Greenhouse gas emission caused by different land-uses in brazilian Savannah

A conversão de áreas nativas com o corte e queima de vegetação seguida do cultivo do solo resultam em mudanças na dinâmica da matéria orgânica do solo, com alterações nas emissões dos gases causadores de efeito estufa (GEE: CO2, CH4 e N2O) da biosfera para a atmosfera, que causam a elevação da temperatura média e, consequentemente, as mudanças climáticas globais. O objetivo deste estudo foi verificar as relações entre os fluxos de CO2, CH4 e N2O com a umidade, biomassa microbiana e as formas inorgânicas de N no solo com diferentes usos das terras no bioma Cerrado (Rio Verde, Goiás). O clima da região é do tipo Aw (Köppen-Geiger), e o solo foi classificado como Latossolo Vermelho distrófico caulinítico textura argilosa com vegetação original de Cerradão. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado (DIC), com quatro tratamentos (áreas): vegetação nativa - Cerradão (CE); pastagem (PA) de braquiária, semeadura convencional (SC) de soja; e semeadura direta (SD) de milho sucedido por milheto. As emissões anuais de CO2 e N2O não mostraram diferenças significativas entre os tratamentos; isso ocorreu devido à elevada variação nos fluxos dos gases em decorrência da sazonalidade no clima, com as menores emissões observadas durante o inverno, devido à ausência da umidade do solo. A média na emissão de CO2 foi de 108,9 ± 85,6 mg m-2 h-1 , e para o N2O, de 13,5 ± 7,6 µg m-2 h-1. Os fluxos de CH4 apresentaram diferenças significativas somente para a pastagem, com emissão de 32 µg m-2 h-1 , enquanto nas demais áreas foram observados influxos entre 46 e 15 µg m-2 h-1 . Com os resultados das correlações, pode-se verificar que a umidade foi a variável do solo que apresentou maior correlação com o fluxo dos três gases de efeito estufa. O teor de N-NO3- e as emissões de CO2 mostraram correlações para todas as áreas. Quando consideradas as correlações para todos os tratamentos conjuntamente, verificou-se que os fluxos dos três gases apresentaram correlações significativas com os teores de C e N-microbiano. Contudo, a relação Cmicro:Nmicro não mostrou correlação significativa com o fluxo dos gases de efeito estufa. A pastagem foi a única situação em que os fluxos de CO2 e N2O apresentaram correlação com as quantidades de N-inorgânico. Os resultados sugerem que os fluxos dos GEE são dependentes do regime pluvial no bioma Cerrado, principalmente nas áreas cultivadas que recebem altas doses de fertilizantes para o aumento da produtividade.The conversion of native forests by cutting and burning into farming areas leads to alterations in the dynamics of soil organic matter, with changes in emissions of greenhouse gases (GHGs: CO2, CH4 and N2O) from the biosphere to the atmosphere. These cause an average temperature rise and, consequently, global climate change. The aim of this study was to examine relationships between the fluxes of CO2, CH4 and N2O with moisture, microbial biomass and inorganic N forms in soil with different land uses in the Cerrado biome (Rio Verde county, State of Goias - Brazil). The climate (Köppen-Geiger) was classified as Aw and the soil as Latossolo Vermelho distrófico caulinítico / a clayey kaolinitic Oxisol under original Cerrado (Brazilian savanna) vegetation. The experiment was arranged in a completely randomized design (CRD) with four treatments (areas): Native vegetation - Cerrado (CE); brachiaria pasture (PA); soybean in conventional tillage (SC) and no-tillage (NT) corn followed by millet. No significant differences in annual CO2 and N2O emissions were observed between treatments. This can be explained by the variability of gas fluxes due to climate seasonality, with lower emissions in the winter due to low soil moisture. Mean emissions of CO2 were 108.9 ± 85.6 mg m-2 h-1 , and of N2O 13.5 ± 7.6 mg m-2 h-1 . For CH4 significant differences in the fluxes were only observed in pasture (32 mg m-2 h-1 ), while in the other areas inflows between 46 and 15 mg m-2 h-1 were observed. The GHG fluxes showed close correlation with soil moisture. The N-NO3- emissions were significantly correlated with CO2-emissions in all areas. Considering all treatments together, the three GHG fluxes were correlated with the microbial C and N contents. However, the Cmicro: Nmicro ratio was not significantly correlated with the GHG flux. Only for pasture the CO2 and N2O fluxes were correlated with the content of soil inorganic-N. Results suggested that the GHG fluxes in the Cerrado are related to rainfall, mainly in farming areas treated with high fertilizer doses to increase productivity.Fundação AgrisusFAPESPFonds Français pour l'Environnement MondialAFD - Agence Française de DéveloppementMinistério das Relações EstrangeirasCAPES-COFECU

