Emissão de óxido nitroso em sistemas de lavoura contínua e integrada com pecuária no Cerrado e sua relação com frações da matéria orgânica do solo

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, 2017.A integração lavoura-pecuária (ILP) é um sistema que tem sido cada vez mais implementado em várias regiões no Brasil. O acúmulo de matéria orgânica do solo (MOS) e a mitigação de emissão de gases de efeito estufa (GEE) são benefícios dos sistemas integrados. O óxido nitroso (N2O) é um dos principais gases do efeito estufa e sua emissão para a atmosfera é influenciada por diversos fatores, entre eles a disponibilidade de carbono (C) orgânico no solo. Para compreender como o C interfere na emissão desse gás em um sistema integrado, o presente estudo foi desenvolvido com o objetivo de avaliar a emissão de N2O do solo em sistema de integração lavoura-pecuária após 24 anos de duração de experimento e relacionar essas emissões com as frações da MOS em condições tropicais no Cerrado brasileiro. A pesquisa foi desenvolvida na Embrapa Cerrados, em Planaltina, DF, em um experimento instalado em 1991, cujo delineamento estatístico foi em blocos casualizados, com duas repetições. Os agrossistemas estudados foram: integração lavoura-pecuária sob plantio direto (ILP-PD), lavoura contínua sob plantio convencional (LC-PC), lavoura contínua sob plantio direto (LC-PD), e o Cerrado nativo como área de referência. No Capítulo I foram monitoradas as emissões de N2O nos diferentes agroecossistemas em um ano de avaliação, onde houve sucessão de culturas nas áreas agrícolas nesse período (sorgo consorciado com braquiária Piatã– soja – milho), e foram relacionadas com as co-variáveis edafoclimáticas (Nmineral – nitrato e amônio; espaço poroso saturado por água - EPSA). Conclui-se nesse capítulo que os maiores fluxos de N2O foram observados após a fertilização e os eventos de precipitação. Também foi possível verificar um efeito combinado do manejo do solo com a rotação de culturas nas emissões de N2O. Nos sistemas com lavoura contínua, as emissões foram maiores do que no sistema integrado durante o ciclo do sorgo e safrinha, em virtude da decomposição dos resíduos da cultura da soja, de baixa relação C/N e rica em N, principalmente dos nódulos com rizóbios. No Capítulo II, considerando que a MOS e a agregação do solo interferem na emissão de N2O, objetivou-se caracterizar as frações da MOS nos diferentes agroecossistemas. As emissões de N2O foram monitoradas por um ano e meio (~509 dias). Foram determinados os teores totais de carbono orgânico (COT) e nitrogênio (NT) e as frações da MOS: carbono oxidado por permanganato de potássio (CL), carbono da biomassa microbiana (CBM), carbono orgânico particulado (COP), carbono orgânico associado aos minerais (COAM), substâncias húmicas e suas relações (humina – HUM, ácido fúlvico – AF e ácido húmico – AH), carbono inerte (CI) e carbono e nitrogênio associado aos macro e microagregados (C-MACRO, C-MICRO, N-MACRO e N-MICRO). Os resultados desse capítulo mostraram que a emissão acumulada de N2O foi maior no LC-PC (4,56 kg ha-1 ), intermediária no LC-PD (3,73 kg ha-1 ) e no ILP-PD (1,75 kg ha-1 ), e menor no Cerrado (0,63 kg ha-1 ) em um ano e meio de monitoramento. A análise de componentes principais realizada entre o N2O acumulado no período avaliado e as frações de carbono demonstraram maior associação entre a menor emissão, que foi verificada no Cerrado, com as frações CBM, COAM e HUM, essas duas últimas representando as frações estáveis da MOS. A avaliação do acúmulo de frações de C nos diferentes agroecossistemas demonstra que apesar do Cerrado nativo apresentar maior população microbiana e altos teores de C total, há predominância das frações estáveis, que são menos disponíveis para a microbiota. Isso ajuda a explicar as menores taxas de mineralização, e consequentemente, a menor produção de N2O. Entre os sistemas agrícolas, as menores emissões de N2O foram verificadas no ILP-PD, o sistema que mais se aproximou da área de referência (Cerrado nativo). No geral, os maiores teores de C nas frações estáveis e em agregados também foram verificados