Performance of flooded rice grown in succession to winter cover crops

Mean grain yield of flooded rice in southern Brazil has increased in recent years due to the use of high-yield cultivars and improvement of crop management practices. Nevertheless, stagnation in grain yields has been observed in some riceproducing regions. Adoption of conservation tillage systems based on cover crops may be a strategy to increase rice grain yield potential. The objective of the present study was to evaluate the effect of winter cover crops on initial establishment, development, and grain yield of flooded rice (Oryza sativa L.) grown under different fertilization levels and no-tillage. A field experiment was carried out for three consecutive years (2010/11, 2011/12, and 2012/13) in Cachoeirinha, Rio Grande do Sul, South Brazil. Treatments included three winter cover crops [ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), native serradella (Ornithopus micranthus Benth.), and a ryegrass-serradella mixture] and fallow, and three fertilization levels for rice grown in succession. More than 3 Mg ha-1 of serradella aboveground residue or 4 Mg ha-1 of ryegrass residue limited rice emergence in the first year when rainfall in the sowing-emergence period was higher than in the second and third years In contrast, a large amount of residue (serradella >2 Mg ha-1; ryegrass >3 Mg ha-1) was beneficial to rice emergence when rainfall was low in the sowing-emergence period of the second and third years. The serradella cover crop increased rice aboveground biomass at anthesis by 22 % compared to the ryegrass cover crop. Furthermore, rice grain yield was 15 % higher in succession to serradella than to ryegrass in the third year. Continuous cultivation of flooded rice in succession to ryegrass over three years reduced grain yield by around 1.4 Mg ha-1, regardless of fertilization level. Fertilization for very high production expectations increased rice grain yield in all years, especially in the second year, when solar radiation was higher than normal. The use of winter cover crops affected plant emergence, aboveground biomass, and grain yield of flooded rice. Rice grain yield increased with increases in fertilization level, and this response was not affected by the previous cover crop

Physical protectionof soil organic matter in oxisols under pastures in the tropical Brazilian Cerrado Region