CARBON AND NITROGEN IN SOILS AND HUMIC FRACTIONS OF DIFFERENT PEDOFORMS IN THE ATLANTIC FOREST BIOME

Relief is a soil formation factor that can modify the distribution of soil organic matter (SOM) fractions in a landscape. The objective of this study was to evaluate the effect of the relief on SOM fractions, considering their distribution in different topographic positions, segments, in two pedoforms (concave and convex) in areas covered with forest in the Atlantic Forest biome. The two pedoforms were selected in adjacent areas and divided into segments considering the topographic variation. The carbon and nitrogen origins were evaluated in the extract up to 100 cm of depth. Soil samples from the 0-5, 5-10, and 10-20 cm layers were collected for chemical characterization and fractioning (granulometric and chemical) of the SOM. The soil density in the 0-5 and 5-10 cm layers was determined to calculated the carbon stocks. The isotopic composition showed predominance of 13C. The highest organic carbon and particulate carbon contents were found in the convex pedoform. The distribution of humic fractions showed that the larger part of the humidified carbon was in the humin fraction. The humin and fulvic acid fractions were higher in the convex pedoform. The carbon stocks were, in general, higher in the convex pedoform, decreasing as the soil depth increased; and nitrogen stocks presented no differences. The higher carbon and nitrogen contents were found in the convex pedoform and in the lower region of the concave pedoform

Total soil carbon and chemical attributes under different land uses in the Brazilian savanna

A região do Cerrado representa uma das maiores áreas cultivada do mundo. Os diferentes usos do solo empregados nesta região podem modificar efetivamente as quantidades de matéria orgânica e alterar a ciclagem dos nutrientes no solo. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes sistemas de manejo nas relações entre o carbono total e os atributos químicos de um Latossolo Vermelho distrófico no Cerrado na região de Rio Verde, Estado de Goiás. As áreas estudadas foram cerradão, pastagem de baixa produtividade, plantio convencional de soja e plantio direto de soja com milho em sucessão. Os valores mais baixos no pH, cátions trocáveis, P-disponível e enxofre foram observados no Cerradão, contudo foram encontrados os maiores teores de C-total, que apresentaram correlação elevada com os teores de H+AL e a CTC potencial. Nas demais áreas, foram encontradas concentrações mais elevadas de cátions trocáveis, P-disponível e enxofre. Nas áreas onde não ocorreu o revolvimento do solo e a aplicação do corretivo e dos fertilizantes foi superficial, a estratificação dos teores de C-total promoveu a retenção dos elementos mais próximos à superfície, o que proporcionou correlações significativas com os atributos químicos do solo.The Brazilian savanna region (Cerrado) is one of the largest cultivated areas of the world. The different land uses in the region can effectively change the quantities of soil organic matter and the cycling of nutrients. The objective of this study was to evaluate the effect of different land use management systems on the relationship between soil organic carbon and the soil chemical attributes of a Red Latosol (Oxisol) under Cerrado in Rio Verde (Goiás state). The treatments studied were native vegetation (cerradão), low-productivity pasture, conventional tillage with soybean, and no-tillage with soybean and maize. The smallest values for pH, available P, K, Ca and Mg were observed for the Cerradão treatment, even if the relatively high C levels increased the potential soil cation exchange capacity. The pasture, conventional tillage and no-tillage treatments showed higher K, Ca, Mg, available P, and S concentrations in the soil. In the areas where soil tillage did not take place and lime and fertilizers were applied superficially, the stratification of the soil organic carbon provides the retention of the elements near to the surface, with significance correlations with the soil chemicals attributes.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação AgrisusFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)French Ministry of Foreign AffairsThe Global Environmental Facilit

