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!

Email: marcosw@fea.unicamp.br