A utilização de pastagens com espécies perenes, permanentes ou em sistema de rotação lavoura-pastagem, pode ser uma alternativa para o manejo de solos na região tropical do Cerrado Brasileiro. Neste estudo, objetivou-se avaliar o efeito dessa prática nos estoques de carbono orgânico (CO) do solo e na agregação do solo (0-5, 5-10 e 10-20 cm), bem como a magnitude da proteção física na estabilidade da matéria orgânica (MO) e a qualidade da MO do solo, avaliadas a partir de técnicas de fracionamento físico densimétrico e por ressonância magnética nuclear do C13 (13C NMR), respectivamente. A pesquisa foi realizada em três experimentos de longa duração (9 a 11 anos), em Latossolos com teor de argila variando entre 360 e 630 g kg-1, nos municípios de Dourados, Maracaju e Campo Grande, no Estado do Mato Grosso do Sul. Os experimentos consistiram de sistema de culturas anuais em plantio direto (PD), sistema de rotação lavoura (soja)-pastagem (braquiária) em plantio direto (PD2P2 em Dourados e Maracaju e PD1P3 em Campo Grande) e sistema pastagem permanente de braquiária cultivada solteira (PP, nos três locais) e consorciada com Stylosanthes guianensis (PP+L, somente em Campo Grande). Os solos sob pastagem permanente e rotação lavoura-pastagem apresentaram estoques de CO (0-20 cm) variando entre 41-70 Mg ha-1, os quais foram relacionados ao contínuo aporte de resíduos vegetais pela pastagem. A pastagem contribuiu para a maior estabilidade de agregados, o que resultou num significativo efeito de proteção física da MO nos solos sob pastagens, evidenciado a partir dos estoques de carbono na fração leve oclusa da MO do solo. Estimou-se que de 22 a 42% do acúmulo de MO nos solos sob pastagem foi decorrente da proteção física da MO, em comparação ao solos sob culturas anuais em PD. Os estoques de carbono na fração pesada da MO do solo indicam que a estabilidade química da MO associada a componentes minerais do solo foi um importante mecanismo de estabilização da MO nestes solos oxídicos e com textura argilosa. A principal forma de carbono na MO dos três solos foi o C O-alquil, indicando a presença de estruturas oriundas de material vegetal original adicionado ao solo e preservado da decomposição microbiana. A presença de pastagens favoreceu o aumento da razão C O-alquil/C alquil, o qual foi relacionado com a maior estabilização e preservação de carbono no solo, possivelmente pela oclusão em agregados de solo, o que evidencia o papel da pastagem na melhoria também da qualidade da MO do solo.The use of pastures with perenial species, as continuous or as croppasture system, can be an interesting option to soil management at tropical Brazilian Cerrado region. This study aimed to evaluate the effect of this practice on soil organic carbon stocks and on soil aggregation (0-5, 5-10, and 10-20 cm soil layer), as well as the magnitude of the physical protection on the organic matter (OM) stability and soil OM quality, evaluated by density physical fractionation and nuclear magnetic resonance of 13C (13C NMR), respectively. The study was performed in three long-term experiments (9 to 11 years), in Oxisols with clay content ranging from 360 to 630 g kg-1, in Dourados, Maracaju, and Campo Grande cities, at Mato Grosso do Sul State. The experiments involved no-till annual crop systems (PD), no-till crop (soybean)- pasture (brachiaria) rotation system (PD2P2 in Dourados and Maracaju and PD1P3 in Campo Grande), permanent brachiaria pasture alone (PP, in the three sites) and consortiated with Stylosanthes guianensis (PP+L, only in Campo Grande). The soils under permanent pasture and crop-pasture rotation presented organic carbon stocks (0-20 cm) ranging from 41 to 70 Mg ha-1, which were related to the continuous input of residues by pasture. The pasture increased aggregate stability, which promoted significant increase in physically protected soil OM under pasture, as evidenced by the carbon stock in the occluded light fraction of the soil OM. About 22 to 42% of the OM accumulation in soils under pasture was due to OM physical protection, given by the comparison to soils under no-till annual crops. The carbon stocks in the heavy fraction of the soil OM pointed out that the chemical stability due to the association OM-soil mineral components was an effective mechanism of OM stabilization in these oxidic soils with high clay content. The main carbon form in the three soils was the O-alkyl carbon, suggesting the presence of structures from the original plant material added to soil, which was kept undisturbed from microbial decomposition. The use of pasture promoted the increase in the Oalkyl/ alkyl carbon ratio, which was related to the high carbon stabilization and preservation at soil, possibly due to the its oclusion in soil aggregates, which highlight the role of pasture adoption in the improvement of not only OM stocks but also the soil OM quality

Physical protectionof soil organic matter in oxisols under pastures in the tropical Brazilian Cerrado Region