Impact of forest-pasture conversion on soil physical and chemical properties

[Abstract:] The objective of this paper is to assess the changes in soil physical and chemical properties resulting from the conversion of native forest to pasture and pasture to secondary forest in the state of Santa Catarina, Brazil. Seven forest–pasture successional stages were identified using aerial photographs and satellite images acquired in 1957, 1978, and 2008. Successional stages were coded as FFF, FPF, PFF, PPF, FPP, FFP, and PPP, where the first, second, and third letters refer to the land uses (P, pasture; F, forest) practiced in 1957, 1978, and 2008, respectively. Soil samples were collected by layer at depths of 0–10, 10–20, 20–40, 40–60, 60–80, and 80–100 cm. Clay contents, soil bulk density (Db), macroporosity (MP), microporosity (mP), pH, Aluminum (Al), cation exchange capacity (CEC), calcium (Ca), potassium (K), phosphorus (P), total organic carbon (TOC) content, carbon stock, and δ13C abundance were quantified. Conversion of forest to pasture increased soil P, K, Ca, Db, and mP; and reduced MP, TOC content, and carbon stocks. The largest carbon stocks occurred in sites occupied by forests but previously used as pastures. Forest and pasture age influenced δ13C values, resulting in different isotopic signatures for different sites, confirming the transition from C3 to C4 plants. In 50-year-old pastures, about 66 % of soil TOC is still derived from the primary forest biomass

Produção de tomate em função da aplicação de enxofre

A importância do enxofre (S) já foi constatada para diversas culturas, sobretudo nos aspectos de produção, entretanto pode ser um fator limitante da produtividade devido ao sistema intensivo de cultivo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação de S no desenvolvimento e produtividade do tomateiro. Foi conduzido um experimento em casa de vegetação, em vasos de 4 kg de solo, em Guarapuava-PR. O experimento foi instalado em blocos inteiramente casualizados sendo 6 doses de S (0, 20, 40, 60, 80 e 100 mg kg-1) na forma de gesso agrícola e 3 repetições. Nos vasos foram transplantadas uma muda de tomate (variedade Abiru), cultivadas por 115 dias. Os frutos foram colhidos, lavados e pesados e a parte aérea foi colhida, pesada e analisada em relação ao teor de carbono, nitrogênio e enxofre. A produção de frutos de tomate aumentaram em função das doses de S, sendo obtido aumento de 23 a 34%. A massa seca da parte aérea, teor e acumulo aumentaram em função das doses de S aplicadas ao solo. A relação C/S e N/S diminuiu na parte aérea do tomateiro em função das doses de S, com valores variando de 92 a 144 para C/S e de 2,1 a 3,1 para N/S. A relação média de C:N:S encontrada na parte aérea do tomate foi de 112:2,4:1.  A relação N/S de 2,36 na parte aérea foi a que representou equilíbrio entre esses nutrientes na obtenção da produtividade do tomateiro. The importance of sulfur (S) has already been noted by various cultures, especially on production aspects; however it might be a limiting factor of productivity due to intensive cultivation system. The purpose of this study was to evaluate the sulfur application on the tomato productivity development. An experiment was conducted in a greenhouse, on 4 kg vessels of soil, in Guarapuava-PR. The experiment was arranged in entirely randomized blocks, of which 6 doses of S (0, 20, 40, 60, 80 and 100 mg kg-1) in the form of agricultural gypsum along with 3 repetitions. Into the vessels it was transplanted a tomato plant (Abiru variety), cultivated for 115 days. The fruits were harvested, washed and weighed and the shoots were cropped, weighed and analyzed in relation to levels of carbon, nitrogen and sulfur. The tomato fruit production increased under sulfur doses, obtaining a 23 to 34% raise. The dry mass of the shoot, content and accumulation increased under the application of sulfur doses on the soil. The C/S and N/S relation decreased on the tomato shoot under sulfur doses, with variable values of 92 to 144 for C/S and 2.1 to 3.1 for N/S. The average relation of C:N:S found on the tomato shoot was of 112:2.4:1. The 2.6 N/S relation on the shoot was the one which presented balance of these nutrients on the tomato production obtainment

