Redistribution and loss of soil organic carbon by overland flow under various soil management practices on the Chinese Loess Plateau

Field rainfall simulations with intensities of 85 and 170 mm/h were conducted in 2002 and 2005 on a 15-m long slope on a loess soil in Luoyang, Henan Province, P. R. China to study the effects of different soil management practices on the redistribution and loss of soil organic carbon (SOC) by runoff and soil erosion. Field plots under winter wheat ( Triticum aestivum L.) were set up in 2001 and included the following soil management practices: subsoiling with mulch (SSM), no-till with mulch (NTM), reduced tillage (RT) and conventional tillage control (CT). The results showed that SOC for topsoil (0 - 20 cm) increased in the NTM and SSM plots when compared with results from 2002 and 2005. For all treatments, SOC in the lower part of the plots was higher in 2005 than in 2002. The values from the upper parts of the plots were only lower in 2005 compared with the overall values for 2002 for RT and CT. The enrichment ratio of organic carbon (ERoc) in runoff sediment varied from 1.01 to 2.24 with a mean of 1.25. During the simulated rainfall events, ERoc was initially high and then reduced after a short period to reach a steady value at the end of the event, always remaining >= 1. The change in SOC loss rate was more dependent on the sediment loss rate than on the changes in SOC concentration in the sediment. The best results in terms of a reduction in soil and SOC loss were obtained with NTM: no runoff and hence no soil and SOC loss were observed. SOC losses observed for SSM were on average only 4% of those observed for CT. RT resulted in 71% SOC loss compared with CT although the runoff reduction was not pronounced. For farmers, SSM and NTM are the best alternatives in terms of SOC conservation. NTM has the additional advantage that it requires less labour and is more beneficial from economic and environmental perspectives

Desempenho do tensiômetro com diferentes sistemas de leitura Tensiometer performance with different reading systems

O tensiômetro é o instrumento mais utilizado no campo para medida do potencial mátrico da água, pelo que a avaliação dos seus diferentes sistemas de leitura é muito importante. Este trabalho objetivou avaliar diferentes sistemas de leitura do tensiômetro tradicional em campo e justifica-se porque vai indicar a situação na qual cada sistema deve ou não ser utilizado. Foi realizado um experimento em delineamento inteiramente aleatório e em esquema fatorial 3 x 2 x 2 x 11, ou seja, três sistemas de leitura do tensiômetro (manômetro de mercúrio, vacuômetro de Bourdon e tensímetro digital com transdutor de pressão), duas profundidades de instalação (0,2 e 1,0 m), dois horários de leitura (manhã e tarde) e 11 leituras, com quatro repetições. Os dados foram submetidos à análise de variância pelo teste F, e as médias foram contrastadas pelo teste de Tukey, a 5 %. Os sistemas também foram analisados com base nos indicadores estatísticos índice de concordância de Willmott, erro máximo, erro absoluto médio, raiz quadrada do erro médio normalizado, coeficiente de determinação, coeficiente de massa residual e eficiência, adotando-se o tensiômetro com manômetro de mercúrio como referência. Concluiu-se que: (a) o vacuômetro de Bourdon é mais exato e eficiente que o tensímetro digital e, na ausência do manômetro de mercúrio, deve ser preferido para a medida do potencial mátrico da água no solo; (b) sempre que o vacuômetro de Bourdon for instalado ao longo do comprimento do tensiômetro sob determinada carga hidráulica, esta deve ser considerada no cálculo do potencial mátrico; e (c) o tensímetro digital superestimou os valores de potencial mátrico em comparação ao manômetro de mercúrio e vacuômetro de Bourdon.<br>The tensiometer is the most used instrument in the field to determine the soil water matric potential, so that the evaluation of its reading systems is very important. The purpose of this study was to evaluate different reading systems for the traditional field tensiometer traditional field tensiometer and it is justified because it will indicate the situation in which each system should be used. The experiment was carried out in a completely randomized factorial design (3 x 2 x 2 x 11), using three tensiometer reading systems (mercury manometer, Bourdon gauge and digital tensimeter with pressure transducer), two installation depths of the porous cup (0.2 and 1.0 m), two readings per day (morning and afternoon) during 11 days of readings, with four replications. The data were submitted to the F test (variance analysis) and the means compared by the Tukey test at 5 %. Besides, the systems were also evaluated using the statistical indicators Willmott concordance index, maximum error, mean absolute error, normalized root mean-square error, determination coefficient, coefficient of residual mass and efficiency, based on the mercury manometer as reference. It was concluded that (a) whenever the Bourdon vacuometer is installed at a particular hydraulic load in the tensiometer length, this should be considered in the matric potential calculation, (b) the Bourdon's vacuometer was more precise and efficient than the digital tensiometer and (c) the digital tensiometer overestimated the soil water matric potential in comparison to the mercury manometer and Bourdon's vacuometer

