomonas
4
N2
NO3- ,
NO2-
NH4+ ,
NH3(aq)
N org. VegetaçãoAnimais e outros
consumidores
Decompo-sitores
Bactérias denitrificantes
Pseudomonas
12
NH3 NOx
evaporação
Aerossol NO3
-
8
HNO3
(ÁCIDOS)
neutralização
Bact. (vida livre) Azotobacter e Clostridium
Bactérias fixadoras
Energia solar
10
14Uréia/uran
NH4+ ,
NH3NO3
- , NO2
-
Bactérias nitrificantes
Bactérias v.livre
13
raios
N org.(palha)
solo
solo
Decompo-sitores
Bact. Denitrif.
Economia Humana
Cana-de-açúcar
fixação
água
Radicais OH ?
N org.N org.
N org.
N org.
N org.
N org.
Gloeothece, Oscillatoria, Plectonema, Anabaena, Nostoc
Nitrosomonas e Nitrobacter
Rhizobium
Bactérias fixadoras
Rhizobium
(Azospirillum (Gluconacetobacter
N org.
Bactérias nitrificantes N
org.
Nitrosomonas e Nitrobacter
N org.
N org.
N org.
Bactérias fixadoras
N org.
OH ?
N org
Vapor água
Grav. Lunar
Calor interno
1
1N
org.
2
567
7
3411
11
10
34
Combust. fósseis
15
Diagrama sistêmico do ciclo global do nitrogênio
1-fixação biológica 2- nitrificação 3- decomposição 4-denitrificação 5-forçamento radiativo 6- fotólise 7- foto-oxidação
8- deposição atmosférica 9- neutralização de ácido 10-lixiviação 11-volatilização 12- incêndios naturais 13- fertilização artificial
14- queima de resíduos 15- queima de comb. fósseis
Importância da avaliação:
Ciclo global do nitrogênio
1a etapa: cálculo de valores
globais
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Valores dos processos de nitrogênio:
Fonte: Watanabe (2008)
Hierarquia de ciclos biogeoquímicos
Increasing values (Em$) for biogeochemical
processes
H.T. Odum’s proposed 6th Law of Energy (2000)
Hierarquia de ciclos biogeoquímicos
Escopo
Serviços ecossistêmicos
Importância da avaliação
Avaliação emergética de sistemas
Estudo de caso
Conclusões
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Importância da avaliação: Resultados
Áreas selecionadas:
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Importância da avaliação: Resultados
Serviços ecossistêmicos do ciclo da água:
Cana
Floresta
1479 US$.ha-1.ano-1
3929 US$.ha-1.ano-1
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Importância da avaliação: Resultados
Serviços ecossistêmicos do ciclo do carbono: Cana
Floresta
589 US$.ha-1.ano-1
113 US$.ha-1.ano-1
Mas Campos (2003) – saldo negativo (15 t eq. CO2) em sistema com queima (CO2, CH4, N2O) e solos (CO2).
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Importância da avaliação: Resultados
Serviços ecossistêmicos do ciclo do nitrogênio
Cana
Floresta
- 4082 US$.ha-1.ano-1
-1229 US$.ha-1.ano-1
-2450 USD.ha-
1.ano-1
Redução na percolação
de água
+ 476 * USD.ha-
1.ano-1
Incremento na fixação de carbono
(NPP)* Sem considerar perda pela colheita e emissões
do solo
- 2850 USD.ha-
1.ano-1
Aumento na lixiviação e runoff de N
do fertilizante
Floresta x Cana
-2450 USD.ha-
1.ano-1
Redução na percolação
de água
+ 476 * USD.ha-
1.ano-1
Incremento na fixação de carbono
(NPP)* Sem considerar a colheita, emissões da
queima e do solo
- 2850 USD.ha-
1.ano-1
Aumento na lixiviação e runoff de N
do fertilizante
Floresta x Cana
-2450 USD.ha-
1.ano-1
Redução na percolação
de água
+ 476 * USD.ha-
1.ano-1
Incremento na fixação de carbono
(NPP)* Sem considerar perda pela colheita e emissões
do solo
- 2850 USD.ha-
1.ano-1
Aumento na lixiviação e runoff de N
do fertilizante
Floresta x Cana
Escopo
Serviços ecossistêmicos
Importância da avaliação
Avaliação emergética de sistemas
Resultados obtidos
Conclusões
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Importância da avaliação: Conclusões
Avaliando o valor dos SE mais significativos (água, carbono, nitrogênio):
Ciclo de nitrogênioLixiviação e runoff de nitrogênio inorgânico: perdeu 2850 EM$.ha-1.ano-1
1- Expansão das áreas de cana-de-açúcar sobre regiões de floresta nativa é desvantajosa devido à alteração nos
SE:
2- Valores baseados na análise emergética podem embasar políticas públicas de cobrança/pagamento por SE nas
escalas local e global
Ciclo da água: Serviço de percolação de água: perdeu 2450 EM$.ha-1.ano-1
Ciclo do carbono: Serviço fixação de carbono na biomassa: ganhou 476 EM$.ha-1.ano-1
(mas o saldo no sistema em termos de CO2 equivalente foi negativo)
Importância da avaliação: Avaliação Emergética
Importância da avaliação: Sugestões:
1- Estudos futuros: SE em uma bacia hidrográfica
2 - Refinar valores emergia específica escala local
3 – Simular a dinâmica emergética em base diária
Obrigado!
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