A utilização de pastagens com espécies perenes, permanentes ou em sistema de rotação lavoura-pastagem, pode ser uma alternativa para o manejo de solos na região tropical do Cerrado Brasileiro. Neste estudo, objetivou-se avaliar o efeito dessa prática nos estoques de carbono orgânico (CO) do solo e na agregação do solo (0-5, 5-10 e 10-20 cm), bem como a magnitude da proteção física na estabilidade da matéria orgânica (MO) e a qualidade da MO do solo, avaliadas a partir de técnicas de fracionamento físico densimétrico e por ressonância magnética nuclear do C13 (13C NMR), respectivamente. A pesquisa foi realizada em três experimentos de longa duração (9 a 11 anos), em Latossolos com teor de argila variando entre 360 e 630 g kg-1, nos municípios de Dourados, Maracaju e Campo Grande, no Estado do Mato Grosso do Sul. Os experimentos consistiram de sistema de culturas anuais em plantio direto (PD), sistema de rotação lavoura (soja)-pastagem (braquiária) em plantio direto (PD2P2 em Dourados e Maracaju e PD1P3 em Campo Grande) e sistema pastagem permanente de braquiária cultivada solteira (PP, nos três locais) e consorciada com Stylosanthes guianensis (PP+L, somente em Campo Grande). Os solos sob pastagem permanente e rotação lavoura-pastagem apresentaram estoques de CO (0-20 cm) variando entre 41-70 Mg ha-1, os quais foram relacionados ao contínuo aporte de resíduos vegetais pela pastagem. A pastagem contribuiu para a maior estabilidade de agregados, o que resultou num significativo efeito de proteção física da MO nos solos sob pastagens, evidenciado a partir dos estoques de carbono na fração leve oclusa da MO do solo. Estimou-se que de 22 a 42% do acúmulo de MO nos solos sob pastagem foi decorrente da proteção física da MO, em comparação ao solos sob culturas anuais em PD. Os estoques de carbono na fração pesada da MO do solo indicam que a estabilidade química da MO associada a componentes minerais do solo foi um importante mecanismo de estabilização da MO nestes solos oxídicos e com textura argilosa. A principal forma de carbono na MO dos três solos foi o C O-alquil, indicando a presença de estruturas oriundas de material vegetal original adicionado ao solo e preservado da decomposição microbiana. A presença de pastagens favoreceu o aumento da razão C O-alquil/C alquil, o qual foi relacionado com a maior estabilização e preservação de carbono no solo, possivelmente pela oclusão em agregados de solo, o que evidencia o papel da pastagem na melhoria também da qualidade da MO do solo.The use of pastures with perenial species, as continuous or as croppasture system, can be an interesting option to soil management at tropical Brazilian Cerrado region. This study aimed to evaluate the effect of this practice on soil organic carbon stocks and on soil aggregation (0-5, 5-10, and 10-20 cm soil layer), as well as the magnitude of the physical protection on the organic matter (OM) stability and soil OM quality, evaluated by density physical fractionation and nuclear magnetic resonance of 13C (13C NMR), respectively. The study was performed in three long-term experiments (9 to 11 years), in Oxisols with clay content ranging from 360 to 630 g kg-1, in Dourados, Maracaju, and Campo Grande cities, at Mato Grosso do Sul State. The experiments involved no-till annual crop systems (PD), no-till crop (soybean)- pasture (brachiaria) rotation system (PD2P2 in Dourados and Maracaju and PD1P3 in Campo Grande), permanent brachiaria pasture alone (PP, in the three sites) and consortiated with Stylosanthes guianensis (PP+L, only in Campo Grande). The soils under permanent pasture and crop-pasture rotation presented organic carbon stocks (0-20 cm) ranging from 41 to 70 Mg ha-1, which were related to the continuous input of residues by pasture. The pasture increased aggregate stability, which promoted significant increase in physically protected soil OM under pasture, as evidenced by the carbon stock in the occluded light fraction of the soil OM. About 22 to 42% of the OM accumulation in soils under pasture was due to OM physical protection, given by the comparison to soils under no-till annual crops. The carbon stocks in the heavy fraction of the soil OM pointed out that the chemical stability due to the association OM-soil mineral components was an effective mechanism of OM stabilization in these oxidic soils with high clay content. The main carbon form in the three soils was the O-alkyl carbon, suggesting the presence of structures from the original plant material added to soil, which was kept undisturbed from microbial decomposition. The use of pasture promoted the increase in the Oalkyl/ alkyl carbon ratio, which was related to the high carbon stabilization and preservation at soil, possibly due to the its oclusion in soil aggregates, which highlight the role of pasture adoption in the improvement of not only OM stocks but also the soil OM quality

Densimetric fractionation with sodium polytungstate to investigate physical protection of soil organic matter