Retenção da água em solo sob diferentes usos no ecossistema tabuleiros costeiros Water retention in a tableland ecosystem soil under different land use

Avaliaram-se as alterações na quantidade e qualidade dos poros de um Latossolo-Amarelo álico coeso, do ecossistema Tabuleiros Costeiros, em função do uso (citros, mandioca e mata) com base nas curvas de retenção do solo, determinadas com 10 repetições em amostras de solo com estrutura indeformada, coletadas aleatoriamente na profundidade de 0,10 e 0,30 m, em cada tratamento. As tensões aplicadas foram de 0,5; 1; 2 e 5 kPa em funil de placa porosa e 30, 70, 100, 500 e 1500 kPa em câmara de pressão, também com placa porosa. Os resultados de cada tensão foram avaliados pelo teste de Tukey, a nível de 5% de probabilidade e, para fins de cálculo da condutividade hidráulica relativa, os valores de umidade versus tensão foram ajustados à equação de van Genuchten. Verificou-se que houve redução da macroporosidade do solo com o cultivo e o manejo na cultura de citros; além disso, constatou-se, ainda, que o uso do solo com mandioca aumentou a capacidade de água disponível do solo a 0,10 m de profundidade, em relação ao citros. Também relevante e que depreende dos resultados, é o fato de que, no citros, o manejo compactou o solo de maneira mais intensa que na mandioca, levando o solo, com esse cultivo (citros) a reter menos água que a mata a baixas tensões e mais água que a mata a altas tensões. A condutividade hidráulica relativa foi sempre inferior para o citros, fato que, aliado à macroporosidade inferior, faz com que se conclua que o solo com citros apresenta valores de condutividade hidráulica sempre inferiores que os da mata e mandioca.<br>Modifications in the quantity and quality of soil pores of a "Latossolo Amarelo alico" located in the Brazilian tableland ecosystem under three circumstances (natural forestry, cropped to citrus and cropped to cassava) were evaluated through analysis of water retention curves. These were determined with 10 replications using undisturbed soil samples (randomly collected in each treatment) submitted to tensions of 0.5, 1.0, 2.0, and 5.0 kPa (porous plate funnels) and 30.0, 70.0, 100.0, 500.0 and 1500.0 kPa (porous plate pressure chambers). After the application of the Tukey test at the level of 5% of probability to the results, it was possible to verify that there was a decrease of the soil macroporosity in the soil cropped under citrus. This fact, in association with the determination of the relative soil hydraulic conductivity, leads to a strong tendency that the soil with citrus presents hydraulic conductivity values always smaller than those for the soil with forestry and cassava. It was also verified that the soil, when cropped to cassava, increased its soil water holding capacity at the 0.10 m soil depth, in comparison with the soil cropped to citrus. A fact also relevant from the results was that the citrus soil management compacted more intensively the soil than the cassava one; this caused a lesser water retention in the soil under citrus than the soil under forestry at lower soil water tensions and more water retention than the forestry at higher tensions

Efeito de sistemas de uso e manejo nas propriedades físico-hídricas de um argissolo amarelo de tabuleiro costeiro Effect of use and management systems on the physical and hydraulic properties of a yellow argisol of coastal tablelands

Os diferentes sistemas de manejo com cana-de-açúcar em solos de tabuleiros costeiros podem causar alterações na estrutura original do solo. Os efeitos de diferentes sistemas de manejo com cana-de-açúcar nas propriedades físico-hídricas de um Argissolo Amarelo coeso foram estudados em quatro áreas selecionadas na usina Triunfo, no Estado de Alagoas. Os tratamentos consistiram de uma área não irrigada, uma área irrigada, uma com aplicação de vinhaça e uma sob floresta nativa como condição original. As amostras foram retiradas das profundidades de 0-0,2, 0,2-0,4 e 0,4-0,8 m, para determinar as alterações na densidade do solo, distribuição de diâmetro dos poros, curvas de retenção de água no solo e condutividade hidráulica saturada. O maior grau de dispersão de argila nos solos cultivados com cana-de-açúcar promoveu maior acúmulo desta partícula nas camadas subsuperficiais do solo. Os sistemas de manejo com cana-de-açúcar aumentaram a compactação do solo, com conseqüente redução da macroporosidade e condutividade hidráulica saturada, e aumento da retenção de água disponível do solo.<br>Different sugarcane management systems on soils of coastal tablelands can cause alterations in their original soil structure. Effects of the different sugarcane management systems on the properties of a cohesive Yellow Argisol were studied in four areas of the Triunfo sugar mill in Alagoas State, Brazil. The treatments consisted of a site with and without cultivation irrigation each, one site with vinasse application and another under undisturbed native forest. Samples were collected at depths of 0-0.2, 0.2-0.4 and 0.4-0.8 m to determine the alterations in the bulk density, soil pore size distribution, soil water retention curves, and saturated hydraulic conductivity. The highest degree of clay dispersion in sugarcane-cultivated soils promoted a greater accumulation of clay particles in the subsurface soil layers. Management systems with sugarcane increased soil compaction, with a consequent alteration of the soil pore size distribution, reduced the saturated hydraulic conductivity and increased the retention of available water

