Alternativas de manejo para mitigar as emissoes de metano em

ruminantes

IntroduQao

Harold Ospina Patinol

Luisa Fernanda Escobal Luis Fernando Chavez!

Cimelio Baye? Diogo del Ri/

o efeito estufa e um mecanismo natural de aquecimento da atmosfera responsilvel por manter a temperatura media do planeta em niveis adequados para a existencia dos seres vivos. Esse fenomeno ocorre quando uma parte da radiayao solar refletida pela superficie terrestre e absorvida por determinados gases denominados GEE, presentes na atmosfera. Como conseqiiencia disso, a radiayao infravermelha refletida peJa terra fica retida na baixa atmosfera resultando no aquecimento do planeta.

I Professor do PPG - Zootecnia, Faculdade de Agronomia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil.

2 Aluno de Doutorado do PPG-Ciencia do Solo, Faculdade de Agronomia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil.

3 Professor do PPG - Ciencia do Solo, Faculdade de Agronomia, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil. •

4 Aluno da Faculdade de Agronomia, UFRGS, Porto Alegre, RS , Brasil.

o aumento das emiss6es de gases de efeito estufa (GEE) e urn dos principais problemas ambientais atuais. A altera9ao da concentra9ao de GEE podeni desencadear urn aumento da temperatura media no planeta em ate 5,8°C nos pr6ximos cern anos (IPCC, 2007). Estima-se que, das emiss6es totais, a agricultura contribui com aproximadamente 20% da emissao antr6pica de GEE, sendo que pode atuar como fonte ou dreno destes gases (Jonhson et aI., 2005). Tres dos principais gases de interesse sao di6xido de carbona (C02), 6xido nitroso (N20) e metano (CH4), sendo que 0 fluxo destes nos agroecossistemas e dependente do manejo e das praticas agricolas adotadas. As a96es decorrentes das atividades economicas e industriais tern provocado altera96es na biosfera, resultando no aumento da concentra9ao de GEE na atmosfera desde a revolu9ao industrial (IPCC, 2001). Dentre os aspectos de polui9ao e impacto no ambiente, 0 balan90 de GEE tern recebido grande destaque; 0 aumento global dos GEE na atmosfera, principalmente CO2, N20 e CH4,

assim como seus impactos tern sido tema relevante para a comunidade cientifica, em especifico, e a sociedade, em geral, durante as ultimas decadas.

As emiss6es de CO2 estao relacionadas com a respira9ao biol6gica que e, geralmente, estimulada pelo preparo do solo. 0 preparo reduzido do solo e principalmente 0 plantio direto (PD) podem diminuir as emiss6es de CO2, aumentando assim os estoques de carbono (C) do solo. As emiss6es de N20 estao normal mente associadas a fertiliza9ao nitrogenada, sendo a emissao derivada dos processos de nitrifica9ao e desnitrifica9ao. Por sua vez, a maior parte do CH4 produzido no setor agricola esta associ ada com a produ9ao animal. Solos aerados atuam geralmente como dreno de CH4 atmosferico de vi do a popula9ao metanotr6fica do solo que utiliza este gas como fonte de C e energia. 0 CH4 e produzido no solo pel a decomposi9ao anaer6bica da materia organica e redu9ao de CO2 em ambientes anaer6bicos (Mosier et aI., 2004).

o estudo do fluxo de GEE em sistemas agricolas ainda e incipiente no Brasil, especialmente no Rio Grande do SuI. 0 estudo dos fluxos de GEE em sistemas agricolas pode contribuir para 0 entendimento da mudan9a climatica global, sendo que a identifica9ao de sistemas de manejo capazes de mitigar as emiss6es de GEE minimizara 0 impacto da agricultura no ambiente global.

Gases de efeito estufa o vapor de agua esta presente na atmosfera terrestre em altas

concentra~6es sendo responsavel por 80% do efeito estufa natural. 0 restante 20% e devido aos outros gases presentes na atmosfera que, apesar de suas pequenas concentra~6es, contribuem significativamente para 0 efeito estufa. Os tres principais GEE, relacionados com atividades agricolas e mudan~as de uso da terra sao CO2, N20 e CH4 (Duxbury, 1995; Smith et aI., 2003). Estes gases tern propriedades calorigenicas devido a sua capacidade de absorver a radia~ao infravermelha emitida pela superficie terrestre e contribuem ao popularmente conhecido efeito estufa. 0 gas carbonico (C02), metano (CH4) e 6xido nitroso (N20) sao os gases gerados por setores da produ~ao primaria, que mais contribuem com as emiss6es antr6picas na atmosfera.

o CO2 e considerado 0 mais importante GEE antropogenico. Suas emiss6es anuais registraram urn crescimento de cerca de 80% no periodo compreendido entre 1970 a 2004 (IPCC, 2007). As concentra~6es atmosfericas de CO2 (379 ppm) e CH4 (1774 ppb) em 2005 ultrapassaram, de longe, os valores naturais ao longo dos ultimos 650.000 anos. Aumentos globais das concentra~6es de CO2 sao principalmente devidos ao uso de combustiveis f6sseis e as mudan~as de uso da terra.

