Agricultura: Culpada ou inocente? Um sistema de suporte de vida que tem que ser sustentável
Pedro Aguiar Pinto (ISA/ULisboa)
[email protected] 4 de Dezembro de 2015
Life support system - Biosphere 2 |2
Sistema de suporte de vida inclui todas as interacções entre o ambiente, os organismos, os processos e os recursos que asseguram a provisão das necessidades fisiológicas da vida, nomeadamente, alimento e outras formas de energia, nutrientes minerais, ar e água Odum (1989)
Sistema de suporte de vida|3
Agricultura|4
Sumário • Ponto prévio – O mundo que nos rodeia. • O ambiente – Escala » Local vs. global
• O que mudou? – Mudança global (Globalização) » Agricultura » Transportes » População » Energia » Água
Mudança Global
Mudança Global | 6
Think global. Act local
Duas escalas | 7
Razão Consciência da realidade segundo a totalidade dos factores
Razão total | 8
Globo | 9
Mundo conhecido | 10
Os horizontes alargam-se | 11
Os nossos antepasados foram protagonistas | 12
Glob cover 2009 | 13
NASA | 14
Alteração O que mudou?
Local - global
Passado - presente
Introdução em cultura de novas áreas | 24
Reutilizar / Reciclar | 25
Nitrato do Chile| 26
Petróleo | 27
Cereais | 28
Fluxos comerciais mundiais (2001, 109 US$)
Tóquio | 30
Cidades mais populosas Cidade
População
1. Xangai (China
29 000 000
2. Karachi (Paquistão)
23 500 000
3. Pequim (China)
21 500 000
4. Nova Deli (Índia)
18 000 000
5. Lagos (Nigéria)
17 000 000
23. Londres
8 500 000 Concentração metropolitana | 31
Concentração litoral | 32
Fluxos de água no comércio de produtos agrícolas| 33
Uso de água à escala global
Água à escala global | 34
Consumo doméstico de água
Água à escala local | 35
Disponibilidade de água doce
Distribuição global de água doce | 36
População da Terra Population Clocks
7,220,589,900
World 14:36 UTC (+1) Jan 27, 2015 http://www.census.gov/main/ www/popclock.html
população mundial |37
Iluminação nocturna |38
Fluxos de tráfego aéreo |39
Silent Spring – Rachel Carson (1962) |40
Caixotes do lixo |41
Poluição de plástico nos oceanos
Sumário • Necessidades vs. disponibilidades alimentares – Dominância de um número reduzido de espécies
• O ecossistema agrícola – Conceitos – Particularidades
• Estabilidade • Diversidade
A primeira política agrícola |44 Túmulo de Mena, Tebas (1420 aC)
Produção de alimentos é suficiente?
Agricultura itinerante |45
An essay on the principles of population Thomas Malthus
Suficiência |46
primeiro erro de Malthus - novo mundo |47
Requisitos alimentares (RDA’s) • Anuais
• Diários – Energia: 10,5 MJ (2500 kcal)
– Energia: • 3,8 GJ.ano-1
energia digestível
– Proteína: 50 g prot. dig. (8g N = 50/6,25)
– Proteína: • 18,2 kg.ano-1 (2,9 kg N)
O arroz - o cereal mais pobre em proteína - tem 8% de proteína. 224 kg de matéria seca digestível de arroz cobrem as necessidades energéticas e têm aproximadamente 17,9 kg de proteína, ligeiramente menos que o requisito anual per capita.