Escarificação mecânica e biológica para a redução da compactação em argissolo franco-arenoso sob plantio direto Mechanical and biological chiseling to reduce compaction of a sandy loam alfisol under no-tillage

O manejo influi nas propriedades físicas no campo, alterando a dinâmica do ar, da água e de solutos no solo. Propriedades físicas em sistemas de manejo conservacionista do solo foram avaliadas em um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico arênico (Typic Hapludalf) de textura franco-arenosa no horizonte A. Os tratamentos foram estabelecidos em solo com histórico de 10 anos de plantio direto, a saber: soja em sistema plantio direto; soja em solo escarificado; crotalária em cultivo mínimo e solo descoberto sem preparo. Foram determinadas: a resistência mecânica à penetração; a densidade do solo; a porosidade total; a distribuição do tamanho de poros; a condutividade hidráulica do solo saturado e não saturado; a infiltração de água no solo pelos métodos de anéis concêntricos e sob chuva natural; a variação da umidade volumétrica do solo durante o ciclo das culturas e a curva característica de água no solo. Observou-se que a resistência mecânica à penetração (RP) foi máxima na camada de 0,075 m, nos tratamentos sem preparo do solo, enquanto, no solo escarificado (Esc-soja), a RP máxima ocorreu em maior profundidade (0,175 m). A mobilização subsuperficial (escarificação) e a superficial (discagem e semeadura) do solo não se refletiram em redução na densidade do solo (Ds). O solo sob plantio direto de soja apresentou maior volume de macroporos que o solo sob cultivo de crotalária e descoberto, na profundidade 0,02 a 0,05 m, favorecendo a maior condutividade hidráulica do solo saturado e a menor retenção de água no solo em situação de déficit hídrico. Dentre as propriedades físico-mecânicas analisadas, a RP mostrou-se mais sensível em detectar a compactação do que a Ds e porosidades, especialmente para camadas de solo pouco espessas. A eficácia da ruptura da camada compactada do solo depende da propriedade hídrica ou mecânica do solo usada como indicadora. Usando a condutividade hidráulica do solo saturado, em médio prazo, a "escarificação biológica" (CM-crot) mostrou-se mais eficaz na ruptura da camada compactada e estabelecimento de poros condutores de água do que a escarificação mecânica (Esc-soja) do solo. Em contrapartida, se o indicador for a RP, o resultado é inverso. Assim, a propriedade hídrica ou mecânica do solo a ser usada como indicadora para a avaliação da eficácia da ruptura da camada compactada do solo depende do processo físico priorizado: a infiltração e redistribuição de água ou a penetração e crescimento de raízes.<br>Soil management alters the physical soil properties and changes the soil air, water, and solute dynamics. Physical soil properties as affected by conservationist soil management systems were studied in a sandy loam Typic Hapludalf. The treatments were established on a soil that has been under no-tillage for 10 years, and consisted of: no-tillage soybeans, chisel tillage soybeans, reduced tillage Crotalaria, and bare soil without tillage. The evaluated soil properties were soil penetration resistance, bulk density, porosity, pore size distribution, saturated and unsaturated hydraulic conductivity, water infiltration using concentric rings or natural rainfall, variation of the volumetric soil moisture throughout the cropping cycle, and water retention curve. Soil penetration resistance (PR) was highest at 0.075 m and 0.175 m depth in no-tillage and chiseled soil, respectively. Soil subsurface mobilization with chiseling and surface mobilization due to disking and sowing did not influence the bulk density (BD) after the crop harvest. No-till soil under soybean crop had greater macroporosity than reduced tillage crotalaria and bare soil at 0.02 to 0.05 m depth, resulting in a greater saturated hydraulic conductivity and lower water retention during periods of low water availability. Among the analyzed soil physical-mechanical properties, PR seemed to be more sensitive to detect soil compaction than BD or porosities, particularly for thinner soil layers. The effectiveness in rupturing compacted soil depended on the hydraulic or mechanical soil property used as indicator. When using K(thetas) as indicator, in the medium term (4.5 months), "biological chiseling" by Crotalaria roots was more efficient at ameliorating soil compaction and establishing a network of conductive pores compared to mechanical chiseling. However, inverse results were observed when PR was used as indicator. Thus, the choice of a soil physical property as indicator to evaluate the effectiveness of compaction reduction depends on which physical process is considered more important: water infiltration and redistribution or root penetration and growth