The carbon cycle in the upper Xingu Basin: terrestrial, aquatic and atmospheric interactions.

O objetivo da pesquisa foi quantificar os fluxos de entrada e saída de carbono (C) ao longo de um ano hidrológico, medidas estas importantes para o balanço de C num ecossistema. A microbacia em estudo apresenta uma área de 1319 hectares, o rio que drena esta microbacia é afluente do Rio Darro, Bacia do Rio Xingu, Mato Grosso Brasil. A cobertura vegetal é de Tensão Ecológica, área de contato entre a floresta tropical chuvosa e cerrado. Para estimar a entrada e o transporte de C no sistema, amostras de 12 eventos de chuva foram coletadas e determinadas as concentrações de carbono orgânico dissolvido (COD) e carbono inorgânico dissolvido (CID) na água da chuva, precipitação interna da floresta, escoamento de água pelo tronco, escoamento superficial do solo, solução do solo e água do lençol freático. Os fluxos de saída de C foram quantificadas em 13 eventos, com a determinação de CO2 e CH4 do rio e do solo, e a exportação de COD, CID e carbono orgânico particulado (COP) pelo rio. Na água da chuva as concentrações médias de COD foram de 6,7 ± 3,7 mg L-1, o que representou uma entrada de 82,3 Kg C ha-1 ano-1. Após o percurso através do dossel, a precipitação interna apresentou a maior quantidade de COD transportada no sistema, com valores de 142,6 Kg C ha-1 ano-1. O escoamento superficial do solo e o escoamento pelo tronco, contribuíram com apenas 1 a 2 % do COD transportado no sistema. No caso do CID, as concentrações nos compartimentos acima do solo foram muito baixas, semelhantes ao esperado pelo equilíbrio com o CO2 da atmosfera, ao passo que nos compartimentos abaixo do solo, houve supersaturação de CO2 e aumento considerável de CID. O solo foi a componente de maior perda de carbono do sistema, com fluxos para a atmosfera de mais de 6000 Kg C ha-1 ano-1, o que representou 99% da saída da microbacia. Para o CH4 o solo foi um pequeno sumidouro de carbono na ordem de 4,37 ± 0,09 Kg C ha-1 ano-1. O rio apresentou fluxos extremamente elevados de CO2 e CH4, com mais de 63000 Kg C ha-1 ano-1, porém as perdas pelo rio foram baixas quando comparadas com a área total da bacia (56,2 ± 0,07 Kg C ha-1 ano-1). Das frações exportadas na descarga pelo rio, o COD foi a fração dominante, porém relativamente baixa, com uma saída de 1,6 Kg C ha-1 ano-1. As perdas de CID e COP pelo rio foram de 0,9 Kg C ha-1 ano-1 e 0,01 Kg C ha-1 ano-1 respectivamente. Concentrações elevadas de COD nos compartimentos acima do solo, mostram uma clara variação sazonal, em parte, provavelmente como resultado das atividades humanas nesta região. As elevadas concentrações de CID na solução do solo e água do lençol freático durante o período chuvoso, associado aos maiores fluxos de CO2, indicam uma forte conectividade entre ambientes terrestre e aquático.The objective of this research was to quantify the fluxes of carbon (C) input and output in a watershed during a hydrological year that represent important components for the C budget in an ecosystem. The watershed studied covered an area of 1319 ha, and is drained by the Darro River tributary, Xingu Basin, Mato Grosso state - Brazil. The area is characterized by a typical transition from evergreen tropical forest to Cerrado. In order to estimate the input and transport of C in the system, samples from 12 rain events were collected over the year and measured for dissolved organic carbon (DOC) and dissolved inorganic carbon (DIC) in the rainwater, throughfall, stemflow, overlandflow, soil solution, and groundwater. C fluxes were quantified in 13 sampling events for carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) emissions from the stream and soil, and for DOC, DIC and particulate organic carbon (POC) exported by the stream. Mean annual DOC concentration in the rainwater was 6.7 ± 3.7 mg L-1 representing an input of 82.3 Kg C ha-1 yr-1. Throughfall represented the largest flow path of DOC in the system with an annual transport of 142.6 Kg C ha-1 yr-1. Stemflow and overlandflow contributed to 1 and 2% of the total DOC transported in the system. For dissolved inorganic carbon, the concentrations in aboveground compartments were very low, similar to what is expected as result of the equilibrium whith the atmosphere. In contrast, DIC concentration in the belowground flow paths was high due to supersaturation in relation to the CO2 concentrations in the atmosphere. Soil C emission was the largest carbon flow path in the basin, more than 6000 Kg C ha-1 yr-1, which represented 99% of C losses in the watershed. In the case of CH4 the soil acted as a C sink with a sequestration rate of 4.37 ± 0.09 Kg C ha-1 yr-1. The stream showed elevated fluxes of CO2 and CH4 of more than 63000 Kg C ha-1 yr-1 . However, compared to the entire basin area the losses from the stream were small (56.2 ± 0.07 Kg C ha-1 yr-1). Although the DOC concentration in the stream was low, it represented the main organic carbon loss component, with a flux of 1.6 Kg C ha-1 yr-1. Losses of DIC and POC from the stream amounted around 0.9 Kg C ha-1 yr-1 and 0.01 Kg C ha-1 yr-1, respectively. The high DOC concentrations in aboveground flow paths exibited clear seasonal variations, in part problably as a result of massive human activities in the region. Also, the high concentrations of DIC in the soil solution and in groundwater during the rainy season, associated with the highest CO2 fluxes, indicated the strong connectivity between terrestrial and aquatic environments