Produção de alimentos Outras 34%
Oleaginosas 6%
Cultura Trigo Arroz Milho Cevada Sorgo Milho painço Aveia Batata Mandioca
Leguminosas 8%
Área
Produção
Produtividade
(x1000 ha)
(*1 000 t)
(kg/ha)
225438 214886 155736 139173 55570 42373 36113 14381 19150 16638
681916 585145 678688 602266 604572 129408 60274 26952 24480 305147 168339
2723 3025 3867 4204 4344 2329 1422 746 1702 15935 10118
Cereais 48%
Raízes e tubérculos 4%
Energia Capacidade População bruta sustentação potencial MJ/ha
77241 69534 87768 95422 75905 59274 22370 13041 38995 102080 58335
(pessoas/ha) (x 1 000 000)
2018 17% 43 932 582 23 3 597 053 2520 13% 42 780 16 6 3 10 27 15
867 249 124 148 514 255
produção de alimentos|49
Composição da dieta alimentar humana à escala mundial Carne e peixe 11%
Arroz 21%
Frutos e hortícolas 10%
Gorduras e óleos 9% Açúcar 7% Mandioca 2% Batatas e inhame Outros cereais 5% 10%
Trigo 20% Milho 5%
Holanda, 09
8000
Produção (t/ha)
7000
Reino Unido, 99 USA, 09 França, 09 França, 99
Evolução histórica da produtividade do arroz no Japão e do trigo no Reino Unido.
6000
Outras produtividades nacionais referentes a 1968 (Evans, 1975)
5000
Actualização de alguns casos a 1999 e 2009 (FAO, 2000, 2011)
Japão, 99
4000
Formosa França
3000 Ceilão Tailândia Índia
2000
Indonésia
Filipinas
1000 0 800
Arroz, Japão
Paquistão Índia
México Rússia, 09 Itália Tailândia, 99 USA
Canadá URSS Austrália
URSS, 99
Trigo, Reino Unido
1000
1200
1400 Anos
1600
1800
2000
Evolução histórica da produtividade|51
Evolução Tecnológica A “Revolução Verde”
Irrigação de alto rendimento
Agroquímicos
Mecanização
Outros factores negativos não identificados
-23
Aparecimento de novas doenças e pragas
-8
Acréscimo de mecanização da cultura
Como é que a produtividade aumentou assim? Mecânica
5
Alteração de sequências culturais (Intensificação)
-7
Agravamento dos problemas de erosão
-8
Melhoria do arranjo espacial das plantas
8
Melhoria da determinação da data de sementeira
8
Fisiologia Climatologia
Aumento do controlo de doenças e paragas
21
Fitopatologia
-28
Redução da aplicação de estrumes e matéria orgânica
Química
Acréscimo de aplicação de fertilizantes comerciais
Genética e Melhoramento
Introdução de cultivares melhoradas
-40
-30
-20
-10
47
0
10
20
30
40
58
50
60
segundo erro de Malthus – evolução científica e técnica |53
70
OGMs |54
Lei de Liebig – factor limitante|55
Radiação solar
Modelo de um ecossistema
Espaço físico
Reserva de nutrientes Energia Produtores
Nutrientes
Consumidores Decompositores
De outros ecossistemas
Calor
Para outros ecossistemas
Leis da Termodinâmica • 1.ª lei – Na natureza nada se cria, tudo se transforma • Princípio de conservação da massa e da energia (Lavoisier)
• 2.ª lei – Maximização da entropia • Não há almoços grátis
Balanços, fluxos e eficiência Balanços Entradas + Saídas + Δ armazenamento = 0
Fluxos Fluxo = Condutividade * Gradiente (
Eficiência E = O / I ou E = Saídas /Entradas
)
Δ[ ] Δz
Fluxo de energia num ecossistema natural Radiação solar
Ambiente aéreo
Metano
Reflexão
Produtos vegetais
Plantas Animais Produtos animais Dejecções
Senescência
Solo
Fluxo de energia num ecossistema agrícola Radiação solar
Ambiente aéreo Metano Reflexão Processamento
Combustível
Produtos vegetais
Colheita
Máquinas
Conservação
Cultura
Animais Produtos animais
Pesticidas Dejecções Irrigação
Fertilização
Senescência, doenças e pragas
Solo
Exportação Subsídio de energia
Cadeias tróficas básicas em Agricultura Cultura
Cultura
Pastagem
Cultura
Pastagem
Animal
Animal
Animal
Homem
Homem
Homem
Homem
18 (trigo)
4 (milho-porco)
7 (leite)