Segun~o 0 IPCC (2007), e muito provavel que 0 aumento observado nas concentra~6es de CH4 seja predorninantemente devido a agricultura e a utiliza~ao dos combustiveis f6sseis. Cerca de 70% da produ~ao de CH4 e resultado de fontes antr6picas, sendo 30% produzido a partir de fontes naturais. A gera~ao biol6gica em ambientes anaer6bios (zonas inundadas naturais e de origem antr6pica, fermenta~ao enterica e tratamento anaer6bio de residuos) e a principal fonte de CH4, embora perdas associadas com industrias de carvao e gas natural tambem sejam significativas (Mosier et aI., 2004). Por outro lado, 0 aumento na concentra~ao de N20 e, em primeiro lugar, devido a agricultura, sendo que os solos representam a maior fonte de N20, contribuindo com aproximadamente dois ter~os (6-7 Tg(5) N/ano) das emiss6es naturais (Bouwman et al.,1993).

o carbono circula entre tres diferentes reservat6rios globais: a atmosfera, os oceanos e os sistemas terrestres. Por atuar como urn condutor entre os outros dois reservat6rios, a atmosfera desempenha urn

(5) Teragrama (ITg = 106 ton = 109 kg = 10 12 g).

papel importante no cicio do C e a concentrayao de CO2 nela e regida em grande parte pela dinamica das trocas entre estes tres reservat6rios. 0 sistema terrestre, incluindo tanto a vegetayao como os estoques de C do solo, e 0 segundo maior dos tres reservat6rios globais. 0 fluxo principal entre a atmosfera e os ecossistemas terrestres resulta da absoryao de CO2

pelas plantas atraves do processo de fotossintese, e da liberayao de CO2

para a atmosfera pelas plantas, animais e microrganismos, atraves do processo de respirayao, sendo que este gas tambem e liberado para a atmosfera pelas queimadas (CAST, 2004).

As praticas de manejo nos solos agricolas podem reduzir ou aumentar 0 estoque de C do solo. Metodos de preparo do solo como arayao e gradagem promovem perdas de C por meio de varios mecanismos segundo Bayer et al. (2000a,b ); Young & Ritz (2000); Cerri et al. (2004); e Reicosky & Archer (2007):

• Fracionamento dos agregados do solo que protegem a materia organica da decomposiyao microbiana.

• Ao revolver 0 solo, aumenta a aerayao que estimula a atividade microbiana; resultando na liberayao de grandes quantidades de CO2 e outros gases a atmosfera.

• Incorporayao de residuos culturais que ao aumentar a area de contato, facilita a atividade microbiana sobre os mesmos. A cobertura do solo e reduzida, deixando-o exposto a radiayao solar, aumentando assim a temperatura e reduzindo a urnidade do solo.

o plantio direto, caracterizado pela baixa mobilizayao do solo, pode aumentar seus estoques de C, evitando assim as altas taxas de decomposiyao da materia organica decorrentes dos preparos do solo. Este sistema, associado a rotayao de culturas com alto aporte de residuos vegetais, pode atuar como urn dreno de CO2 atrnosferico (Bayeret aI., 2000a; Campos, 2006).

No Brasil, La Scala et al. (2001) avaliaram emiss6es de CO2 em solo submetido a diferentes sistemas de manejo convencional e verificaram que a intensidade de preparo foi urn fator deterrninante das perdas de CO2 do solo.

o N20 e urn GEE altamente estavei e de longa vida, cujas concentray6es atmosfericas estao aumentando a uma taxa de 0,2 a 0,3% por ano, sendo a sua maioria atribuivel as atividades humanas (CAST, 2004). Estima-se que as emiss6es anuais de N20 devidas as atividades antr6picas estejam entre 3 a 8 Tg de N e grande parte desta produyao seja

devido it agricultura (Mosier et aI., 1998). Os solos sao a maior fonte de N20, sendo que as emiss6es antropicas de oxidos de N estao associadas com a adiyao de fertilizantes e aumento na mineralizayao do N organico do solo em sistemas agricolas (Dalal et aI., 2003). 0 N20 e produzido biologicamente em solos atraves de processos microbianos de nitrificayao e desnitrificayao (Harrison & Webb, 2001; Moreira & Siqueira, 2006). A nitrificayao, oxidayao de amonio para nitrito e em seguida a nitrato, ocorre em praticamente todos os ecossistemas terrestres, aquaticos e sedimentares. Nitrosomonas e Nitrosospira sao as principais bacterias do solo e da agua que oxidam amonia (NH3) para nitrito (N02-) enquanto Nitrobacter e 0 principal genero de bacterias que oxidam nitrito para nitrato (N03-) (Harrison & Webb, 2001). A desnitrificayao e a reduyao microbiana de nitrato (N03-) ou nitrito (N02-) aN gasoso, com NO e N20 sendo produzidos como compostos intermediarios da reduyao. Este processo e realizado por urn grupo de bacterias diversificadas e amplamente distribuidas sendo heterotroficas e anaerobias estritas ou facultativas; portanto, e mais importante em ambientes on de prevalece a condiyao anaerobica (Moreira & Siqueira, 2006). Altas taxas de emissao de N20 ocorrem quando 0 solo apresenta grande parte da porosidade preenchida por agua (PPA), ao redor de 70%, 0 que dificulta a difusao de O2 no solo e favorece a formayao de ambientes anaeiobicos (Bateman & Baggs, 2005).

As emiss6es de CH4 provenientes de solos agricolas tropicais constituem uma parte significativa das emiss6es globais anuais de CH4.

Solos cultivados com lavouras de arroz irrigado ou com presenya de cup ins, as queimadas de biomassa e fermentayao enteric a estao entre os principais contribuintes (Smith et aI., 2000; Mosier et aI., 2004; Robertson & Grace, 2004). 0 metano e produzido principalmente em solos saturados com agua por longos periodos. Na agricultura, esse grau de saturayao ocorre principalmente em solos cultivados com arroz irrigado (CAST, 2004). Nestes solos, a produyao de CH4 e afetada pela composiyao e textura do solo e pelo teor de aceptores inorganicos de eletrons, sendo que 0 periodo entre a inundayao do solo e inicio de metanogenese pode variar de acordo com 0 tipo de solo (Mosier et aI., 2004). No Brasil, a fermentayao enteric a e grande contribuinte para as emiss6es de GEE, principalmente de CH4 (Cerri et aI., 2009). 0 rebanho e tambem responsavel pelas emiss6es agricolas, devido it emissao de N20 a partir da deposiyao dos dejetos no solo pelos animais em pastejo. 0 manejo dos dejetos tambem emite CH4 e N20, como resultado da atividade microbiana. Assim, as emiss6es podem ser relacionadas com a

temperatura, dependendo do tipo e forma (liquido ou solido) do manejo dos dejetos (Cerri et aI., 2009).

