José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Transformar pastos degradados em áreas férteis é um caminho prático para unir a produção pecuária à sustentabilidade ambiental. Experimentos de longa duração realizados no interior paulista revelam que ajustes simples no cuidado com o solo e na quantidade de animais não apenas recuperam a produtividade da terra, mas a convertem em um eficiente reservatório de carbono. Além de beneficiar o produtor, essa linha de pesquisa desenvolveu métodos mais simples e baratos para medir o carbono retido no solo, facilitando o futuro acesso de fazendeiros ao mercado de créditos de carbono.

Os estudos fazem parte do Projeto Temático “Entendendo sistemas intensificados e integrados de produção: do mundo quântico à agricultura de baixa emissão de carbono”, apoiado pela FAPESP por meio do Programa FAPESP de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais (PFPMCG), e coordenado pelo físico Ladislau Martin Neto, pesquisador da Embrapa Instrumentação, unidade de pesquisa da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária focada em unir a física, a química, a ciência dos materiais e as engenharias ao setor agropecuário.

Para entender o impacto prático do manejo na retenção de carbono no solo, os pesquisadores compararam diferentes cenários de produção. As áreas avaliadas variaram desde pastagens degradadas – caracterizadas pela ausência de adubação e pelo pastejo contínuo do gado – até sistemas com diferentes níveis de tecnologia e intervenção. Esses modelos recuperados incluíram a chamada “intensificação moderada”, que combina a correção da acidez do solo, uso de fertilizantes e uma quantidade equilibrada de animais no pasto, e sistemas de alta intensificação, submetidos a irrigação artificial, doses elevadas de nitrogênio e uma grande densidade de gado.

“Em uma das áreas estudadas, caracterizada como de moderada intensificação, o estoque de carbono no primeiro metro do solo [a partir da superfície] aumentou de 102 para 162 toneladas por hectare entre 2011 e 2020 – um acréscimo médio de aproximadamente 2 toneladas de carbono por hectare ao ano [em relação ao estoque da pastagem degradada]. Análises permitiram demonstrar que parte importante desse carbono adicional veio da própria forrageira [capim destinado à alimentação animal] cultivada na pastagem”, conta Martin Neto.

A pesquisadora Patrícia Perondi Anchão Oliveira, que lidera a condução do experimento, explica que o modelo vencedor em acúmulo de carbono (com doses moderadas de adubo e lotação equilibrada) não exige tecnologias inacessíveis. Pelo contrário, ele comprova a eficiência de uma fórmula familiar ao produtor brasileiro: a união de capins adaptados ao nosso clima com o gado de origem indiana, como o nelore. “Esse já é um caso de sucesso na pecuária brasileira, um sistema amplamente adotado pelos pecuaristas”, comenta a pesquisadora, ressaltando o potencial ambiental dessa base produtiva quando aliada ao manejo correto do solo.

Sistema tradicional de produção, com área de pastagem degradada (foto: Rolando Pasquini Neto)

O objetivo dos pesquisadores foi descobrir não apenas quanto carbono havia sido acumulado no solo, mas como ele estava armazenado. Depois de mais de duas décadas de manejo, a pastagem apresentou 148 toneladas de carbono por hectare na forma de matéria orgânica associada aos minerais do solo, contra 92 toneladas na pastagem degradada. O resultado mostra o grande potencial de recuperação de áreas já convertidas para a pecuária. A relevância do achado está justamente em mostrar que é possível recuperar a qualidade de solos já degradados e aumentar sua capacidade de armazenar carbono sem que isso implique avançar sobre áreas de vegetação nativa.

O título do projeto reúne duas vertentes que parecem, à primeira vista, muito distantes. De um lado está o “mundo quântico”, no qual técnicas derivadas da física permitem investigar átomos, moléculas e interações entre a matéria orgânica e os minerais. Do outro, estão as extensas áreas de pastagens e o desafio de produzir com maior eficiência e menor emissão de gases de efeito estufa. É justamente a ligação entre essas escalas que orienta uma parte importante do projeto.