Total soil carbon and chemical attributes under different land uses in the Brazilian savanna

A região do Cerrado representa uma das maiores áreas cultivada do mundo. Os diferentes usos do solo empregados nesta região podem modificar efetivamente as quantidades de matéria orgânica e alterar a ciclagem dos nutrientes no solo. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes sistemas de manejo nas relações entre o carbono total e os atributos químicos de um Latossolo Vermelho distrófico no Cerrado na região de Rio Verde, Estado de Goiás. As áreas estudadas foram cerradão, pastagem de baixa produtividade, plantio convencional de soja e plantio direto de soja com milho em sucessão. Os valores mais baixos no pH, cátions trocáveis, P-disponível e enxofre foram observados no Cerradão, contudo foram encontrados os maiores teores de C-total, que apresentaram correlação elevada com os teores de H+AL e a CTC potencial. Nas demais áreas, foram encontradas concentrações mais elevadas de cátions trocáveis, P-disponível e enxofre. Nas áreas onde não ocorreu o revolvimento do solo e a aplicação do corretivo e dos fertilizantes foi superficial, a estratificação dos teores de C-total promoveu a retenção dos elementos mais próximos à superfície, o que proporcionou correlações significativas com os atributos químicos do solo.The Brazilian savanna region (Cerrado) is one of the largest cultivated areas of the world. The different land uses in the region can effectively change the quantities of soil organic matter and the cycling of nutrients. The objective of this study was to evaluate the effect of different land use management systems on the relationship between soil organic carbon and the soil chemical attributes of a Red Latosol (Oxisol) under Cerrado in Rio Verde (Goiás state). The treatments studied were native vegetation (cerradão), low-productivity pasture, conventional tillage with soybean, and no-tillage with soybean and maize. The smallest values for pH, available P, K, Ca and Mg were observed for the Cerradão treatment, even if the relatively high C levels increased the potential soil cation exchange capacity. The pasture, conventional tillage and no-tillage treatments showed higher K, Ca, Mg, available P, and S concentrations in the soil. In the areas where soil tillage did not take place and lime and fertilizers were applied superficially, the stratification of the soil organic carbon provides the retention of the elements near to the surface, with significance correlations with the soil chemicals attributes.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação AgrisusFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)French Ministry of Foreign AffairsThe Global Environmental Facilit

Soil fertility and carbon and eucalypt water use on topography feature in Seropédica, RJ