Origem da produC;8o de metano nos ruminantes

Uma das caracteristicas principais do ruminante e seu potencial para transformar alimentos ricos em fibra, que nao podem ser eficientemente aproveitados por animais nao ruminantes (entre eles 0

homem), em produtos de altos valores nutricionais, apreciados e bern pagos pela populavao humana. Isto e possivel gravas ao fato de que os processos evolutivos equiparam os ruminantes domesticos com uma serie de adaptavoes de fisio16gicas que lhes permitiram lidar com alimentos ricos em fibra (pastagens, feno, silagem, palhadas, etc). Esta transformavao e feita gravas intensa atividade da flora microbiana presente no rumen que permite a digestao de carboidratos, compostos nitrogenados e lipideos, gerando acidos graxos volateis e outros metab6litos que sao posteriormente utilizados na produvao de proteina microbiana enos processos de sintese no corpo do animal. Para atingir produvoes desejaveis com 0 minimo de impacto ambiental, os processos que ocorrem no ecossistema ruminal precisam ser otimizados. Este ajuste fino da bioquimica ruminal tern sido perseguido nos ultimos anos pelos nutricionistas atraves da busca de conhecimento sobre os mecanismos de funcionamento das adaptavoes que regulam os processos de digestao e metabolismo, as estrategias reprodutivas e os habitos de pastejo.

Os ruminantes apresentam como principal caracteristica a presenva de urn estomago composto, formado por quatro compartimentos: rumen, reticulo, omasa e abomaso; nos quais a digestao fermentativa precede a digestao enzimatica. A estrutura do aparelho digestivo dos ruminantes os capacita a aproveitar com maior eficiencia os alimentos ricos em fibra, permitindo sua adaptavao a variados ambientes eco16gicos. A maior fonte de energia para os ruminantes sao os carboidratos contidos nas pastagens, sendo os mais importantes a celulose, hemicelulose e frutose. 0 rumen e responsavel por 90 a 100% da digestao dos carboidratos soluveis e acidos organicos e entre 60 e 90% da digestao da celulose e hemicelulose, dependendo do grau de lignificavao da forragem. Dentro do rumen, os carboidratos sao fragmentados em avucares simples (hexoses) mediante a atividade das enzimas secretadas pelas bacterias

celuloliticas (celulases). Estes ayucares resultantes sao utilizados intracelulannente pel os microrganismos para produzir energia e outros substratos necessarios a sua mantenya e crescimento. Como resultado desta atividade metab61ica sao geradas grandes quantidades de di6xido de carbono (C02) e metano (CH4) (eliminados atraves da respirayao) e aciodos graxos volateis (AGV). Em ruminantes consumindo apenas volumosos, a fennentayao ruminal origina misturas de AGV que molannente apresentam as seguintes proporyoes: 60 a 72% de acido acetico, 15 a 23% de acido propionico e 12 a18% de acido butirico, sendo que as variayoes observadas nestas proporyoes sao decorrentes do tipo e qualidade de dieta. Dietas ricas em carboidratos estruturais, como as consumidas por ruminantes em pastejo, tendem a apresentar uma fennentayao na qual a relayao acetico:propionico e maior do que a observada com dietas ricas em amido e ayucares simples, como as utilizadas para animais em confinamento. Aproximadamente 90% dos AGV produzidos sao absorvidos por difusao atraves do rumen-reticulo e os 10% restantes sao produzidos e absorvidos no ceco e intestino grosso. Dos AGV, acetico e propionico sao absorvidos sem sofrem modificayoes e metabolizados no figado. 0 acido butirico quando absorvido na parede ruminal e transfOlmado em ~-hidroxibutirato, forma na qual e metabolizado pelo figado. Ap6s absorvidos os AGV sao utilizados como precursores metab6licos no metabolismo energetico dos animais. As alterayoes na proporyao molar dos AGV no liquido ruminal, decorrentes de praticas de manejo alimentar, tern serias implicayoes sobre 0 ambiente ruminal (PH e amonia), sobre a microflora ruminal (bacterias, protozoarios e fungos) e sobre os metab61itos gerados na fennentayao ruminal (metano, H2S, etc.).

o meta no e 0 principal gas do efeito estufa emitido pelo setor da pecuaria como resultado da fennentayao enterica de animais domesticos e do manejo de seus dejetos. 0 metano e produzido durante 0 processo digestivo que ocorre no rumen de ruminantes e no ceco de herbivoros nao ruminantes e e considerado uma perda no potencial energetico dos alimentos. Os microrganismos do rumen metabolizam os carboidratos convertendo-os em glicose ou glicose-l-P 0 qual e oxidada ate piruvato mediante 0 ciclo de Embden-Meyerhof e posterionnente ate acetato mediante a ayao da enzima piruvato-liase. A energia metab6lica para as bacterias e liberada mediante a fosforilayao do substrato em duas reayoes. A prime ira consiste na desidrogenayao do gliceraldeido-3-P ligado a NAD. Na segunda, as reayoes da piruvato liase produzem acetil-CoA que e convertido em acetato e ATP. Na primeira reayao, os eletrons e pr6tons

sao transferidos ao NAD e na segunda, a ferredoxina ou compostos relacionados, e posteriormente pr6tons ou H e CO2, obtendo-se formato, 0

qual e ativamente convertido a metano (Fahey e Berger, 1988) por arquebacteria dos generos Methanobrevibacter, Methanobacterium, Metanomicrobium e Methanosarcina (BAKER, 1999).