O fracionamento físico densimétrico é uma técnica que permite estudar a proteção física da matéria orgânica (MO) no solo, sendo utilizadas, de forma indistinta, soluções densas de iodeto de sódio (NaI) e de politungstato de sódio (PTS). O objetivo deste estudo foi avaliar (a) o efeito de soluções de NaI (1,8 g cm-3) e de PTS (1,8, 2,0 e 2,2 g cm-3) no rendimento de carbono (C) nas frações leve-livre (FLL) e leve-oclusa (FLO) da MO na camada de 0–5 cm de um Argissolo Vermelho [PVd, Eldorado do Sul (RS)] e de um Latossolo Vermelho [LVdf, Dourados (MS)] e (b) a magnitude da proteção física da MO em agregados no acúmulo de C orgânico nesses solos submetidos, respectivamente, ao sistema plantio direto por 18 anos (PD) e pastagem (Brachiaria decumbens) por nove anos, em comparação à sua condição em preparo convencional (PC). Em ambos os locais, blocos indeformados de solo foram coletados em experimentos de longa duração; os agregados foram separados nos planos de fraqueza e passados em peneira de 9,51 mm; esse material foi submetido ao fracionamento densimétrico da MO do solo. O uso da solução de PTS 1,8 g cm-3 aumentou de 176 a 727 % o rendimento de C na FLO em comparação à solução de NaI na mesma densidade, mas não teve efeito no rendimento de C da FLL da MO do solo. O aumento da densidade da solução de PTS de 1,8 g cm-3 para 2,0 g cm-3 incrementou de 30 a 99 % o rendimento de C da FLO; contudo, o aumento da densidade para 2,2 g cm-3 resultou em aumento pouco expressivo (≤ 18 %) no rendimento de C na FLO nos diferentes solos e sistemas de manejo. O uso de NaI no fracionamento densimétrico leva à conclusão errônea de que a proteção física não é um mecanismo importante de estabilização da MO no solo. Por outro lado, a utilização da solução de PTS 2,0 g cm-3, a qual é recomendada para o fracionamento densimétrico devido à sua alta eficiência na recuperação do C da FLO, permitiu constatar que a proteção física da MO em agregados de solo foi responsável por 54 e 23 % do acúmulo de C orgânico no PVd e LVdf, respectivamente, sob plantio direto e pastagem.Through the densimetric fractionation it is possible to study the physical protection of soil organic matter (SOM). High density solutions of sodium iodide (NaI) or sodium polytungstate (SPT) have been indistinctively used for this purpose. This study aimed to assess: (a) the capacity of these two solutions at a density of 1.8 g cm-3 (NaI-1.8 and SPT- 1.8) and of SPT at densities of 2.0 (SPT-2.0) and 2.2 g cm-3 (SPT-2.2) to increase C recovery in the free light fraction (FLF) and occluded light fraction (OLF) of the organic matter contained in soil aggregates of the 0–5 cm layer of an Acrisol [PVd, Eldorado do Sul (RS)] and of a Ferralsol [LVdf, Dourados (MS)]; and (b) the magnitude of the physical protection in promoting soil organic matter accumulation in these soils under no-tillage for 18 years and pasture (Brachiaria decumbens) for 9 years, respectively, both in comparison to conventional-tilled soil. Soil blocks were collected and < 9.51 mm soil aggregates were separated and submitted to density fractionation of soil OM. The SPT-1.8 increased OLFC by 176 to 726 % in comparison to NaI-1.8, but no effect was observed on FLF-C recovery. By using SPT-2.0, the OLF-C recovery increased by 30 to 90 % in comparison with SPT-1.8, but a lower increment (≤ 18 %) was observed when SPT-2.0 was substituted by SPT-2.2. Density fractionation of OM with NaI solution (low OLF and high FLF) may lead to the erroneous conclusion that physical protection is not an important stabilizing mechanism of SOM in soils under no-tillage or pasture. On the other hand, when using SPT-2.0, which was most efficient in recovering OLF-C, the physical protection within aggregates was responsible for 54 % (PVd) and 23 % (LVdf) of the total SOM accumulation in soils under no-tillage and pasture, respectively