A variabilidade espacial de atributos físicos, químicos, biológicos ou pedogenéticos é citada como responsável por padrões encontrados na distribuição do C e nutrientes do solo. Numa toposseqüência típica da Baixada Fluminense (Planossolo Háplico - PL, Argissolo Amarelo - AA e Argissolos Vermelho-Amarelos - AV1 e AV2), buscou-se avaliar a influência da paisagem na distribuição de atributos químicos e no uso da água e o crescimento do Eucalyptus urophylla. Amostras de solo foram coletadas ao acaso em três locais da toposseqüência, para caracterização da sua fertilidade, enquanto outras foram retiradas de trincheiras nas profundidades de 0-10, 10-20, 20-40, 40-60 e 60-100 cm, para avaliação do estoque de C. A circunferência à altura do peito (CAP) e a altura (ALT) e análise isotópica do d13C de tecido foliar de plantas em cada terço da paisagem foram também avaliadas como parâmetros de crescimento e de eficiência do uso da água. Embora a fertilidade do solo tenha se relacionado com o material parental local, o crescimento do eucalipto parece estar mais relacionado com a dinâmica de água na paisagem que com a maioria dos atributos químicos do solo, pois os maiores valores de CAP e ALT foram encontrados nos terços médio e inferior da toposseqüência, menos férteis. Os valores de d13C de amostras foliares de eucaliptos dos terços superior e inferior fortalecem essa hipótese. Os estoques de C dos solos (4,75 kg m-2 para o PL, 4,63 kg m-2 para o AA, 2,93 kg m-2 para o AV2 e 2,60 kg m-2 para o AV1) se relacionaram com as diferenças na densidade do solo, conseqüência da própria mineralogia. Dessa forma, conclui-se que o relevo tem forte influência sobre os atributos químicos do solo, embora haja evidências de o crescimento do eucalipto se relacionar com a disponibilidade de água no solo.Spatial variability of soil attributes (physical, chemical, biological or pedogenic) are related with some C stock and nutrient distribution patterns. The influence of landscape on the distribution of chemical attributes, carbon stocks and the water use and Eucalyptus urophylla growth were evaluated on typical soil series and toposequence, on Seropédica, RJ. For soil fertility evaluation, samples were collected in a transect that divided the relief into three portions. For carbon stock estimation, samples at 0-10; 10-20; 20-40; 40-60 and 60-100cm depths were collected in each portion. Circumference at breast height (CAP) and height (ALT) of plants and isotopic analysis of d13C of foliar samples collected in distinct drainage class soils were used to evaluate the eucalypt growth and water use efficiency. Although soil fertility was related to changes in parental material, eucalyptus growth seems to be more related with water dynamics in the landscape since the highest CAP and ALT values were found in the lower, less fertile, slope positions. The d13C sign found in foliar tissues confirms this hypothesis. The C stocks on different soil class (4.75 kg m-2 for Fragiaquult, 4.63 kg m-2 for Typic Kannapludalf, 2.93 kg m-2 for Typic Kannapludalf -shoulder position and 2.60 kg m-2 for the Typic Kannapludalf-backslope) were related to mineralogy and particle organization (bulk density). It was concluded that relief could modify chemical attributes of soil and eucalyptus growth, especially through water availability

Conversão do cerrado em agricultura no sudoeste da Amazônia: estoques de carbono e fertilidade do solo