Possibilidades e estrategias para mitigac;ao das emissoes de metano em

ruminantes o leque de possibilidades para diminuir as emiss6es de gases de

efeito estufa e ampla e incluem estrategias indiretas que operam a nivel do sistema de prodw;ao e/ou estrategias diretas que operam a nivel das fontes de emissao.

Estrategias indiretas para mitigac;iio das emissoes

Melhoras na eficiencia de produyao atraves de melhoramento genetico dos animais e/ou atraves da otimizayao das dietas, tendem a diminuir as emiss6es de metano por unidade de produto gerado. Os principais fatores que afetam a emissao de metano sao 0 tipo de animal e as caracteristicas nutricionais da dieta tais como 0 consumo e a digestibilidade, as quais determinam que aproximadamente 6% da energia consumida seja perdida na forma de metano. A produyao de metano responde linearmente a aumentos no consumo de MS, sendo que para dietas com alta concentrayao de graos ou a base de forragens tropicais tem-se observado taxas de incremento de 27 e 34 g de metano/kg de MS consurnida, respectivamente.

Recentemente tem-se proposto a identificayao e seleyao de animais mais eficientes utilizando 0 conceito de consumo de alimento residual (CAR), definido como a diferenya entre 0 consumo de energia metabolizavel e as exigencias de energia metabolizavel para mantenya e ganho de peso. Em termos pr:iticos urn CAR positive significa que 0

consumo de energia do animal excede seus requerimentos de mantenya e crescimento. Quando 0 CAR e negativo significa que 0 animal precisa de menos energia da que foi estimada ou que esta consumindo menos alimento para ter 0 mesmo ganho de peso. Alguns autores tern sugerido que animais com CAR baixo ou negativo apresentam emiss6es de metano entre 5 a 15% menores do que animais com CAR maiores ou positivos

(Herd et ai., 2002; Okine et ai., 2003). Nkrumah et ai. (2006) trabalhando com 27 novilhos alimentados com dietas de confinamento e selecionados para alto, medio e baixo CAR, encontraram que a prodw;ao de metano nos animais com baixo CAR foi 28 e 24% men or do que os animais com alto e medio CAR. Segundo estes autores a maior parte da variac;ao no CAR apresentada pelos animais pode ser explicada pelas diferenc;as na digestibilidade, produc;ao de metano, produc;ao de calor e retenc;ao de energia. 0 planejamento de estrategias de cruzamento para selecionar animais por baixo CAR permite uma significativa reduc;ao nas emiss6es de gases de efeito estufa (por dia e por unidade de desempenho), devido principalmente a diminuic;ao no consumo de alimento sem comprometer 0

desempenho dos animais.

Quando 0 consumo de ovinos e bovinos aumentou da mantenc;a para duas vezes mantenc;a a produc;ao de metano aumentou e a quanti dade de energia perdida na forma de metano por unidade de alimento consumido diminuiu entre 12 e 30% (Blaxter e Clapperton, 1965). De forma geral, e possivel afirmar que caracteristicas da dieta que dirninuem a taxa de degradac;ao ou aumentam 0 tempo de retenc;ao ruminal incrementam a quanti dade de metano produzido por unidade de dieta consumida. Por outro lado, as erniss6es de metano apresentam uma relac;ao curvilinea com a produtividade (ganho de peso e produc;ao de leite) uma vez que 0 consumo de nutrientes para mantenc;a (produc;ao de metano associada) e diluido a medida que aumenta a produtividade. Pode­se inferir, entao, que aumentos da eficiencia de produc;ao poderao trazer como conseqiiencia reduc;ao nas erniss6es de metano por unidade produto gerado (Quadro 1).

A proposta de diminuir a emissao de gases atraves do aumento da produtividade de ruminantes em pastejo carrega implicitamente 0 risco de que aumentos em produtividade, via de regra, significam aumento no numero de animais. Segundo Howden e Reyenga (1999), a introduc;ao de gada Brahman no norte da Australia junto com a utilizac;ao de legurninosas e suplementac;ao proteico-mineral permitiram aumentar tanto 0 numero de animais como 0 consumo de pasto por animal, porem resultaram em degradac;ao das pastagens, queda das reservas de carbono na biomass a vegetal e perda de carbono do solo. Esta ultima perda tern urn impacto, em termos da emissao de gases de efeito estufa, muito superior ao efeito da produc;ao de metano. Sistemas conservativos de produc;ao em pastejo, caracteristicos da suplementac;ao, diminuem a emissao liquida de gases por unidade de produtividade, aumentam a biomassa de pasto e as reservas de carbono no solo (Howden et ai., 1994).

Quadro 1. Efeito da qualidade do alimento sobre as emiss5es de metano de novilhos Hereford (24 meses de idade e 380 kg de peso vivo) em condic;5es nao limitantes de disponibilidade de MS verde. Simulac;oes feitas utilizando 0 GrazFeed v.S .02

Qualidade da pastagem

Baixa Media Alta

Digestibilidade (%) 52 55 60

Proteina bruta (%) 7,5 9,0 1O

GMD (gldia) 60 31O 610

Consumo MS (kgldia) 8,7 9,7 10,3

Consumo EM (MJ/dia) 65 82 98

Metano (gldia) 195 226 242

Metano (MJ/dia) 10,8 12,5 13,4

g Metano/g ganho peso 3,25 0,73 0,40

Metano (% Con sumo EM) 17 15 14

No Brasil, alguns estudos tern mostrado que 0 uso de pastagens e do sistema plantio direto (PD) durante S a 6 anos promoveram urn influxo liquido entre 600 e 800 toneladas de C-C02/ha/ano na camada de 0-20 cm do solo, comparado ao solo sob cerrado nativo e preparo convencional, demonstrando urn grande potencial para remoc;ao de CO2 atmosferico (Bayer e Martin-Neto, 2000). Neste sentido, 0 Brasil tern urn enorme potencial na drenagem mundial de CO2 devido a existencia de grandes areas em pastagem (aproximadamente 200 milh5es de hectares), grandes areas nas quais e usado 0 plantio direto (12 milh5es de hectares) e sistemas de produc;ao agricola em rotac;ao e com incorporac;ao de residuos agricolas.