Capacidade de sustentação (pessoas/ha)
Adaptado de Loomis e Connor (1992)
Sistemas do tipo 1 Cultura
Homem
Sistemas do tipo 3 Pastagem
Animal
Homem
Variabilidade espacial da produtividade |64
Variabilidade estacional - transumância |65
Variabilidade interanual |66
Exportação de nutrientes Produção total (kg MS /ha) C H2 O N P K Cu
12 2 16 30
40% 7% 53%
Grão 10000
Palha 10000
Total 20000
3800 633 5067
3800 633 5067
7600 1267 10133
95%
2%
200 150 200
0,001%
0,125
2% 1,5%
1% 100 75 0,75% 1% 100
Exemplo hipotético para um cultura de milho
300 225 300 0,125
Aplicação de adubo|68
Tipos de dispersão
casual
regular
agrupada
Orientação do trabalho no campo
Autoregulação Extinção de populações sobrespecializadas
Extinção de populações sobregeneralizadas dos estádios iniciais
Diminuição da eficiência de mecanismos de auto-regulação
Sobreespecialização de espécies; estabelecimento de populações demasiado pequenas na comunidade
Solo nu
Estádios pioneiros
Ambiente mais estável
Menor quantidade de energia requerida para regulação e adptação a um ambiente instável
Mais energia disponível para suporte da biomassa; > eficiência de transferência de energia
Maior capacidade de auto-regulação
Mais espécies; cadeias tróficas mais compridas; comunidades mais complexas; melhor regulação interna.
Aumento da especialização das espécies
Intensidade da gestão humana +
Vida selvagem
Centros de origem
Áreas urbanas
Floresta natural
Diversidade
Agricultura de sequeiro
Pastagem natural
Exploração florestal
-
Intensidade de gestão
Agricultura de regadio Pastagem semeada
+
1.46
17.9%
Consumo de energia na fileira alimentar Agricultura (0.30) (5.67)
(4.36)
(4.13)
(2.49)
(1.16)
(3.83)
Transportes
0.23
2.8%
Comércio grossista e retalhista 1.31
Uso doméstico
30.6%
16.0% Alimentos
2.67
32.7% Processamento de alimentos Adaptado de Hirst (1974)
8.16 x 106 kcal per capita / ano 34 GJ per capita / ano ≈10 vezes > 3,8 GJ
Sumário • Diversidade – Diferentes escalas espaciais • Diversidade alfa • Diversidade beta • Diversidade gama
• Monotonia – O modelo de cultura • Particularidades
• Estabilidade • Diversidade
Factos e considerandos Considerando que a cauda é uma pata, quantas patas tem um cão? Tem quatro, dado que, o facto de considerarmos que a cauda é uma pata não transforma a cauda em pata. Abraham Lincoln
Diversidade e monotonia 1. Diversidade e monotonia
Valor
• Diversidade • Variedade
+ Variedade
• Uniformidade
Uniformidade
• Homogeneidade
Homogeneidade
• • • • •
+ +
–
Variável vs. Constante
–
Uniforme vs. multiforme
–
Homogéneo vs. heterogéneo
Dominância Produtividade Estabilidade Risco Sustentabilidade
(subliminar?)
Variável vs. Constante Uniforme vs. multiforme Homogéneo vs. heterogéneo
Espécie • do latim: species, "tipo" ou "aparência"; abreviado: "spec." ou "sp." singular, ou "spp." plural), é um conceito fundamental da Biologia que designa a unidade básica do sistema taxonómico utilizado na classificação científica dos seres vivos. • Embora existam múltiplas definições, nenhuma delas é consensual, o conceito estrutura-se em torno – da constituição de agrupamentos de indivíduos (os espécimes) com profundas semelhanças estruturais e funcionais recíprocas – resultantes da partilha de um cariótipo idêntico, expresso numa estrutura cromossómica das células diplóides similar, que lhes confere acentuada uniformidade bioquímica e a capacidade de reprodução entre si – originando descendentes férteis e com o mesmo quadro geral de caracteres, num processo que, quando envolva um organismo sexuado, deve permitir descendentes férteis de ambos os sexos.