no ILP-PD, confirmando seu potencial como sistema mitigador de emissão de N2O e acumulador de carbono no solo.The integrated crop-livestock (CLS) is a system which is increasingly being implemented in various regions of Brazil. The build-up of soil organic matter (SOM) and the mitigation of greenhouse gases (GHG) are benefits of the integrated systems. The nitrous oxide (N2O) is one of the major gases responsible for the greenhouse effect and its emission into the atmosphere is influenced by a number of factors, among which is the availability of organic carbon (C) in the soil. To better comprehend how C interferes in the emission of this gas in an integrated system, the present study was developed with the objective of evaluating N2O soil emission in a crop-livestock integrated system after a 24-year experiment and relate these emissions to SOM fractions in tropical conditions in the Brazilian Cerrado. The research was developed at Embrapa Cerrados, in Planaltina, DF, in an experiment installed in 1991, with statistical outline in randomized blocks, with two repetitions. The studied areas consisted of a system of continuous cropping under no tillage (CC-NT), a system of continuous cropping with annual heavy disc harrow (CC-CT), an integrated crop-livestock system under no tillage (CLSNT) and an adjacent area of native Cerrado as reference. In Chapter I, N2O emissions in the different agroecosystems were monitored in a one-year evaluation, with culture sequences in agricultural areas during this period (sorghum intercropped with Brachiaria brizantha cv. Piatã - soy – maize), and were related to the soil and climate co-variables (N-mineral – nitrate and ammonium; water filled pore space - WFPS). This chapter concludes that the larger N2O fluxes were observed after fertilization and precipitation events. It was also possible to verify a combined effect of soil management and crop rotation in N2O emissions. In continuous crop systems, the emissions were greater than that of the integrated system during the sorghum and interim harvest cycle, due to the decomposition of residues of soy crops, which presents a low C/N ratio and is rich in N in rhizobia. In Chapter II, considering that SOM and soil aggregation interfere in N2O emissions, the objective was to characterize SOM fractions in the different crop systems. N2O emissions were monitored for a year and a half (~509 days). The total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) and SOM fractions were determined: permanganate oxidizable carbon (COxP), microbial biomass carbon (CMIC), particulate organic carbon (POC), mineral-associated organic carbon (MOC), humic fractions (humic acid – HA, fulvic acid – FA, humin – HUM), inert carbon (IC), Carbon and nitrogen levels in macro and microaggregates (C - MACRO, C - MICRO, N-MACRO and N-MICRO). The results of this chapter showed that the cumulative N2O emission was greater in the CC-CT (4.56 kg ha-1 ), intermediary in the CC-NT (3.73 kg ha-1 ) and the CLS-NT (175 kg ha-1 ), and lesser in the Cerrado (0.63 kg ha-1 ) during the year-and-a-half monitoring. The analysis of main components between the cumulative emission of N2O in the evaluated period and the carbon fractions showed greater association between the lower emissions, which was verified in the Cerrado, and the CMIC, MOC and HUM fractions, the last two representing SOM stable fractions. The evaluation of C fractions accumulation in the different crop systems demonstrates that although the native Cerrado presents a larger microbial population and high levels of total C, there is a predominance of stable fractions, which are less available to the microbiota. This helps explain the lower mineralization rates and, consequently, the lower N2O production. Among the crop systems, the N2O emissions were verified in the CLS-NT, system which more closely resembled the reference area (native Cerrado). In general, the greatest levels of C in stable fractions and in aggregates were also verified in the CLS-NT, confirming its potential as system which mitigates N2O emissions and propitiates carbon accumulation in the soil