A adiyao de residuos de leguminosas ao solo, em sistemas de manejo que incIuem este tipo de plantas como cobertura de inverno, estimula a atividade microbiana, aumentando conseqiientemente as emiss5es de N20 (Gomes et aI., 2009). No perfodo apos 0 manejo das plantas de cobertura, as emissoes de N20 estiveram relacionadas com a adic;ao de N, ja no perfodo subsequente as emiss5es foram relacionadas com os estoques de N total do solo (Gomes et aI., 2009). Sistemas agricolas sob PD com incIusao de leguminosas na rotac;ao de culturas tern potencial de acumulo de C e representam diminuic;ao do uso de

combustivel fossil. 0 acumulo de C sob PD pode ser ainda maior quando associado a sistemas de integrayao lavoura-pecwiria e 0 adequado manejo das pastagens, leva a aumento dos estoques de C e a reduyao das emiss5es de CO2 para a atmosfera (Carvalho et aI., 2009).

Outro aspecto importante e 0 fato da mata nativa ou estabelecida seqiiestrar grandes quantidades de carbono 0 que justifica sua manutenyao nos sistemas conservativos de produyao. 0 crescimento da mata como conseqiiencia de disrurbios ecologicos ocorridos em areas de pastejo na Australia permitiram seqiiestrar entre 1,5 e 3,0 ton C02lha/ano que equivale a 1,5 a 3,0 vezes a emissao direta de bovinos de corte pastando na mesma area (Howden et aI., 1994). Apesar da mata diminuir a disponibi1idade e 0 potencial produtivo das pastagens e possive1 utilizar especies que, alem de apresentar potencial forrageiro, contribuam ao seqiiestro de CO2.

Entao, os sistemas de produyao conservacionistas (plantio direto, baixas taxas de lotayao, areas com pouco desmatamento, etc) podem contribuir significativamente a reduzir a emissao de gases, alem de dirninuir a degradayao do solo e das pastagens, melhorando a sustentabilidade dos sistemas de produyao em pastejo.

Segundo Howden e Reyenga (1999), em niveis 6timos, poderia se produzir, a pasto, 2 kg de peso vivo para cada kg de metano ernitido do sistema como urn todo, equivalendo este valor a 7 kg de CO2 por d6lar produzido como ganho de peso vivo. 0 autor afirma ainda sua preocupayao de que em urn mercado livre, onde existam cotas de ernissao de metano e CO2 por unidade produtiva, a eficiencia dos sistemas pecuarios nao seja capaz de viabilizar economicamente 0 uso destas cotas, sendo estas facilmente adquiridas pelas industrias, as quais sao capazes de gerar uma maior receita por unidade de poluente produzido.

Apesar de ter sido sugerido que a forma mais eficiente de reduzir as erniss5es por unidade de produto e atraves de aumentos na eficiencia de produyao, tambem e certo que isto implica em maiores consumos de alimento e, portanto, maiores emiss5es por animal. Em funyao disto, a proposta altemativa para reduzir as erniss5es a nivel nacional devera considerar a possibilidade de manter ou reduzir 0 tamanho do rebanho bovino e utilizar tecnicas que permitam diminuir a emissao por animal. Aparentemente, a prime ira altemativa que surge para atingir estes objetivos e 0 confinamento, porem esta estrategia de manejo pressup5e a utilizayao de alimentos que incorporam quatro vezes mais erniss5es do

que urn animal em pastejo e as emiss6es totais por kg de ganho equivalem as obtidas por urn animal em pastejo ganhando entre 200 e 300 g/dia.

Estrategias diretas para mitiga(:Qo das emissoes

Entre as tecnicas disponiveis para diminuir as erniss6es de metano na fonte , a utilizac,;ao de suplementos e a incorporac,;ao de ion6foros, lipidios, compostos que favorec,;am 0 crescimento de fungos ruminais, substancias defaunantes (eliminac,;ao de protozoarios) e/ou substancias com propriedades anti-metanogenicas sao alternativas que podem diminuir tais emiss6es entre 20 e 40% (Turk e Byers, 1993). Todas estas alternativas estao direta ou indiretamente relacionadas com a otimizac,;ao do processo fermentativo a nivel ruminal.

As condic,;6es anaer.6bias do rumen limitam a disponibilidade de ATP para 0 crescimento microbiano e fazem com que grande parte da energia contida nas pastagens seja retida nos produtos finais anteriormente mencionados. Obviamente, este ultimo ponto e 0 principal determinante da baixa eficiencia de utilizac,;ao da energia pelos ruminantes em pastejo e qualquer intento de melhora-Ia ted que levar em conta os fatores que afetam a eficiencia de gerac,;ao de A TP e a forma como este e utilizado no metabolismo microbiano. A sintese de celulas microbianas no rumen e urn processo complexo que depende entre outros fatores de: disponibilidade e/ou concentrac,;ao de precursores para formac,;ao do protoplasma microbiano (arninoacidos, peptidios, enxofre, amonia e rninerais), as exigencias de mantenc,;a, a taxa de regenerac,;ao dos microrganismos e as interac,;6es entre os componentes da flora microbiana. Portanto, uma das formas de aumentar a eficiencia de utilizac,;ao da energia contida nas pastagens e otimizando 0 ambiente ruminal de modo a aumentar a sintese de celulas microbianas, aumentar a energia metabolizavel e diminuir a produc,;ao de metano e calor. Isto significa maxirnizar a produc,;ao de proteina microbiana em relac,;ao a produc,;ao de AGV. No Quadro 2 e possivel observar que 0 aumento na eficiencia de sintese da proteina microbiana (otimizac,;ao do ecossistema rumina 1) resulta em diminuic,;ao da produc,;ao de metano e calor e aumento na disponibilidade de energia metabolizavel.