O que é a diversidade
Diferentes escalas espaciais • Alpha Diversity = richness and evenness of individuals within a habitat unit. –
•
Beta Diversity = expression of diversity between habitats. –
•
For example in the figure below, Alpha Diversity of Site A = 7 species, Site B = 5 species, Site C = 7 species. In the example below, the greatest Beta Diversity is observed between Site A and C with 10 species that differ between them and only 2 species in common.
Gamma Diversity = landscape diversity or diversity of habitats within a landscape or region. –
In this example, the gamma diversity is 3 habitats with 12 species total diversity.
8.74 Million Species on Earth Census Results for the Five Kingdoms of Eukaryotes (approximate) ANIMALS – 7.77 million species (of which 953,434 have been described and cataloged) PLANTS – 298,000 species (of which 215,644 have been described and cataloged) FUNGI – 611,000 species (of which 43,271 have been described and cataloged) PROTOZOA – 36,400 species (single-cell organisms with animal-like behavior, such as movement, of which 8,118 have been described and cataloged) CHROMISTS – 27,500 species (including, brown algae, diatoms, water molds, of which 13,033 have been described and cataloged) http://news.discovery.com/earth/plants/874-million-species-onearth-110823.htm Agosto 2011
Agricultura é monótona 2. A Agricultura é monótona (pouco diversa) 2.1. O modelo de cultura (que surge como conceito a partir da observação de herbáceas anuais determinadas) Conjunto de indivíduos idênticos - de uma única população - da mesma idade e, portanto, com grande uniformidade,
suportando um elevado grau de
competição / interferência intraespecífica
A competição é adaptada aos recursos disponíveis
Texto Texto
…mas a dominância é sempre assegurada
Texto Texto
• Comparação entre um trigo corrente (a) e o ideótipo de trigo de C. M. Donald (1968) (b) para cultura com povoamentos densos e recursos do solo não limitantes: • - palha baixa e resistente, um número reduzido de folhas erectas e uma espiga longa • - comportamento não competitivo, alto índice de colheita e máximo desempenho em comunidade. Ideótipo
A irregularidae é notada Texto Texto
Irregularidade
Texto Texto
Variabilidade espacial
O trabalho do campo
acentua a natureza monótona e lenta associada à agricultura que, contudo, não deixa de ser harmoniosa. Bucólico – foi o adjectivo encontrado para traduzir a harmonia que poetas e pintores descreveram
O trabalho
Texto Texto
Harmonia
Economias de escala
Diversidade em Agricultura 3. A diversidade em Agricultura • Pastagens biodiversas •
Conssociações
Conssociações
Texto Texto
AGRICULTURA: monótona e diversa
18 de Maio 2010 | Pedro Aguiar Pinto
Tema Texto
AGRICULTURA: monótona e diversa
Repartição do espaço
Texto Texto
AGRICULTURA: monótona e diversa
Diversidade de paisagem
Texto Texto
AGRICULTURA: monótona e diversa
Diversidade em Agricultura 3. A diversidade em Agricultura • Pastagens biodiversas •
•
Conssociações
Rotações
S-C-L-C 1.º ano
2.º ano
3.º ano
4.º ano
Folha 1
Milho
Trigo
Fava
Cevada
Folha 2
Trigo
Fava
Cevada
Milho
Folha 3
Fava
Cevada
Milho
Trigo
Folha 4
Cevada
Milho
Trigo
Fava
S-C-L-C
3. A diversidade em Agricultura • Conssociações •
Pastagens biodiversas
• Rotações •
Cultura em faixas
3. Diversidade em Agricultura
18 de Maio 2010 | Pedro Aguiar Pinto
Strip cropping
3. A diversidade em Agricultura • Conssociações •
Pastagens biodiversas
• Rotações •
Cultura em faixas
• Sistemas agroflorestais • Bordaduras (edgerows)
3. Diversidade em Agricultura
Sistema agro-florestal
Agroforestry
Agroforestry
Podemos destruir o nosso sistema de suporte de vida? 2 exemplos Babel e a ambição humana |109
the great potato famine |110
Texas, 1935
dust bowl|111