Métodos para determinação do carbono orgânico em solos do Cerrado

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, 2013.O bioma Cerrado tem se destacado mundialmente pelos índices de produtividade de grãos elevados. No entanto, a transformação das áreas de vegetação nativa dessa região para sistemas de exploração agropecuária tem sido acompanhada por perdas do estoque original de matéria orgânica do solo. Com a ampliação de programas governamentais de incentivo ao uso de sistemas conservacionistas de baixa emissão de carbono, surge a necessidade de se acompanhar as variações de carbono no solo, aumentando assim a necessidade de padronização dos diferentes métodos existentes. Diversos métodos tem sido empregados na determinação dos teores de carbono nos solos do Cerrado, não sendo raras discrepâncias entre os resultados obtidos para uma mesma amostra de solo. Características como a textura e mineralogia dos solos podem interferir no resultado obtido. Desta forma, é preciso aprofundar o espectro de análises envolvendo diferentes procedimentos laboratoriais e essas características de solos. O objetivo desse trabalho foi avaliar diferentes métodos analíticos empregados na determinação do carbono orgânico numa ampla diversidade de solos do Cerrado, buscando determinar aqueles que apresentem maior precisão e exatidão, bem como visa buscar possíveis correlações existentes entre os protocolos atualmente em uso e suas relações com a mineralogia e a textura. Foram analisadas amostras representativas do bioma Cerrado em áreas nativas e sob uso agropecuária, coletadas na camada de 0-20 cm. Os teores de carbono orgânico foram determinados pelos métodos por combustão úmida (Walkley & Black, Colorímetro, Mebius) e por combustão seca (Gravimétrico e Análise elementar -CHNS/O). Espectros na região do infravermelho próximo foram também obtidos com a perspectiva de obtenção de um modelo de predição do carbono. O método Mebius foi o que mais se aproximou do método de referência (análise elementar) apresentando coeficiente de regressão de 87%, demonstrando ser o método mais preciso em relação aos demais. A mineralogia do solo interferiu na determinação de carbono, principalmente quando utilizado o método Gravimétrico. Os modelos de predição de carbono obtidos apresentaram elevada relação com os métodos mais utilizados em laboratórios de rotina (Walkley & Black e Colorimétrico). ______________________________________________________________________________ ABSTRACTThe Cerrado biome is widely known for its high productivity index. However, the rapid transformation of native vegetation for agriculture in this region has been accompanied by the loss of the original stocks of soil organic matter. With the expansion of government programs to encourage the use of conservation tillage systems for low carbon comes the need to monitor changes in soil carbon, thereby increasing the necessity to standardize carbon values determined by different analysis methods. Several techniques have been used for the determination of carbon in soils of the Cerrado biome and the analytical procedure was influenced by different factors such as the soil texture and mineralogy. This study aimed to evaluate different analytical procedures employed in determining organic carbon in a wide diversity of Cerrado soils, to determine those with greater precision and accuracy, as well as aims to look for possible correlations between the protocols currently in use and their relationships with mineralogy and texture. Representative samples of the Cerrado biome in native areas under agricultural use were analyzed, they were collected at a depth of 0-20cm. The organic carbon was determined by wet combustion methods - Walkley & Black, Colorimeter, Mebius, and dry combustion - Gravimetric and elemental analysis (CHNS / O). These samples were also collected spectra by near infrared spectroscopy (NIRS) and through reference methods have been proposed prediction models carbon using the PLS. The Mebius was the one closest to the standard method (elemental analysis) showing a correlation of 87%. The colorimetric method is more practical and has advantages such as the use of smaller amounts of reagents; it may be an option to replace the Walkley & Black. The mineralogy of the soil interferes with the determination of carbon, particularly when using the gravimetric method. Regarding carbon prediction models, methods were used as reference elemental analysis and methods used in routine laboratories (Walkley and Black & Colorimetric)

Soil organic matter and water infiltration under maize and forage intercropping

A infiltração é o processo pelo qual a água penetra no solo através de sua superfície e sua dinâmica pode ser condicionada por diversos fatores, dentre eles os sistemas de manejo do solo adotados. O objetivo deste trabalho foi estimar a velocidade de infiltração da água e os teores de matéria orgânica do solo em sistema de consórcio milho e forrageiras. O experimento foi realizado em delineamento de blocos casualizados, com três repetições. Foram estudados os efeitos de cinco tratamentos submetidos ao manejo de plantio direto: 1) Milho Solteiro (Zea mays L. ); 2) Braquiária Humidícola (Brachiaria humidicola); 3) Consórcio Milho e Braquiária Humidícola; 4) Capim Aruana (Panicum maximum cv. Aruana); 5) Consórcio Milho e Capim Aruana. Utilizou-se, para determinação da velocidade de infiltração básica (VIB), o método dos infiltrômetros de cilindros concêntricos. Outros atributos físicos do solo e a matéria orgânica do solo foram avaliados buscando-se associá-los aos valores de VIB encontrados. Os resultados revelaram que sob plantio direto os sistemas apresentaram elevados valores de VIB. O sistema Milho Solteiro apresentou a maior VIB e a inserção de forrageiras nos sistemas provocou redução da VIB; todos os sistemas apresentaram diminuição dos teores de matéria orgânica em profundidade.Infiltration is a process by which water penetrates through the soil by its surface, and its dynamics can be influenced by several factors, among them, the soil management system adopted. The objective of this work was to estimate water infiltration rate and soil organic matter content in maize and forage intercropping systems. The experiment was conducted in a randomized block design with three replications. Five treatments under no-tillage management were evaluated: 1) Corn (Zea mays L. ), 2) Brachiaria humidicola (Brachiaria humidicola), 3) Corn and Brachiaria humidicola intercropping, 4) Aruana grass (Panicum maximum cv. Aruana), 5) Corn and Aruana grass intercropping. The double ring infiltrometer method was used to determine the basic infiltration rate (VIB). Soil physical properties and soil organic matter were evaluated and correlated with VIB values. Results revealed high VIB values for no-tillage. The highest VIB values were observed in the corn treatment. VIB values decreased with the inclusion of forages. All cultivation systems showed a decrease of organic matter with depth