“Trata-se de usar técnicas avançadas, como espectroscopias e outras, para pensar em uma situação real que beneficie simultaneamente o sistema produtivo e o planeta e motive a adoção pelo produtor”, diz Martin Neto.

Segundo o pesquisador, os resultados – publicados na revista científica Geoderma – oferecem a perspectiva de remunerar produtores rurais pelo carbono adicional armazenado no solo de pastagens bem manejadas, por meio da geração e venda de créditos de carbono. Para isso, porém, é preciso demonstrar de forma confiável quanto carbono foi efetivamente incorporado ao solo e permanece ali.

Onde o carbono se esconde

Como explica Martin Neto, o solo é um ambiente extraordinariamente complexo. A matéria orgânica representa apenas uma pequena fração de sua massa, distribuída de forma extremamente heterogênea. “Saber que o teor de carbono aumentou, portanto, não responde a uma questão central para a mitigação climática. Esse carbono permanecerá ali por longo tempo ou será logo emitido para a atmosfera na forma de CO₂?”, questiona o pesquisador.

É preciso levar em conta que a matéria orgânica do solo se encontra em diferentes estágios de decomposição. Uma parte pode ser rapidamente metabolizada pelos microrganismos e devolver o carbono à atmosfera. Outra pode estabelecer interações com partículas minerais, especialmente argilas e óxidos de ferro e alumínio. Formam-se então associações organominerais que dificultam a decomposição e favorecem uma permanência mais longa do carbono no solo.

“Hoje, sabemos pela ciência que um dos mecanismos mais importantes é justamente a associação da matéria orgânica com o componente mineral. Por meio de ligações e interações químicas, esse carbono pode ser retido por longo tempo. É isso que estamos procurando demonstrar”, resume o pesquisador.

Para enxergar essas estruturas em escala nanométrica, os pesquisadores recorreram a uma técnica denominada espectrometria de massa de íons secundários (NanoSIMS). Como o equipamento utilizado ainda não está disponível na América do Sul, as análises foram feitas na Universidade Técnica de Munique (TUM), na Alemanha, com apoio da FAPESP, durante estágio do hoje pós-doutorando Lucas Raimundo Bento.

A técnica produz mapas químicos em escala nanométrica, permitindo localizar matéria orgânica e elementos minerais em partículas individuais do solo, e revelou algo inesperado. Apesar dos grandes estoques de carbono, as manchas de matéria orgânica cobriram apenas uma pequena fração das superfícies minerais observadas. Nas condições avaliadas, a cobertura chegou, no máximo, a cerca de 3% da superfície mineral na camada superficial.

“O resultado mostra que a formação da matéria orgânica associada aos minerais não depende simplesmente da existência de carbono e de superfícies minerais disponíveis. A entrada de compostos orgânicos no solo e a atividade dos microrganismos têm papel decisivo no processo. A pequena proporção ocupada também indica que, nas condições estudadas, ainda existe ampla superfície mineral disponível para novas associações com matéria orgânica, sugerindo potencial para aumentos adicionais do estoque de carbono”, comenta Martin Neto.

Carbono e fertilidade

O ganho não é apenas climático. A matéria orgânica desempenha papel central na fertilidade dos solos tropicais altamente intemperizados – ou seja, desgastados pela ação contínua da chuva e do calor, o que os torna naturalmente mais pobres em nutrientes. Um indicador importante é a capacidade de troca catiônica (CTC), que expressa, de forma simplificada, a capacidade do solo de reter nutrientes eletricamente carregados, como cálcio, magnésio e potássio, deixando-os disponíveis para as plantas. Na camada superficial, até 5 centímetros de profundidade, a CTC da pastagem bem manejada foi aproximadamente 250% maior do que a da pastagem degradada.

“O carbono constitui aproximadamente metade da estrutura química da matéria orgânica do solo – componente fundamental para sua fertilidade e atividade biológica. Às vezes, o produtor rural ouve falar em carbono e pensa: ‘Não tenho nada a ver com isso’. Mas estamos falando de matéria orgânica. E a matéria orgânica é a vida do solo. Nos solos tropicais, nos quais a fração mineral pode apresentar capacidade relativamente baixa de reter nutrientes, a matéria orgânica assume importância ainda maior. Aumentá-la significa melhorar a retenção de nutrientes e favorecer a produtividade”, argumenta o pesquisador.

