Effect of vinasse application on the emission of greenhouse gases and denitrifying and methanogenic soil communities

Existe uma preocupação mundial com as mudanças climáticas causadas pelo aumento da concentração de gases do efeito estufa (GEE) e consequente acréscimo na temperatura média da superfície terrestre. A queima de combustíveis fósseis é a maior causadora do aquecimento global e responsável por danos à saúde humana. É notável o esforço global em diversificar a matriz mundial de combustíveis líquidos, priorizando a substituição de fontes fósseis por renováveis. Tal substituição reforça a necessidade de avaliações de todas as emissões de GEE na cadeia produtiva da cana-de-açúcar. O Brasil é o maior produtor de etanol proveniente de cana-de-açúcar. Um importante co-produto deste processo produtivo é a vinhaça, sendo produzida em elevadas quantidades e constituída por uma expressiva carga orgânica. Esta é comumente aplicada ao solo por fertirrigação. Apesar de atuar beneficamente no solo, pouco se sabe sobre a capacidade deste co-produto de aumentar as emissões de GEE no solo. Assim, o objetivo foi avaliar o efeito da aplicação da vinhaça nas emissões de N2O e CH4 e na comunidade de bactérias desnitrificantes e metanogênicas do solo. As amostragens de GEE e solo foram em áreas de cana sem queima a partir da aplicação de doses vinhaça (0, 150, 300 e 450 m3 ha-1). O delineamento experimental realizado foi em cinco blocos casualizados, totalizando 25 câmaras de coleta de gases do efeito estufa. Amostras de solo foram coletadas em quatro períodos de amostragem após aplicação de vinhaça (0, 7, 15 e 30 dias), em dois anos consecutivos. Foram analisados os GEE, N2O e CH4, além da abundancia de genes por meio da técnica de qPCR. A fertirrigação via aplicação de vinhaça no solo, nos dois anos, proporcionou aumento nas emissões de N-N2O, principalmente nos primeiros dias após a aplicação. Contudo os fluxos de C-CH4 oscilaram indicando a capacidade do solo de servir ora como fonte ora como sumidouro deste GEE. Os fatores de emissão obtidos para aplicação de N na forma de vinhaça, dose de 300 m3 ha-1, foram de 0,08% para o primeiro ano e 0,07% para o segundo ano. A partir da técnica de qPCR, a abundância dos genes indicou que a introdução deste resíduo ao solo pode aumentar significativamente o total de bactérias no solo e a atividade do gene nosZ, contudo o mesmo não ocorre com o potencial de desnitrificação biológica (gene nirK) e nem com o gene mcrA (redução de CH4). Os resultados demonstram que a aplicação da vinhaça no solo influencia as emissões de GEE, assim como a comunidade microbiana do soloThere is a global concern with climate change caused by increased concentration of greenhouse gases (GHG) and consequent increase in the average temperature of the Earth surface. Fossil fuels burning is the major cause of global warming and it is responsible for damages to human health. Remarkable global efforts in diversifying liquid fuels have been attempted, giving priority to the replacement of fossil fuels to renewables. Such substitution reinforces the need of an evaluation of all GHG emissions in the production chain of sugarcane. Brazil is the largest producer of ethanol with source from sugarcane. An important co-product of the production process is vinasse, which is being produced in large quantities comprising a significant organic load. This is commonly applied over the ground by fertigation. Despite being good for the soil, little is known about the ability of this co-product of increasing GHG emissions. This work aimed to evaluate the effect of the application of vinasse in the emissions of N2O and CH4 and in the soil community of denitrifying and methanogenic bacteria. Sampling of GHG and soil were performed in areas of sugarcane without burning with the application of different vinasse doses (0, 150, 300 and 450 m3 ha-1). The experiment was conducted in five blocks, totaling 25 collection chambers of greenhouse gases. Soil samples were collected in four sampling periods after application of vinasse (0, 7, 15 and 30 days), in two consecutive years. We analyzed the GHG, N2O and CH4, and the abundance of genes by qPCR technique. The fertigation via vinasse application on the ground in two years provided an increase in emissions of N-N2O, especially in the first couple of days after application. However the flow of C-CH4 was variable indicating the ability of the soil to serve either as source or as sink of this GHG. The emission factor obtained for N application in the form of vinasse dose of 300 m3 ha-1 was 0.08% for the first year and 0.07% for the second year. By qPCR technique, the abundance of the genes indicated that the use of this residue to the soil can significantly increase the amount of bacteria in the soil and nosZ gene activity. However it does not occur with the potential for biological denitrification (nirK gene) or with the gene mcrA (reduction of CH4). These results demonstrate that the application of vinasse in the soil influences GHG emissions as well as the soil microbial communit