Calculando O Teor De Carbono Orgânico Na Ucrânia
Nos dias 6 e 7 de março de 2024, a equipe da EOSDA participou do ESA SYMPOSIUM em Frascati, Itália. Lidiia Lelechenko, Executiva de Vendas, e o Dr. Vasyl Cherlinka, Cientista do Solo, apresentou a pesquisa conduzida pela equipe científica da EOSDA.
A pesquisa concentrou-se no cálculo do teor de carbono orgânico do solo (SOC) nas terras ucranianas entre 2015 e 2020. A equipe buscou informações sobre amostras de solo em conjuntos de dados específicos, calculou o teor de carbono e previu seus níveis futuros para os próximos 20 anos utilizando o modelo RothC modificado. Continue lendo para descobrir os resultados obtidos.
| Desafio | A equipe da EOSDA precisava de dados históricos para calcular e prever o potencial de carbono orgânico do solo, mas a maioria dos dados apresentava muitas lacunas. |
| Solução | A equipe modificou o modelo RothC e calculou o teor de SOC nos solos ucranianos com base no conjunto de dados mais completo disponível. |
| Resultado | Foi criado um mapa de SOC da Ucrânia para os anos de 2015 a 2020. A equipe previu o teor de SOC para os próximos 20 anos com base em quatro cenários diferentes. |
Visão Geral: Mudanças Climáticas E Sequestro De Carbono
Um dos maiores desafios enfrentados pela humanidade hoje é o aquecimento global. Para combatê-lo, várias iniciativas internacionais foram lançadas para reduzir o impacto humano no clima, como a Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (1992), o Protocolo de Kyoto (1997), o Acordo de Paris sobre o Clima (2015) e o Pacto Climático de Glasgow (2021) .
Dentre essas iniciativas, o Acordo de Paris é particularmente significativo, ao comprometer os países a reduzir as emissões de carbono para manter o aquecimento global abaixo de 1,5 °C, um limite crítico para evitar cenários catastróficos. Caso os países não cumpram suas promessas sob o Acordo de Paris, o aumento da temperatura global levará a desastres naturais inevitáveis até o final deste século.
Embora haja muito debate sobre os métodos e a extensão da redução de emissões, o papel dos solos na captura de dióxido de carbono é amplamente reconhecido. Recentemente, o potencial dos solos agrícolas em sequestrar dióxido de carbono foi identificado como uma das maneiras mais econômicas e ambientalmente amigáveis de combater as mudanças climáticas. Explorar a capacidade dos solos de absorver CO₂ ajuda a mitigar as mudanças climáticas e aumenta a fertilidade do solo. Isso porque o aumento da matéria orgânica no solo melhora sua qualidade e saúde. Práticas de manejo sustentável do solo, como a minimização do cultivo e a redução da rotação de solos, diminuem a decomposição da matéria orgânica e evitam a erosão causada por água e vento. Essas práticas, em conjunto, ajudam a aumentar ou restaurar a fertilidade do solo.
No entanto, avaliar o verdadeiro potencial de sequestro de carbono no solo em escalas nacionais ou maiores é frequentemente dificultado pela falta de dados de alta qualidade sobre o teor de carbono orgânico do solo. Nossa equipe científica recorreu a bancos de dados e arquivos de solos ucranianos para recuperar os dados relevantes e avaliar se seria possível criar um modelo de previsão de SOC para um território de larga escala como este, com vastos 45 milhões de hectares de terras agrícolas.
Desafio: Lacunas Nos Dados De Solo
Na Ucrânia, o principal desafio para avaliar os estoques de carbono, suas dinâmicas e o potencial de sequestro é a falta de dados. Atualmente, existem algumas fontes potenciais para obter informações sobre o teor de carbono orgânico do solo (SOC). Vamos analisar cada uma delas em mais detalhes.