Forma-se assim um círculo potencialmente virtuoso: o manejo adequado aumenta a cobertura vegetal; mais biomassa significa maior entrada de resíduos e raízes no solo; parte desse material é transformada pelos microrganismos e estabilizada junto aos minerais; e isso, além de reter carbono, melhora as condições para nova cobertura vegetal.

Mas qual é o limite desse processo? Quanto mais intensiva a produção animal maior o armazenamento de carbono? Os resultados mostram que não.

Em outro estudo, publicado na revista Soil & Tillage Research, também oriundo do experimento de campo de longa duração dos sistemas intensificados de pastagens, os pesquisadores compararam diferentes combinações de fertilização nitrogenada, irrigação e lotação animal. Uma das áreas recebeu alta quantidade de nitrogênio, irrigação e elevada quantidade de animais. Outra também recebeu alta fertilização e alta lotação, mas foi mantida em regime de sequeiro (sistema de cultivo sem irrigação artificial, que depende essencialmente da água das chuvas). Uma terceira recebeu 200 quilos de nitrogênio por hectare ao ano e foi submetida a lotação moderada. Foi esta última que apresentou o melhor resultado.

Na pastagem degradada, o estoque foi de cerca de 102 toneladas de carbono por hectare no primeiro metro do solo. No sistema de alta lotação sem irrigação, chegou a 139 toneladas. Com lotação moderada, atingiu 162 toneladas por hectare. Já a intensificação mais elevada, combinando irrigação, alta fertilização nitrogenada e alta lotação, permaneceu em 111 toneladas e não apresentou aumento significativo em relação à pastagem degradada. “O resultado é interessante porque a pastagem que deu o melhor acúmulo de carbono não foi aquela em que colocamos mais nitrogênio nem aquela com maior lotação animal. O equilíbrio parece ser o mais importante”, afirma Martin Neto.

Há uma explicação biológica plausível. Quando a pressão de pastejo é muito alta, os animais removem uma parcela maior da biomassa e reduzem a capacidade de recuperação das plantas. Com uma lotação moderada, a forrageira consegue recompor mais rapidamente sua parte aérea e seu sistema radicular, aumentando a quantidade de carbono introduzida no solo.

Para comprovar isso, os pesquisadores analisaram a “assinatura isotópica” do carbono – uma espécie de impressão digital química deixada pelas plantas no solo. Funciona assim: durante a fotossíntese, as árvores da mata original e os capins da pastagem absorvem versões ligeiramente diferentes do elemento carbono presentes na atmosfera. Ao analisar a terra, os cientistas conseguem ler essa marca e distinguir com precisão matemática qual parte do carbono armazenado ali é uma herança antiga da floresta e qual parte foi recém-injetada pelas raízes da forrageira.

Essa estratégia permite distinguir o carbono remanescente da vegetação original daquele incorporado posteriormente pela pastagem. E a comparação entre os sistemas de alta e moderada lotação apontou vantagem para o segundo. Os lotes sob lotação moderada somaram 52 toneladas de carbono por hectare nos primeiros 30 centímetros do solo, contra 37 toneladas no sistema de alta lotação. “Aprofundando a medição a até 1 metro abaixo da superfície, verificamos, pela análise isotópica, que esse aporte de carbono estava vindo substancialmente das gramíneas”, destaca Martin Neto.

Além do interesse que apresentam para a gestão ambiental, esses resultados têm implicação econômica. Menos fertilizantes nitrogenados significam menor custo, enquanto a lotação adequada preserva a capacidade de recuperação natural do pasto. O ponto mais favorável para o armazenamento de carbono não parece estar, portanto, na maximização isolada de nenhum dos insumos, mas no equilíbrio entre produção de biomassa, consumo pelos animais e restituição de matéria orgânica ao solo.