Atributos microbiológicos e frações oxidáveis do carbono orgânico de latossolo cultivado com cafeeiro, sob parcelamentos de fósforo e regimes hídricos

A adubação fosfatada e a irrigação aumentam a produtividade do café, mas pouco se sabe sobre o efeito dessas práticas na matéria orgânica e na microbiota de solos de Cerrado. O objetivo deste trabalho foi avaliar os atributos microbiológicos e as frações oxidáveis do carbono orgânico de um Latossolo Vermelho distrófico cultivado com cafeeiro, sob parcelamentos de fósforo (P) e regimes hídricos. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso em arranjo fatorial 3x2, com três parcelamentos de P (P1: 300 kg ha-1 de P2O5, recomendado para a cultura anualmente, sendo 2/3 aplicados em setembro e 1/3, em dezembro; P2: 600 kg ha-1 de P2O5, aplicado no plantio e a cada dois anos; e P3: 1.800 kg ha-1 de P2O5, aplicado somente no plantio, necessário para seis anos); dois regimes hídricos (sequeiro e irrigado durante todo o ano); e três repetições. A amostragem de solo foi feita nas camadas de 0-5 cm e 5-10 cm. Foram determinados o carbono microbiano (CBM), a respiração basal (RB), a atividade da enzima fosfatase ácida, as frações oxidáveis do carbono orgânico (F1, F2, F3 e F4) e o carbono orgânico total (COT). O regime hídrico irrigado do cafeeiro aumentou os teores de CBM e a atividade microbiana da fosfatase ácida, do COT e das frações oxidáveis da matéria orgânica do solo. De maneira geral, a forma de parcelamento do P exerceu pouca influência sobre os atributos microbiológicos do CO do solo. Apenas no parcelamento P3, sob irrigação, obteve-se aumento dos teores de CBM e da atividade da fosfatase ácida.Phosphorus fertilization and irrigation increase coffee production, but little is known about the effect of these practices on soil organic matter and soil microbiota in the Cerrado. The objective of this study was to evaluate the microbiological and oxidizable organic carbon fractions of a dystrophic Red Latossol under coffee and split phosphorus (P) applications and different irrigation regimes. The experiment was arranged in a randomized block design in a 3 x 2 factorial design with three split P applications (P1: 300 kg ha-1 P2O5, recommended for the crop year, of which two thirds were applied in September and the third part in December; P2: 600 kg ha-1 P2O5, applied at planting and then every two years, and P3: 1,800 kg ha-1 P2O5, the requirement for six years, applied at once at planting), two irrigation regimes (rainfed and year-round irrigation), with three replications. The layers 0-5 and 5-10 cm were sampled to determine microbial biomass carbon (MBC), basal respiration (BR), enzyme activity of acid phosphatase, the oxidizable organic carbon fractions (F1, F2, F3, and F4), and total organic carbon (TOC). The irrigation regimes increased the levels of MBC, microbial activity and acid phosphatase, TOC and oxidizable fractions of soil organic matter under coffee. In general, the form of dividing P had little influence on the soil microbial properties and OC. Only P3 under irrigation increased the levels of MBC and acid phosphatase activity

Polymer-coated phosphate fertilizer and liming on the production and morphological parameters of corn