Algumas amostras de solo coletadas entre 1957 e 2016 estão armazenadas no Centro Científico Nacional “Instituto de Pesquisa em Ciência do Solo e Agroquímica, em homenagem a O. N. Sokolovsky” (NSC ISSAR) . Quase 4.000 amostras foram usadas para criar a parte ucraniana do Mapa Global de Carbono Orgânico do Solo com uma resolução de 1 km/pixel. O único problema é que o conjunto de dados era amplamente inacessível devido à política do detentor, além do tamanho limitado da amostra e sua defasagem temporal, que impossibilitaram análises abrangentes.
Outros dados podem ser encontrados na Agência Estatal de Geodésia, Cartografia e Cadastro da Ucrânia (StateGeoCadastre). Um levantamento detalhado dos solos ucranianos entre 1957 e 1961 resultou em um mapa cobrindo 75% do país, com escala de 1:10.000, baseado em até um milhão de amostras coletadas. No entanto, a inacessibilidade dos dados devido à política do detentor e o formato não digitalizado tornaram essas informações inutilizáveis.
O terceiro conjunto de dados potencialmente utilizáveis nesta pesquisa foi o levantamento agroquímico conduzido a cada cinco anos, com a 12ª rodada acontecendo atualmente, mesmo durante a guerra. O Instituto Estatal Ucraniano “Instituto de Proteção do Solo” (SI SPI) não permite o uso de seus dados devido à sua política. Além disso, o formato não digitalizado, a falta de georreferenciamento em amostras mais antigas e a agregação de dados por grandes áreas, em vez de locais específicos, representam bloqueios significativos para a pesquisa.
O próximo conjunto potencial de dados foi formado pela plataforma de Monitoramento da Neutralidade da Degradação das Terras Agrícolas Nacionais (ALDN), criada pela Parceria do Solo Ucraniano (USP) com suporte como parte da implementação do projeto da FAO financiado pelo GEF. Os dados incluem 1.000 perfis de solo do NSC ISSAR, 750 parcelas monitoradas pelo SI SPI e 4.030 campos, totalizando 5.780 amostras de solo coletadas entre 2015 e 2020.
A quinta e última fonte potencial de dados pode ser as informações internas de grandes grupos agrícolas e agricultores. Essa abordagem pode ter grande potencial no futuro. Contudo, um possível problema é a necessidade de um sistema para agregar esses dados, o que o torna pouco prático para análises em larga escala.
Entre essas fontes, a quarta opção, a plataforma de monitoramento ALDN, mostrou-se a mais promissora para obter dados abrangentes em escala nacional. Com políticas governamentais adequadas, este banco de dados poderia ser significativamente expandido. No entanto, devido à guerra na Ucrânia, não é uma prioridade no momento.
Solução: Modelo RothC Modificado
A modelagem espacial do teor de SOC nos solos ucranianos foi baseada em uma estrutura semelhante à utilizada por Tomislav Hengl e colegas para a série de mapas SoilGrids e o Mapa Global de Carbono Orgânico do Solo, mas com algumas simplificações . Por exemplo, os cálculos foram realizados apenas para a camada de 0–30 cm (camada de arado), pois essa era a única profundidade disponível no conjunto de dados de treinamento.
Os modelos de mapeamento foram criados no ambiente estatístico R com uma resolução de 250 metros por píxel. O processo envolveu quatro etapas principais, começando com a sobreposição de pontos de observação e covariáveis. A criação dos modelos de mapeamento considerou derivados do relevo, como inclinação e exposição, curvatura da superfície, índice de umidade topográfica, dados agroclimáticos e outros fatores. A segunda etapa foi a escolha do tipo de modelo para a previsão espacial. O algoritmo Random Forest, implementado no pacote “ranger” do R, foi utilizado para esse fim.
A terceira etapa foi a modelagem de SOC para anos específicos. Como o conjunto de dados escolhido representava informações de 2015 a 2020, os modelos foram aplicados para gerar mapas de SOC para cada ano dentro desse período. A etapa final foi a criação de mapas de diferenças usados para rastrear mudanças nos níveis de SOC ao longo do tempo.
