Abstract Antarctic plant communities show a close relationship with soil types across the landscape, where vegetation cover changes, biological influence, and soil characteristics can affect the dynamic of greenhouse gases emissions. Thus, the objective of this study was to evaluate greenhouse gases emissions in lab conditions of ice-free areas along a topographic gradient (from sea level up to 300 meters). We selected 11 distinct vegetation compositions areas and assessed greenhouse gases production potentials through 20 days of laboratory incubations varying temperatures at -2, 4, 6, and 22 °C. High N2O production potential was associated with the Phanerogamic Community under the strong ornithogenic influence (phosphorus, nitrogen, and organic matter contents). Seven different areas acted as N2O sink at a temperature of -2 °C, demonstrating the impact of low-temperature conditions contributing to store N in soils. Moss Carpets had the highest CH4 emissions and low CO2 production potential. Fruticose Lichens had a CH4 sink effect and the highest values of CO2. The low rate of organic matter provided the CO2 sink effect on the bare soil (up to 6 °C). There is an overall trend of increasing greenhouse gases production potential with increasing temperature along a toposequence.

RESUMO O sistema de colheita mecanizado da cana-de-açúcar têm substituido o sistema de queima do canavial devido a preocupações ambientais como a emissão de partículas durante a queima e diversos malefícios ao solo. O impacto dessa prática no potencial de produção de gases do efeito estufa (GEE) no solo ainda demanda estudo. Assim, o presente trabalho quantificou a produção potencial, em 1 g de solo, de gases do efeito estufa em três sistemas de manejo de cana-de-açúcar. As áreas avaliadas foram: uma com histórico de queima do canavial antes da colheita (B) e outras com duas com sistemas de manejo de “cana crua” em dois períodos de implantação - 5 (G-5) e 10 anos (G-10). Um experimento de incubação em laboratório foi montado para avaliar os potenciais de produção de dióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N2O) e metano (CH4) em de 1g de amostras de solo nos diferentes sistemas de manejo de cana-de-açúcar. Os resultados deste estudo demonstram que os sistemas de manejo de cana-de-açúcar apresentaram impacto na produção potencial de CO2 no solo. Além disso, quando dividiu-se os resultados de gases oriundos de áreas convexas e concavas, observou-se diferenças nos padrões de CO2 entre as áreas B e G-10, with greater emission in the G-10 area, possivelmente devido a presença de palhada na superífice do solo.

ABSTRACT Mechanized sugarcane harvest is replacing the historic practice of field burning, due to environmental concerns of the particulate and emissions during burning. However, the impact of these practices on soil greenhouse gas (GHG) production potential is not fully known. Thus, the present work quantified the potential production, in 1 g of soil, of greenhouse gases (GHG) in three systems of sugarcane management. The systems were: area with a history of burning sugarcane before harvest (B) and another with two systems of management of “green sugarcane” in two periods of implantation - 5 (G-5) and 10 years (G-10). A laboratory incubation experiment was used to assess the production potentials of carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) in 1g of soil samples by the different sugarcane management systems. The results of this study demonstrate that the sugarcane management systems had an impact on the potential production of CO2 in the soil. In addition, when the results of gases were divided from convex and concave areas, differences in CO2 patterns between areas B and G-10 were observed, with greater emission in the G-10 area, probably due the residue on the soil surface.

Para entendimento do impacto do preparo do solo sobre as emissões de CO2 desenvolvemos e aplicamos dois modelos conceituais que são capazes de prever a emissão de CO2 do solo após seu preparo em função da emissão da parcela sem distúrbio, acrescida de uma correção devido ao preparo. Os modelos assumem que o carbono presente na matéria orgânica lábil segue uma cinética de decaimento de primeira ordem, dada pela seguinte equação: dCsoil (t) / dt = -k Csoil (t), e que a emissão de C-CO2 é proporcional a taxa de decaimento do C no solo, onde Csolo(t) é a quantidade de carbono lábil disponível no tempo (t) e k é a constante de decaimento (tempo-1). Duas suposições foram testadas para determinação das emissões após o preparo do solo (Fp): a constante de decaimento do carbono lábil do solo (k) antes e após o preparo é igual (Modelo 1) ou desigual (Modelo 2). Conseqüentemente, a relação entre os fluxos de C das parcelas sem distúrbio (F SD) e onde o preparo do solo foi conduzido (F P) são dadas por: F P = F SD + a1 e-a2t (modelo 1) e F P = a3 F SD e-a4t (modelo 2), onde t é o tempo após o preparo. Fluxos de CO2 previstos e observados relevam um bom ajuste dos resultados com coeficiente de determinação (R²) tão alto quanto 0,91. O modelo 2 produz um ajuste ligeiramente superior quando comparado com o outro modelo. A velocidade das pás da enxada rotativa foi relacionada a um aumento na quantidade de carbono lábil e nas modificações do tempo de residência médio do carbono lábil do solo após preparo. A vantagem desta metodologia é que a variabilidade temporal das emissões induzidas pelo preparo do solo pode ser descrita a partir de uma função analítica simples, que inclui a emissão da parcela sem distúrbio e um termo exponencial modulado por parâmetros dependentes do preparo e de condições ambientais onde o experimento foi conduzido.

To further understand the impact of tillage on CO2 emission, the applicability of two conceptual models was tested, which describe the CO2 emission after tillage as a function of the non-tilled emission plus a correction due to the tillage disturbance. Models assume that C in readily decomposable organic matter follows a first-order reaction kinetics equation as: dCsoil (t) / dt = -k Csoil (t), and that soil C-CO2 emission is proportional to the C decay rate in soil, where Csoil(t) is the available labile soil C (g m-2) at any time (t) and k is the decay constant (time-1). Two possible assumptions were tested to determine the tilled (F T) fluxes: the decay constants (k) of labile soil C before and after tillage are different (Model 1) or not (Model 2). Accordingly, C flux relationships between non-tilled (F NT) and tilled (F T) conditions are given by: F T = F NT + a1 e-a2t (model 1) and F T = a3 F NT e-a4t (model 2), where t is time after tillage. Predicted and observed CO2 fluxes presented good agreement based on the coefficient of determination (R² = 0.91). Model comparison revealed a slightly improved statistical fit of model 2, where all C pools are assigned with the same k constant. Rotary speed was related to increases in the amount of labile C available and to changes of the mean resident labile C pool available after tillage. This approach allows describing the temporal variability of tillage-induced emissions by a simple analytical function, including non-tilled emission plus an exponential term modulated by tillage and environmentally dependent parameters.