As considerac,;6es anteriores sao particularmente importantes em sistemas de produc,;ao de bovinos de corte de paises tropicais e subtropicais onde sao utilizadas forragens que apresentam, durante certas epocas do ano, deficiencias de nutrientes (proteina e rninerais) determinantes da eficiencia do ecossistema ruminal. Nestas condic,;6es, a produc,;ao de metano pode representar 15 a 18% da energia digestivel

352 Palino, Escobar, Chtivez, Bayer e del Re

consurnida e a correyao destas deficiencias pode reduzir a produyao a niveis tao baixos, como 7% (Preston, 1992). A suplementayao estrategica de ruminantes em pastejo para corrigir a possivel deficiencia de nutrientes para 0 crescimento microbiano podenl ajudar a reduzir a ernissao de metano.

Quadro 2. Efeito de mudanyas na eficiencia de crescimento rnicrobiano (Y ATP) sobre a relayao proteinalenergia e AGV disponivel no rumen de urn novilho alimentado com 4,0 kg de MO totalmente fermentavel (Preston e Leng, 1989)

YAT?

8 14 19 25

Sintese proteina microbiana (gldia) 500 800 1010 1212

AGV (Mj/dia) 41 34 30 26

Metano (Mj/dia) 9,4 8,5 8,0 7,6

Calor (Mj/dia) 6,4 5,1 4,3 3, 1

EM(Mj) 61 ,2 60,7 60,4 60,5

Rela9ao PIE (g proteinalMj AGV) 12 25 34 47

A produyao ruminal de metano e diretamente proporcional a concentrayao de H2 dissolvida, portanto, tem-se neste ponto da metanogenese uma janela a ser trabalhada a fim de utilizar este H2 dissolvido para processos produtivos, evitando assim a perda energetica e o acesso a estes protons por parte dos organismos metanogenicos. A disponibilidade de hidrogenio para estes microrganismos pode ser alterada, reduzindo a liberayao fosforoclastica de H2, promovendo a oxidayao do NAD(P)H em reayoes que nao transfiram eletrons para as hidrogenases e promovendo reayoes nao metanogenicas que utilizem H2 (Hegarty, 1999).

A dirninuiyao da liberayao de H2 pode ser obtida diminuindo-se 0

fluxo total da materia organica atraves da fermentayao ruminal , ou pela manipulayao do balanyo da relayao acetato:propionato:butirato, conduzindo-se a fermentayoes que sejam consurnidoras liquidas de protons (Hegarty, 1999). A produyao de acetil-CoA a partir da descarboxilayao do piruvato e 0 processo que liga a via glicolitica a produyao de acetato e butirato, sendo que esta e a fonte primaria de CO2 no rumen e tambem do H2 fosforoclastico. Este processo de

descarboxila<;ao pode ocorrer por duas vias. A primeira catalizada pela enzima piruvato-oxiredutase transfere protons e eletrons a ferredoxina a qual libera H2 pela a<;ao da enzima hidrogenase. A segunda, por a<;ao da piruvato-formato-liase gera Acetyl-CoA e formato, sendo este ttltimo rapidamente degradado pela formato-hidrogenio-liase, liberando H2 e dioxido de carbono.

Aumentando-se a quanti dade de carboidratos soluveis na dieta, altera-se a propor<;ao acetato/propionato e, portanto, a produ<;ao de H2, devido a baixa produ<;ao deste pelas bacterias amiloliticas e tambem devido a baixa tolerancia das arquebacterias metanogenicas a diminui<;ao do pH produzida por esta altera<;ao na dieta. A produ<;ao de H2 ruminal pode tambem ser reduzida pel a introdu<;ao de ionOforos na dieta (monensina). A monensina diminue a produ<;ao de H2 por tres mecanismos concomitantes: reduz 0 consumo voluntario dos animais e, portanto, reduz 0 volume total de H2 produzido, altera a propor<;ao acetato/propionato, pela modula<;ao que exerce sobre a flora ruminal e inibe a libera<;ao do H2 do formato pela enzima formato-liase. Porem, apresenta tambem efeitos que podem aumentar a libera<;ao de H2 como a inibi<;ao da hidrogena<;ao dos acidos graxos e a diminui<;ao da sintese microbiana, 0 que aumenta a produ<;ao total de AGV.

Independentemente da via de produ<;ao, a sintese de propionato esta em competi<;ao direta com a metanogenese pelo hidrogenio disponivel e uma rela<;ao inversa entre a produ<;ao de metano e de propionato tern sido estabelecida. A produ<;ao de propionato po de ser aumentada atraves do uso de ionOforos como a monensina e a lasalocida. Este aumento relativo de produ<;ao de propionato causada pela administra<;ao de ionOforos, 0 qual tem sido objeto de inumeros trabalhos desde sua descoberta, provavelmente seja reflexo do maior crescimento de microrganismos tais como Selenomonas, Succinomonas e Megasphaera os quais nao sao afetados por concentra<;oes normais destes, enquanto Ruminococcus e Butyrivibrio tem seu crescimento inibido. Porem, a administra<;ao continuada de ionOforos poderia levar a uma adapta<;ao da flora rumina I , cessando assim os efeitos beneficos sobre a metanogenese (Hegarty, 1999).