Densimetric fractionation with sodium polytungstate to investigate physical protection of soil organic matter

O fracionamento físico densimétrico é uma técnica que permite estudar a proteção física da matéria orgânica (MO) no solo, sendo utilizadas, de forma indistinta, soluções densas de iodeto de sódio (NaI) e de politungstato de sódio (PTS). O objetivo deste estudo foi avaliar (a) o efeito de soluções de NaI (1,8 g cm-3) e de PTS (1,8, 2,0 e 2,2 g cm-3) no rendimento de carbono (C) nas frações leve-livre (FLL) e leve-oclusa (FLO) da MO na camada de 0–5 cm de um Argissolo Vermelho [PVd, Eldorado do Sul (RS)] e de um Latossolo Vermelho [LVdf, Dourados (MS)] e (b) a magnitude da proteção física da MO em agregados no acúmulo de C orgânico nesses solos submetidos, respectivamente, ao sistema plantio direto por 18 anos (PD) e pastagem (Brachiaria decumbens) por nove anos, em comparação à sua condição em preparo convencional (PC). Em ambos os locais, blocos indeformados de solo foram coletados em experimentos de longa duração; os agregados foram separados nos planos de fraqueza e passados em peneira de 9,51 mm; esse material foi submetido ao fracionamento densimétrico da MO do solo. O uso da solução de PTS 1,8 g cm-3 aumentou de 176 a 727 % o rendimento de C na FLO em comparação à solução de NaI na mesma densidade, mas não teve efeito no rendimento de C da FLL da MO do solo. O aumento da densidade da solução de PTS de 1,8 g cm-3 para 2,0 g cm-3 incrementou de 30 a 99 % o rendimento de C da FLO; contudo, o aumento da densidade para 2,2 g cm-3 resultou em aumento pouco expressivo (≤ 18 %) no rendimento de C na FLO nos diferentes solos e sistemas de manejo. O uso de NaI no fracionamento densimétrico leva à conclusão errônea de que a proteção física não é um mecanismo importante de estabilização da MO no solo. Por outro lado, a utilização da solução de PTS 2,0 g cm-3, a qual é recomendada para o fracionamento densimétrico devido à sua alta eficiência na recuperação do C da FLO, permitiu constatar que a proteção física da MO em agregados de solo foi responsável por 54 e 23 % do acúmulo de C orgânico no PVd e LVdf, respectivamente, sob plantio direto e pastagem.Through the densimetric fractionation it is possible to study the physical protection of soil organic matter (SOM). High density solutions of sodium iodide (NaI) or sodium polytungstate (SPT) have been indistinctively used for this purpose. This study aimed to assess: (a) the capacity of these two solutions at a density of 1.8 g cm-3 (NaI-1.8 and SPT- 1.8) and of SPT at densities of 2.0 (SPT-2.0) and 2.2 g cm-3 (SPT-2.2) to increase C recovery in the free light fraction (FLF) and occluded light fraction (OLF) of the organic matter contained in soil aggregates of the 0–5 cm layer of an Acrisol [PVd, Eldorado do Sul (RS)] and of a Ferralsol [LVdf, Dourados (MS)]; and (b) the magnitude of the physical protection in promoting soil organic matter accumulation in these soils under no-tillage for 18 years and pasture (Brachiaria decumbens) for 9 years, respectively, both in comparison to conventional-tilled soil. Soil blocks were collected and < 9.51 mm soil aggregates were separated and submitted to density fractionation of soil OM. The SPT-1.8 increased OLFC by 176 to 726 % in comparison to NaI-1.8, but no effect was observed on FLF-C recovery. By using SPT-2.0, the OLF-C recovery increased by 30 to 90 % in comparison with SPT-1.8, but a lower increment (≤ 18 %) was observed when SPT-2.0 was substituted by SPT-2.2. Density fractionation of OM with NaI solution (low OLF and high FLF) may lead to the erroneous conclusion that physical protection is not an important stabilizing mechanism of SOM in soils under no-tillage or pasture. On the other hand, when using SPT-2.0, which was most efficient in recovering OLF-C, the physical protection within aggregates was responsible for 54 % (PVd) and 23 % (LVdf) of the total SOM accumulation in soils under no-tillage and pasture, respectively