A baixa disponibilidade de fósforo em solos ácidos, como os do Cerrado, exige um manejo eficiente da adubação fosfatada. O uso de tecnologias que aumentem a eficiência de uso do fósforo é uma alternativa que pode ser adotada, desde que se considere a realidade dos solos brasileiros. Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar o efeito da aplicação de adubo fosfatado revestido com polímero, associada à calagem, na produção e parâmetros morfológicos da cultura do milho. O estudo foi conduzido em campo, em Latossolo Vermelho-Amarelo. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, arranjados em esquema fatorial 2 x 4, com três repetições. Os tratamentos resultaram da combinação de duas fontes de fósforo (MAP convencional e MAP revestido com polímero - Kimcoat®) com quatro níveis de saturação por bases (27; 40; 50 e 60%). As fontes de fósforo apresentaram diferenças dependentes dos níveis de saturação por bases. O MAP revestido com polímero promoveu melhor desempenho do milho, quanto à produtividade, produção de matéria seca total e altura de planta, em relação ao MAP convencional. As maiores diferenças foram verificadas nas saturações por bases de 40 e 50%, nas quais o MAP revestido promoveu o incremento na produtividade de grãos de 3,40 e 3,48 t ha-1, respectivamente, em relação ao MAP convencional.The low availability of phosphorus in acid soils, such as those of the Cerrado, requires the efficient management of phosphorus fertilization. The use of technologies that increase the efficiency of phosphorus use is an alternative that can be adopted, provided the reality of Brazilian soils is taken into consideration. This work was carried out to evaluate the effect of polymer-coated phosphate fertilizer associated with liming on the production and morphological parameters of corn crops. The study was conducted in the field, in a red-yellow latosol. The experimental design was of randomized blocks arranged in a 2 x 4 factorial, with three replications. The treatments resulted from a combination of two sources of phosphorus (conventional MAP and polymer-coated MAP - Kimcoat ®) at four levels of saturation (27%, 40%, 50% and 60%). The sources of phosphorus displayed differences dependent on the base levels of saturation. The polymer-coated MAP improved the performance of corn, for productivity, total dry-matter yield and plant height, in relation to conventional MAP. The major differences were observed at base saturation levels of 40% and 50%, in which the coated MAP promoted an increase in grain yield of 3.40 and 3.48 t ha-1, respectively, compared to conventional MAP.Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária (FAV

Adubo fosfatado revestido com polímero e calagem na produção e parâmetros morfológicos de milho Polymer-coated phosphate fertilizer and liming on the production and morphological parameters of corn

A baixa disponibilidade de fósforo em solos ácidos, como os do Cerrado, exige um manejo eficiente da adubação fosfatada. O uso de tecnologias que aumentem a eficiência de uso do fósforo é uma alternativa que pode ser adotada, desde que se considere a realidade dos solos brasileiros. Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar o efeito da aplicação de adubo fosfatado revestido com polímero, associada à calagem, na produção e parâmetros morfológicos da cultura do milho. O estudo foi conduzido em campo, em Latossolo Vermelho-Amarelo. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, arranjados em esquema fatorial 2 x 4, com três repetições. Os tratamentos resultaram da combinação de duas fontes de fósforo (MAP convencional e MAP revestido com polímero - Kimcoat®) com quatro níveis de saturação por bases (27; 40; 50 e 60%). As fontes de fósforo apresentaram diferenças dependentes dos níveis de saturação por bases. O MAP revestido com polímero promoveu melhor desempenho do milho, quanto à produtividade, produção de matéria seca total e altura de planta, em relação ao MAP convencional. As maiores diferenças foram verificadas nas saturações por bases de 40 e 50%, nas quais o MAP revestido promoveu o incremento na produtividade de grãos de 3,40 e 3,48 t ha-1, respectivamente, em relação ao MAP convencional.The low availability of phosphorus in acid soils, such as those of the Cerrado, requires the efficient management of phosphorus fertilization. The use of technologies that increase the efficiency of phosphorus use is an alternative that can be adopted, provided the reality of Brazilian soils is taken into consideration. This work was carried out to evaluate the effect of polymer-coated phosphate fertilizer associated with liming on the production and morphological parameters of corn crops. The study was conducted in the field, in a red-yellow latosol. The experimental design was of randomized blocks arranged in a 2 x 4 factorial, with three replications. The treatments resulted from a combination of two sources of phosphorus (conventional MAP and polymer-coated MAP - Kimcoat ®) at four levels of saturation (27%, 40%, 50% and 60%). The sources of phosphorus displayed differences dependent on the base levels of saturation. The polymer-coated MAP improved the performance of corn, for productivity, total dry-matter yield and plant height, in relation to conventional MAP. The major differences were observed at base saturation levels of 40% and 50%, in which the coated MAP promoted an increase in grain yield of 3.40 and 3.48 t ha-1, respectively, compared to conventional MAP

Methods of soil organic carbon determination in Brazilian savannah soils

Several methods exist for determining soil organic carbon, and each one has its own advantages and limitations. Consequently, a comparison of the experimental results obtained when these methods are employed is hampered, causing problems in the comparison of carbon stocks in soils. This study aimed at evaluating the analytical procedures used in the determination of carbon and their relationships with soil mineralogy and texture. Wet combustion methods, including Walkley-Black, Mebius and Colorimetric determination as well as dry combustion methods, such as Elemental and Gravimetric Analysis were used. Quantitative textural and mineralogical (kaolinite, goethite and gibbsite) analyses were also carried out. The wet digestion methods underestimated the concentration of organic carbon, while the gravimetric method overestimated. Soil mineralogy interfered with the determination of carbon, with emphasis on the gravimetric method that was greatly influenced by gibbsite