A sintese de novo de acidos graxos de cadeia longa (LCF A) e um processo que demanda grandes quantidades de hidrogenio, 0 qual usa 0

NADPH, demandando 16 moles de hidrogenio para a sintese de 1 mol de acido palmitico sintetizado. A produ<;ao microbiana de LCF A pode ser aumentada atraves da suplementa<;ao com metionina, pela altera<;ao da flora ruminal produzida pel a monensina ou ainda pelo aumento de

lipideos na dieta. A biohidrogena<;ao de acidos graxos poliinsaturados e uma rea<;ao que demanda grandes quantidades de el6trons do NADH, necessitando que os acidos graxos sejam absorvidos pela c61ula bacteriana. Muitos microrganismos, assim como 0 Butyrivibrio, sao capazes de hidrogenar os acidos graxos fomecidos na dieta. 0 efeito supressivo do fomecimento dietetico de gorduras insaturadas sobre a metanogenese e maior do que 0 explicado pela hidrogena<;ao das duplas liga<;oes destes acidos graxos. As gorduras insaturadas exercem ainda urn efeito toxico sobre os microrganismos ruminais, incluindo os metanogenicos, sendo este efeito mais importante na redu<;ao da metanogenese do que a simples competi<;ao pelos hidrogenios.

Existem amp las evidencias experimentais que compostos quimicos tais como saponinas e taninos condensados existentes em algumas plantas podem diminuir as emissoes de metano (Puchala et al., 2005). Contudo alguns destes compostos tambem podem prejudicar 0

consumo e a digestibilidade das dietas. Alem disto, ainda precisam ser encontradas forrnas de fomecimento, principalmente em sistemas pastoris, que garantam 0 consumo de quantidades adequadas destas plantas para que 0 controle da metanogenese tome-se operativo.

Considerac;oes finais A implementa<;ao de praticas de manejo do solo e alimenta<;ao

animal utilizando principios ecologicos para melhorar a eficiencia na absor<;ao de nutrientes e alcan<;ar altos rendimentos e a principal forma de mitigar as emissoes de GEE e atender as demandas na produ<;ao. Isto podera ser capitalizado colocando os produtos brasileiros em vantagens competitivas num mercado intemacional onde os mecanismos de desenvolvimento limpo (MDL) sao criterios cada vez mais utilizados para libera<;ao de recursos, transferencia de tecnologia e aloca<;ao de cotas de comercializa<;ao.

Referencias bibliograficas AMADO, T.J.C.; BAYER, C. ; EL TZ, F.L.F. et a!. Potencial de culturas de cobertura em acumular carbono e nitrogenio no solo no plantio direto e a melhoria da quaJidade ambiental. Revista Brasileira de Ciencia do Solo, v.25, p.189-197, 200 I.

BAKER, S.K. Rumen methanogens, and inhibition of methanogenesis. Australian Journal of Agricultural Research, v.50, p.1293-1298, 1999.

BATEMAN, E.J. ; BAGGS, E.M. Contributions of nitrification and denitrification to N20 emissions from soils at different water-filled pore space. Biology and Fertility of Soils, v.4l, p.379-388, 2005.

BAYER, c.; MARTIN-NETO, L.; MIELNICZUK, J. et al. Effect of no-till cropping systems on soil organic matter in a sandy clay loam Acrisol from Southern Brazil monitored by electron spin resonance and nuclear magnetic resonance. Soil & Tillage Research, v.53, p.95-1 04, 2000a.

BAYER, c.; MIELNICZUK, J.; AMADO, T.J.C. et al. Organic matter storage in a sandy clay loam Acrisol affected by tillage and cropping systems in southern Brazil. Soil & Tillage Research, v.54, p.1 01-1 09, 2000b.

BOUWMAN, A.F.; FUNG, I. ; MATTHEWS, E.; JOHN, J. Global analysis of the potencial for NP production in natural soils. Global Biogeochemical Cycles, v.7, n.3, p.557-597, 1993.

CAMPOS, B.C. Dinamica do carbono em Latossolo Vermelho sob sistemas de preparo de solo e de culturas. 2006. 188f. Tese (Doutorado em Ciencia do Solo) -Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2006.

CARVALHO, J.L.N. ; CERRI, C.E.P.; FEIGL, B.J. et al. Carbon sequestration in agricultural soils in the Cerrado region of the Brazilian Amazon. Soil & Tillage Research, v.1 03, p.342-349, 2009.

Council for Agricultural Science and Technology (CAST). Climate Change and Greenhouse Gas Mitigation: Challenges and Opportunities for Agriculture, Task Force Report n.141. CAST, Ames, lA, USA, 2004.120 p.

CERRI, c.c.; BERNOUX, M.; CERRI, C.E.P. et al. Carbon cycling and sequestration opportunities in South America: the case of Brazil. Soil Use and Management, v.20, p.248-254, 2004.

CERRl, C.c.; BERNOUX, M.; MAlA, S.M.F. et al. Greenhouse gas mitigation options in Brazil for land-use change, livestock and agriculture. Scientia Agricola, v.67, p.102-116, 2010.

COSTA, F.S.; GOMES, J. ; BAYER, C. et al. Metodos para avalia<;30 das emiss5es de gases do efeito estufa no sistema solo-atmosfera. Ciencia Rural, v.36, n.2, p.693-700, 2006.

CRUTZEN, PJ. The role of methane in atmospheric chemistry and climate. In: ENGELHARDT, W.S.; LEONHARD-MAREK, G.; BREVES, G.; GIESECKE, D. (Eds.) Ruminant physiology: digestion, metabolism, growth and reproduction. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag, 1995. p.29 1-315.

DALAL, R.C.; WANG, W. ; ROBERTSON, G.P. et al. Nitrous oxide emission from Australian agricultural lands and mitigation options: a review. Australian Journal of Soil Research, v.4l, p.165-195, 2003.