Adubação potássica em arroz irrigado conforme a capacidade de troca catiônica do solo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta do arroz irrigado por inundação à aplicação de doses de potássio, conforme a capacidade de troca catiônica (CTC) do solo. Foram utilizados 16 solos com diferentes valores de CTC a pH 7,0 (CTCpH7), divididos em duas classes: solos com CTCpH7 até 15 cmol c dm-3 e com CTCpH7 maior que esse valor. O experimento foi realizado nas safras agrícolas de 2005/2006 e 2006/2007, em oito locais por ano agrícola, com uso de diferentes cultivares de arroz, conforme o local ou o ano. Foram calculados os incrementos médios da produtividade de arroz pela aplicação das doses de K, em função da razão K/CTCpH7. A dose de máxima eficiência econômica (DMEE) de potássio foi calculada de acordo com os preços do fertilizante e do arroz, praticados de 2003 a 2012. O arroz respondeu de forma econômica à aplicação de potássio, em ambas as classes de CTCpH7 utilizadas, com maior incremento de produtividade nos solos com menor relação K/CTCpH7. Na média dos dez anos, a DMEE foi sempre superior a U$ 100,00 e maior nos solos com CTCpH7>15,0 cmol c dm-3

Potassium fertilization in flooded rice according to soil cation exchange capacity

O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta do arroz irrigado por inundação à aplicação de doses de potássio, conforme a capacidade de troca catiônica (CTC) do solo. Foram utilizados 16 solos com diferentes valores de CTC a pH 7,0 (CTCpH7), divididos em duas classes: solos com CTCpH7 até 15 cmolc dm-3 e com CTCpH7 maior que esse valor. O experimento foi realizado nas safras agrícolas de 2005/2006 e 2006/2007, em oito locais por ano agrícola, com uso de diferentes cultivares de arroz, conforme o local ou o ano. Foram calculados os incrementos médios da produtividade de arroz pela aplicação das doses de K, em função da razão K/CTCpH7. A dose de máxima eficiência econômica (DMEE) de potássio foi calculada de acordo com os preços do fertilizante e do arroz, praticados de 2003 a 2012. O arroz respondeu de forma econômica à aplicação de potássio, em ambas as classes de CTCpH7 utilizadas, com maior incremento de produtividade nos solos com menor relação K/CTCpH7. Na média dos dez anos, a DMEE foi sempre superior a U$100,00 e maior nos solos com CTCpH7>15,0 cmolc dm-3.The objective of this work was to evaluate the response of flooded rice to the application of potassium doses, according to the soil cation exchange capacity (CEC). Sixteen soils with different CEC at pH 7.0 (CECpH7), divided in two classes, were used: soils with CECpH7 up to 15 cmolc dm-3 and CECpH7 higher than this value. The experiment was carried out in the crop seasons of 2005/2006 and 2006/2007, in eight places per crop year, using different rice cultivars, according to the place or year. The average increment in rice production due to the applied doses of K was calculated, according to the K/CECpH7 ratio. The potassium maximum economic efficiency dose (MEED) was calculated according to the prices of the fertilizer and rice, practiced from 2003 to 2012. Rice responded economically to potassium fertilization, in both soil CECpH7 classes used, with higher increase in productivity in soils with lower K/CTCpH7 ratio. In the ten-year average, the DMEE was always greater than U$ 100.00 and higher in soils with CECpH7>15.0 cmolc dm-3