O potencial de sequestro foi avaliado utilizando uma versão modificada do modelo RothC da EOSDA, baseado no Manual Técnico de 2020 da FAO sobre o Mapa Global de Potencial de Sequestro de Carbono Orgânico no Solo (GSOCseq) . As melhorias nesse modelo incluíram cálculos algorítmicos mais rápidos, a capacidade de selecionar várias resoluções por meio de reamostragem e a seleção automática de fatores de crescimento de biomassa refinados para diferentes tipos de terras agrícolas na Ucrânia.
Resultado: Mapa De SOC Da Ucrânia
A modelagem espacial do teor de SOC foi conduzida para visualizar as mudanças espaciais e temporais entre 2015 e 2020. Apesar da curta série temporal, os cientistas da EOSDA veem um potencial significativo em prever níveis de carbono, especialmente considerando os avanços recentes na modelagem.
O modelo de potencial de sequestro de carbono pelos solos de paisagens agrícolas que obtivemos nos permite identificar áreas onde, às vezes, nem mesmo as melhores práticas de manejo garantem a neutralização das emissões de carbono orgânico dos solos.
Após concluir essa análise, a equipe previu o teor de SOC no mesmo território para os próximos 20 anos, simulando quatro cenários diferentes. O cenário “Business as Usual” (BAU) mostra o potencial teor de SOC na camada superficial de 0–30 cm após 20 anos, com abordagens conservadoras de uso da terra. Outros cenários preveem aumentos baixos (SSM1 – 5%), médios (SSM2 – 10%) e altos (SSM3 – 20%) no aporte de carbono. Os resultados de todos esses cenários indicam que a Ucrânia possui um alto potencial de absorção de carbono e que, com a implementação abrangente de práticas progressivas de manejo do solo, um impacto positivo significativo na saúde do solo pode ser alcançado.
Perspectivas: Uso Do Modelo No Futuro
Durante a pesquisa, a equipe enfrentou diversos desafios que precisam ser superados. O primeiro foi a falta de dados uniformemente distribuídos de perfis de solo para campos individuais ou parcelas de monitoramento, tanto atuais quanto históricos. A georreferência de dados antigos foi particularmente problemática e, à medida que a equipe analisava períodos mais antigos, menos observações estavam disponíveis, tornando as lacunas temporais mais críticas do que as espaciais. No futuro, espera-se a obtenção de dados mais uniformemente distribuídos.
Outro desafio foi a obsolescência e a variação nos dados. Os dados históricos sobre perfis de solo apresentaram variações significativas devido aos diferentes métodos e laboratórios utilizados. Por exemplo, detectar mudanças reais no carbono orgânico do solo ao longo do tempo foi difícil quando a relação sinal-ruído era baixa, especialmente para propriedades com baixa dinâmica temporal, como o teor de húmus. A coleta de dados de maior qualidade é esperada nos próximos anos, à medida que as tecnologias avançam.
A equipe também enfrentou desafios de verificação. Verificar modelos espaço-temporais e modelos preditivos de anos anteriores era quase impossível, especialmente em zonas ocupadas e de combate. A validação adequada dos dados deve acelerar dramaticamente a verificação de modelos no futuro.
Apesar de esforços titânicos, uma tecnologia revolucionária, barata, precisa e escalável para monitorar SOC e outros indicadores de saúde do solo ainda não foi criada, e os trabalhos nessa direção continuam.
Contudo, é necessário considerar as limitações na precisão dos dados e a impossibilidade de obter resultados de modelos em zonas de combate, onde atividades agrícolas não são viáveis. Apesar dessas limitações, as abordagens gerais permanecem robustas. Elas podem servir como base para recalcular resultados em cenários que envolvam a reconstrução pós-guerra da Ucrânia e a restauração de seu potencial agrícola.
Sobre o promotor:
Kseniia Kunakh possui mais de 6 anos de experiência em redação, trabalhando em diversos domínios, incluindo textos empresariais, educacionais e direcionados à mídia. Suas experiências anteriores como gerente de desenvolvimento em uma NGO ambiental da Ucrânia e como identificadora de talentos em uma empresa de IT a tornam uma combinação perfeita para alguém que é apaixonado por inovações eco-tecnológicas e pode comunicar sobre elas com facilidade.
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