DUXBURY, J.M . The significance of greenhouse gas from soils of tropical agroecosystems. In: LAL, R.; KIMBLE, J.; LEVINE, E. et al. (Eds.) Soil management and greenhouse effect. Advances in Soil Science. Boca Raton: CRC Lewis Publishers, 1995. p.279-291.

GOMES, 1.; BAYER, C.; COSTA, F.S. et al. Soil nitrous oxide emission as affected by long term tillage, crop rotations and fertilization in a subtropical environment. Soil & Tillage Research, v.1 01, p.36-44, 2009.

HARRISON, R.; WEBB, 1. A review of the effect of N fertilizer type on gaseous emissions. Advances in Agronomy, v.73, p.65-108, 2001.

HEGARTY, R.S. Mechanisms for competitively reducing ruminal methanogenesis. Australian Journal of Agricultural Research, v.50, p.1299-1305, 1999.

HOWDEN, S.M.; WHITE, D.H. Methods for exploring management optioris to reduce greenhouse gas emissions from tropical razing systems. Climate Change, v.27, p.49-70, 1994.

HOWDEN, S.M.; REYENGA, P.J. Methane emissions from Australian livestock: implications of the Kyoto Protocol. Australian Journal of Agricultural Research, v.50, p.1285-1291, 1999.

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. HOUGHTON, 1.T.; DING, Y.; GRIGGS, D.J. et al. (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 881p. Disponivel em: <http: //wwwl.ipcc.ch/ipccreports/assessments-reports.htm >. Acesso em 17 mar. 2010.

Intergovernmental Panel on Climate Change (fPCC). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. SOLOMON, S.; QIN, D.; MANNING, M. et al. (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 996p. Disponivel em: <http ://www.ipcc.ch/publications_and_datalpublications_ipcc_fourth_assessment _report_ wg l_reporUhe_physical_science_basis.htm>. Acesso em 17 mar. 2010.

JANTALIA, C.P.; DOS SANTOS, H.P.; URQUIAGA, S. et al. Fluxes of nitrous oxide from soil under different crop rotations and tillage systems in the South of Brazil. Nutrient Cycling in Agroecosystems, v.82, p.161-73, 2008.

JOHNSON, K.A.; JOHNSON, D.E. Methane emissions from cattle. Journal of Animal Science, v.73, p.2483-2492, 1995.

JOHNSON, 1.M.F.; REICOSKY, D.C.; ALLMARAS, R.R. et al. Greenhouse gas contributions and mitigation potential of agriculture in the central USA. Soil & Tillage Research, v.83 , p.73-94, 2005.

LA SCALA JR., N.; LOPES, A.; MARQUES JR, 1. et al. Carbon dioxide emissions after application of tillage systems for a dark red latosol in southern Brasil. Soil & Tillage Research, v.62 , p.163-166, 2001.

MAGIERO, E.C.; TOMAZI, M.; ASSMANN, 1.M. et al. Emision de oxido nitroso con la aplicacion de estiercol y orina de ovinos en el sur de Brasil. In: Reunion Dinamica de las propiedades del suelo en diferentes usos y manejos, 20 I 0, Colonia del Sacramento, Uruguay.

MARTIN-NETO, L.; BAYER, C. Sequestro de carbono pelo solo e 0 plantio direto . Boletin Informativo. Sociedade Brasileira de Ciencia do Solo, v.25 , n.2, p.II-13, 2000.

MOSIER, AR.; DELGADO, 1.A.; KELLER, M. Methane and nitrous oxide fluxes in an acid oxisol in western Puerto Rico: effects of tillage, liming and fertilization . Soil Biology & Biochemistry, v.30, n.14, p.2087-2098, 1998.

MOSIER, A ; WASSMANN, R.; VERCHOT, L. et al. Methane and nitrogen oxide fluxes in tropical agricultural soils: sources, sinks and mechanisms. Environment, Development and Sustainability, v.6, p.II-49, 2004.

MOREIRA, F.M.S.; SIQUElRA, 1.0. Microbiologia e Bioquimica do solo. 2. ed. Lavras: Editora UFLA, 2006. 729p.

NKRUMAH, 1.D.; OKINE, E.K. ; MATHISON, G.W. et al. Relationship of feedlot feed efficiency, performance and feeding behaviour with metabolic rate, methane, production and energy partitioning in beef cattle. Journal of Animal Science, v.84, p.145-153,2006.

PUCHALA, R.; MIN, B.R.; GOETSCH, A.L. et al. The effect ofa condensed tannin­containing forage on methane emission by goats . Journal of Animal Science, v.83, p.182-186, 2005.

REICOSKY, D.C. ; ARCHER, D.W. Moldboard plow tillage depth and short-term carbon dioxide release. Soil & Tillage Research, v.94, p.l 09-121 , 2007.

ROBERTSON, G.P. ; GRACE, P.R. Greenhouse gas fluxes in tropical and temperate agriculture : the need for a full-cost accounting of global warming potentials. Environment, Development and Sustainability, v.6, p.51-63, 2004.

SMITH, K.A.; DOBBIE, K.E.; BALL, B.C. et al. Oxidation of atmospheric methane in Northern European soils, comparison with other ecosystems, and uncertainties in the global terrestrial sink. Global Change Biology, v.6, p.791- 803, 2000.

SMITH, K.A; BALL, T. ; CONEN, F. et al. Exchange of greenhouse gases between soil and atmosphere: interactions of soil physical factors and biological processes. European Journal of Soil Science, v.54, p.779- 79I , 2003 .

SNYDER C.S. ; BRUULSEMA T.W.; JENSEN T.L. et al. Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems & Environment, v.133 , p.247-266, 2009.

YOuNG, I.M.; RITZ, K. Tillage, habitat space and function of soil microbes. Soil & Tillage Research, v.53 , p.201-213, 2000.