Land use change and land management practices can modify soil carbon (C) dynamics and soil fertility. This study evaluated the effect of tillage systems (no-tillage - NT and conventional tillage - CT) on soil C and nutrient stocks in an Oxisol from an Amazonian cerrado following land use change. The study also identified relationships between these stocks and other soil attributes. Carbon, P, K, Ca and Mg stocks, adjusted to the equivalent soil mass in the cerrado (CE), were higher under NT. After adoption of all but one of the NT treatments, C stocks were higher than they were in the other areas we considered. Correlations between C and nutrient stocks showed positive correlations with Ca and Mg under NT due to continuous liming, higher crop residue inputs and lack of soil disturbance, associated with positive correlations with cation exchange capacity (CEC), base saturation and pH. The positive correlation (r = 0.91, p < 0.05) between C stocks and CEC in the CE indicates the important contribution of soil organic matter (SOM) to CEC in tropical soils, although the exchange sites are - under natural conditions - mainly occupied by H and Al. Phosphorus and K stocks showed positive correlations (0.81 and 0.82, respectively) with C stocks in the CE, indicating the direct relationship of P and K with SOM in natural ecosystems. The high spatial variability of P and K fertilizer application may be obscuring these soil nutrient stocks. In this study, the main source of P and K was fertilizer rather than SOM.Mudanças de uso da terra e práticas de manejo modificam a dinâmica do C e a fertilidade do solo. Este estudo avaliou as implicações dos sistemas de cultivo (NT e CT) nos estoques de C e de nutrientes e identificou inter-relações entre estes estoques e outros atributos da fertilidade do solo em Latossolo após a mudança do uso da terra no cerrado amazônico. Os estoques de C e de nutrientes (P, K, Ca e Mg) ajustados pela massa equivalente do solo sob cerrado (CE), foram maiores principalmente sob NT. Após a adoção do NT, exceto em 2NT, os estoques de C foram maiores em relação às demais áreas avaliadas. Correlações entre estoques de C e de nutrientes revelaram algumas correlações positivas com Ca e Mg nas áreas sob NT, devido ao uso continuo de calcário, à maior quantidade de resíduos culturais e ao não revolvimento do solo, associado à correlações positivas com CTC, saturação por bases e pH. A correlação positiva (r = 0,91, p < 0,05) entre estoques de C e CTC em CE indica a importante contribuição da MOS na CTC de solos tropicais, embora os sítios de troca estejam ocupados principalmente por H + Al. Estoques de P e K mostraram correlações positivas com estoques de C em CE (0,81 e 0,82; respectivamente), indicando a alta relação de P e K com a MOS em ecossistemas naturais. A alta variabilidade espacial associada à aplicação de fertilizantes (P e K) no sulco de plantio pode ter mascarado os resultados dos estoques. A principal fonte destes nutrientes para o solo foi o fertilizante aplicado e não a MOS.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)FAPES

Simulation of the effects of land use changes in soil carbon dynamics in the Piracicaba river basin, São Paulo State, Brazil

Neste trabalho teve-se como objetivo testar o modelo CENTURY para simular os efeitos das mudanças de uso da terra nos teores de carbono no solo e na produção primária líquida na bacia do rio Piracicaba, SP. O modelo foi parametrizado e as simulações foram realizadas considerando-se áreas de florestas, pastagens e cana-de-açúcar, dada a sua importância econômica. Os resultados obtidos indicaram que a alteração do uso/cobertura do solo provoca a diminuição do estoque de carbono do solo. As simulações realizadas na transição de uma floresta para cana-de-açúcar indicaram um decréscimo de 28% no estoque de carbono nos primeiros 12 anos, e diminuição de 42% com 50 anos de cultivo do solo com essa gramínea. Na simulação da transição de uma floresta para pasto, seguida do cultivo da cana-de-açúcar, verificou-se que na primeira mudança (floresta-pastagem) a perda de carbono foi de 24%, enquanto na segunda alteração (pastagem-cana) a perda foi de 22%. Com relação à produção primária, os resultados obtidos de floresta (6,6 t ha-1 ano-1), cana-de-açúcar (77, 82, 80 t ha-1 ano-1) e pasto (6,5 t ha-1 ano-1), mostraram-se similares aos valores observados no campo por outros autores.The objective of this study was to test adequability of the CENTURY model to simulate the effects of land use changes on soil carbon content and net primary production to specific subtropical Brazilian environmental conditions. After parameterization, simulations were performed for forested areas, pasture and sugarcane cultures which have economical importance and representative areal extension in the Piracicaba River basin, São Paulo State, Brazil. The results obtained indicate that changes in use/cover from forest to agricultural practices resulted in lower soil carbon stocks. The simulations of the transition from forest to sugarcane indicated a decrease of 28% in soil carbon stocks for the first 12 years and 42% for 50 years of sugarcane cultivation. The simulation of the transition from forest to pasture and then to sugarcane resulted in a 24% loss of soil carbon stock for the first transition (forest-pasture) and of 22% for the second one (pasture-sugar-cane). The net primary production results obtained for forest (6.6 ton ha-1 yr-1), sugarcane (77, 82, 80 ton ha-1 yr-1) and pasture (6.5 ton ha-1 yr-1) were similar to those observed by other authors in field measurements