Medir sem abrir trincheiras

Mas demonstrar que determinado manejo sequestra carbono é apenas uma parte da história. Para que essa remoção possa ser contabilizada em programas climáticos ou remunerada por meio de créditos de carbono, é preciso medi-la de forma confiável, repetível e economicamente viável. E aqui surge um obstáculo de escala. O método de referência internacional exige determinar tanto a concentração de carbono como a densidade do solo. Para isso, frequentemente, são abertas trincheiras de até 1 metro e retiradas amostras deformadas e indeformadas do solo. A análise do carbono pode exigir equipamentos laboratoriais, gases de alta pureza ou procedimentos químicos. Repetir esse protocolo em áreas muito extensas torna-se caro e operacionalmente difícil. Um terceiro estudo, publicado em abril no Microchemical Journal, propôs uma alternativa baseada na espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS).

Ele busca justamente tornar mais rápida e barata essa etapa de medição, relato e verificação, utilizando a NIRS para estimar os estoques de carbono. A NIRS faz isso medindo como a amostra absorve e reflete diferentes comprimentos de onda do infravermelho próximo, padrão que pode ser correlacionado à quantidade de matéria orgânica presente. A tecnologia pode, assim, contribuir para transformar o carbono adicional retido no solo em vantagem econômica. A solidez dos resultados se deve aos experimentos de longa duração. E isso é essencial porque mudanças nos estoques de carbono do solo são lentas e podem ser mascaradas por variações de curto prazo.

“A técnica utiliza radiação na faixa do infravermelho, de 780 a 2.500 nanômetros, que é aplicada na amostra de solo e registra como diferentes comprimentos de onda são absorvidos. O espectro resultante contém informações sobre os grupos químicos constituintes da amostra, incluindo constituintes da matéria orgânica e minerais dos solos. Com modelos matemáticos adequadamente calibrados, essas informações podem ser relacionadas ao estoque de carbono presente no solo”, explica Martin Neto, que supervisionou o bolsista de pós-doutorado da FAPESP, Vitor da Silveira Freitas, na execução do estudo que levou à publicação.

A inovação do estudo simplificou o trabalho de campo. No método convencional, calcular o estoque de carbono exige medir duas coisas separadamente: a quantidade de carbono e a densidade do solo. Medir a densidade é a etapa mais trabalhosa, pois o cientista precisa retirar blocos de terra totalmente intactos (as chamadas “amostras indeformadas”) usando cilindros de metal. O grande diferencial do novo método foi usar a tecnologia NIRS para calcular o carbono total de uma só vez, pulando a medição da densidade. Com isso, os pesquisadores podem usar simplesmente terra solta (a “amostra deformada”), que é coletada de forma rápida, sem a necessidade de escavar grandes trincheiras para extrair blocos intactos (leia mais em: agencia.fapesp.br/56996).

Foram analisadas 576 amostras provenientes de outro experimento de campo de longa duração, chamado de consórcio de pastagem com feijão-guandu, também conduzido pela pesquisadora Anchão de Oliveira. Foram 480 amostras usadas para calibrar o modelo e 96 para validá-lo. Os estoques calculados pelo método espectroscópico não apresentaram diferença estatisticamente significativa em relação aos obtidos pelo método de referência internacional. Na prática, em vez de abrir trincheiras e retirar amostras indeformadas, é possível coletar solo com trado – instrumento usado para perfurar o solo e retirar amostras em diferentes profundidades –, secá-lo, peneirá-lo e obter o espectro em equipamentos NIRS já disponíveis em muitos laboratórios.

O modelo ainda não é universal. Como foi calibrado com amostras provenientes de condições relativamente homogêneas, terá de incorporar solos de diferentes regiões, texturas, estruturas mineralógicas e sistemas de manejo antes de poder ser aplicado amplamente no território brasileiro. Esse é um dos próximos passos apontados pelos integrantes da equipe.

