Evaluating Cover Crops (Sudex, Sunn Hemp, Oats) for Use as Vegetative Filters to Control Sediment and Nutrient Loading From Agricultural Runoff in a Hawaiian Watershed

A study was conducted to determine the effects of three land covers (sunn hemp -Crotalaria juncea, sudex, a sorghum-sudangrass hybrid -Sorghum bicolor x S. bicolor var. sudanese, and common oats -Avena sativa) planted as vegetative filter strips on the reduction of sediment and nutrient loading of surface runoff within the Kaika-Waialua watershed on the island of Oahu, Hawaii. Runoff samples were collected and analyzed for total suspended solids (TSS), total dissolved solids (TDS), phosphorous, and three forms of nitrogen (nitrate, ammonium, total nitrogen). Study results show that during seven out of 10 runoff events, the three cover crop treatments significantly reduced TSS as compared to the fallow treatment. Average removal efficiencies were 85, 77, and 73% for oats, sunn hemp, and sudex, respectively, as compared to the fallow treatment. Nutrient concentrations were low with phosphorous concentrations, lower than 1 (μg/ml) for all treatments, and total nitrogen (TN) concentrations below 7 (μg/ml) except in the sunn hemp treatment, where TN concentrations were less than 10 (μg/ml). Results of analysis of TDS showed that the cover crop treatments did not decrease dissolved solids concentrations in comparison with the fallow treatment. Analysis of nutrient concentrations in runoff samples did not detect any significant decreases in phosphorous, nitrogen, ammonium, or TN concentrations in comparison to the fallow treatment. However, a significant increase in TN concentrations in the sunn hemp treatment was detected and showed the nitrogen fixing capacity of sunn hemp. No treatment effects on runoff volume were detected, and runoff volumes were directly correlated with rainfall amounts showing no crops significantly impacted soil infiltration rates. These results were attributed to extremely low soil hydraulic conductivities (0.0001-7 cm/day at the soil surface, 15 and 30 cm below the soil surface). This study showed that cover crops planted as vegetative filters can effectively reduce sediment loads coming from idle and fallow fields on moderately steep volcanically derived highly weathered soils. © 2008 American Water Resources Association

Compactação do solo na cultura do feijoeiro. I: efeitos nas propriedades físico-hídricas do solo Soil compaction in a bean crop. I: effects on soil physical and water properties

O problema de compactação do solo vem aparecendo sistematicamente na região do Cerrado, onde os sistemas convencionais de manejo do solo têm causado desagregação excessiva da camada arável, o encrostamento superficial e a formação de camadas coesas ou compactadas (pé-de-grade ou pé-de-arado). Como alternativa, os agricultores adotaram o Sistema Plantio Direto; entretanto, em várias situações vêm sendo relatadas ocorrências de aumento da densidade do solo e diminuição da macroporosidade, o que tem sido diagnosticado como compactação, fazendo com que o agricultor seja obrigado a movimentar o solo. Este trabalho teve por objetivo verificar como a compactação do solo afeta as suas propriedades físicas e de transmissão de água. Para isto, utilizaram-se colunas de solo compactadas artificialmente, para produzir densidades do solo de 1,0; 1,2; 1,4 e 1,6 kg dm-3. As propriedades de transmissão de água foram determinadas com infiltrômetros de tensão, para as cargas de pressão de -0,5; -2,0 e -6,0 cm de água. O aumento da densidade do solo aumentou sua resistência à penetração e reduziu linearmente a porosidade total e a macroporosidade. Houve ainda, redução no tamanho dos poros para o fluxo de água, reduzindo a condutividade hidráulica do solo. Esta redução foi mais acentuada na maior carga de pressão testada. Com a carga de pressão de -2,0 cm de água, a redução no tamanho dos poros foi parcialmente compensada com aumento do seu número. O método do infiltrômetro de tensão mostrou-se adequado em distinguir diferenças nas propriedades de transmissão de água de um solo submetido a diferentes níveis de compactação.<br>Soil compaction is a problem in the Savanna region, where conventional soil tillage systems have caused excessive disaggregation of the arable layer, superficial crusts, and compacted subsuperficial layers. As an alternative, the farmers have adopted the no-tillage system. However, in various situations, an increase of soil bulk density and a decrease of macroporosity has been observed. This process is diagnosed as soil compaction and requires from the farmers the turnover of the soil. This work has the objective to verify how soil compaction affects physical and water transmission properties of soil. Artificially compacted soil columns were used to provide soil bulk densities of 1.0; 1.2; 1.4; and 1.6 kg dm-3. Water transmission properties were determined with tension infiltrometers at pressure heads of -0.5; -2.0; and -6.0 cm of water column. Increasing soil bulk density increased soil resistance to penetration and reduced linearly soil porosity and macroporosity. The flow-weighted mean pore size was reduced too decreasing soil hydraulic conductivity. This reduction was more pronounced at higher pressure heads. The reduction in pore size was partially compensated with the increase in the number of pores, at a pressure head of -2.0 cm of water. The method of tension infiltrometer was adequate to distinguish differences in water transmission properties of a soil submitted to different levels of compaction

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