Do laboratório ao crédito de carbono

A redução do custo de medição é decisiva para os sistemas conhecidos pela sigla MRV – Medição, Relato e Verificação. São eles que dão sustentação técnica à certificação de reduções ou remoções de gases de efeito estufa. No caso do carbono do solo, o problema é particularmente delicado, porque, diferentemente de um produto que pode ser pesado e entregue, o ativo permanece disperso no terreno e sua existência precisa ser demonstrada por medições e auditorias.

“A espectroscopia NIRS já é admitida em metodologias do Verified Carbon Standard [VCS], gerenciado pela Verra [organização internacional sem fins lucrativos que desenvolve e administra padrões para certificação de projetos ambientais], o que amplia o interesse da abordagem para projetos do mercado voluntário de carbono”, pontua Martin Neto.

Mas o objetivo científico do Projeto Temático, que reúne pesquisadores de alguns centros da Embrapa, das universidades Estadual Paulista (Unesp) e de São Paulo (USP) e de instituições estrangeiras, vai além de produzir uma medição barata. Para que um estoque de carbono tenha significado climático, é preciso também saber sua origem, os mecanismos que o estabilizam e sua permanência. É nesse ponto que as diferentes escalas aqui apresentadas voltam a se encontrar. O experimento de campo mostra que o carbono está aumentando. A espectrometria isotópica identifica de onde ele vem. O fracionamento físico e químico indica em que compartimentos da matéria orgânica ele se encontra. Técnicas espectroscópicas investigam sua composição. A NanoSIMS informa, em escala nanométrica, onde a matéria orgânica se associa aos minerais. E a espectroscopia no infravermelho próximo procura transformar esse conhecimento em uma ferramenta capaz de operar em grande escala.

Recuperar o que já foi degradado

A ambição dos pesquisadores é grande. O projeto trabalha com uma estimativa de cerca de 50 milhões de hectares de pastagens degradadas passíveis de recuperação no Brasil. Se, apenas como exercício prospectivo, uma área dessa dimensão alcançasse a taxa observada no sistema moderadamente intensificado – cerca de 2 toneladas de carbono por hectare por ano –, o acúmulo chegaria a aproximadamente 1 bilhão de toneladas de carbono em dez anos, equivalente a cerca de 3,6 bilhões de toneladas de CO₂. Trata-se, é claro, de uma extrapolação teórica, e não de uma previsão: solos, climas, sistemas produtivos e respostas ao manejo variam enormemente pelo país.

Mas o interesse da recuperação das pastagens não se limita ao carbono armazenado no solo. Ao elevar a produção de forragem e a produtividade animal por hectare, torna-se possível produzir mais nas áreas já abertas e diminuir a pressão pela conversão de novas áreas de vegetação nativa. Para Martin Neto, é justamente nas áreas já convertidas e degradadas que existe um dos maiores espaços para compatibilizar produção agropecuária e conservação.

A preservação dos remanescentes de vegetação nativa cumpre outra função e não é substituída pela recuperação produtiva das pastagens. Além do carbono armazenado no solo e na biomassa, esses ambientes naturais mantêm biodiversidade, recursos hídricos e outras virtudes ecossistêmicas. Sua sobrevivência é inestimável. Recuperar terras degradadas pode contribuir para protegê-los, ao permitir maior produção sem necessidade de incorporar novas áreas.

O Projeto Temático procura fornecer a base científica para essa transição: determinar quais manejos efetivamente acumulam carbono; saber quanto desse carbono provém das plantas cultivadas; identificar as formas em que ele fica estabilizado; entender como essa matéria orgânica melhora a fertilidade; e desenvolver formas confiáveis e economicamente viáveis de acompanhar o processo.

O artigo Pasture management in Ferralsols drives mineral-associated organic matter storage, exceeding native soil carbon stocks and enhancing cation exchange capacity pode ser lido em: sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706126000066.

O artigo Moderate pasture intensification enhances soil organic carbon stocks in a degraded Brazilian Ferralsol pode ser acessado em: sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167198725000881.

O artigo Direct determination of soil carbon stocks by NIRS: an advanced approach está disponível em: sciencedirect.com/science/article/pii/S0026265X26013937.