Physical fractions of organic matter in an Oxisol cultivated with sugarcane in the state of Rio Grande do Sul, Brazil

O objetivo deste trabalho foi avaliar as frações físicas da matéria orgânica do solo (MOS) e o índice de manejo de carbono (IMC), após diferentes períodos de preparo do solo para a implantação de cana-deaçúcar. O estudo foi realizado em Latossolo Vermelho, de textura argilosa, depois de 1, 3 e 5 anos do preparo do solo para a implantação da cultura, com queima da palhada e colheita manual. Como referência, utilizou-se o solo de mata nativa adjacente à área de estudo. Amostras de solo foram coletadas nas camadas de 0,00–0,05, 0,05–0,10 e 0,10–0,20 m, para quantificar o IMC, bem como o C orgânico total, o C particulado, o C associado a minerais e o C das frações leve livre, leve oclusa e pesada da MOS. O preparo do solo associado à queima da palhada na colheita diminuiu o aporte de matéria orgânica fresca ao solo e acelerou a decomposição do compartimento lábil da MOS, com reflexos negativos sobre os estoques das frações físicas do solo. As maiores proporções de C foram verificadas na fração associada a minerais. As frações densimétricas da MOS foram mais sensíveis na detecção de alterações dos estoques, labilidade, índice de labilidade e IMC, nos diferentes tempos de implantação da cultura. As áreas com cana-de-açúcar apresentam IMC inferior a 100, o que indica impacto negativo do cultivo sobre os estoques de matéria orgânica e sobre a qualidade física do solo.The objective of this work was to evaluate the physical fractions of soil organic matter (SOM) and the carbon management index (CMI) after different periods of soil tillage for sugarcane implantation. The study was carried out in a clayey Oxisol after 1, 3, and 5 years from soil tillage for crop plantation, with burning of the straw and manual cutting for harvest. As a reference, the soil of a native forest adjacent to the studied area was used. Soil samples were collected at the 0.00–0.05, 0.05–0.10, and 0.10–0.20-m soil layers, in order to quantify the CMI, as well as total organic C, particulated C, C associated with minerals, and C in the free light, occluded light, and heavy fractions of SOM. Soil tillage associated with previous burning of straw reduced the input of fresh organic matter to the soil and accelerated the decomposition of the SOM labile compartment, negatively affecting the stocks of soil physical fractions. The highest C proportions were observed in the fraction associated with minerals. The SOM density fractions were more sensible to detect changes in the stocks, lability, and the CMI, in the different crop implantation times. The cultivated areas had CMI lower than 100, which indicates the negative impacts of cropping on the stocks of organic matter and on soil physical quality

Soil quality in Integrated Crop-Livestock Systems in the Pampa Biome.

The increasing level of soil degradation has promoted the adoption of agricultural management that combine agricultural production to soil conservation. In this context, Integrated Crop-Livestock Systems (ILP) have been successfully adopted, because they occupy the available resources in agroecosystems, concomitant to the improvement of soil quality. Based on the above, this study was divided into two chapters, where we sought to evaluate the soil quality on family farms in ILP systems, defining physical, chemical and biological indicators able to detect the effects of management practices used in different land use systems. The chapter 1 was developed in the municipality of Arroio do Padre and the chapter 2 in Rio Grande, RS. Were evaluated three land use systems: grazed native field (CN), ryegrass pasture (PA) and maize with succession of ryegrass (MI). In each of the systems, disturbed and undisturbed soil samples were collected in the layers from 0.00-0.05m, 0.05-0.10m and 0.10-0.20m for determining indicators such as: bulk density, soil porosity, mean weight diameter, macronutrients, micronutrients, total organic carbon, total nitrogen, granulometric physical fractionation and densimetric physical fractionation, carbon management index, microbial biomass carbon, basal soil respiration and laser-induced fluorescence. In Chapter 1, we concluded that the factor analysis showed that the "Organic Matter Factor" was the largest contributor to the total variance of the data evaluated in the three layers. The indicators that compose the "Organic Matter Factor " are more associated with the CN, while the indicators of "Aggregation Factor", "Compression Factor" and "Microbial Carbon Factor" are more related to PA, and the indicators soil basal respiration, free light fraction and porosity are more related to the system MI. The bulk density is related to the three land use systems. Only the total porosity was not enough to detect differences between the systems studied. In chapter 2, it was concluded that the factor analysis showed that the factors "Organic Matter", "Light Organic Matter" and "Humified Carbon" were the main contributors to the total variance of the data evaluated in the three layers. The indicators that compose the "Organic Matter Factor" are more associated with the CN and indicators related to "Aggregation Factor", "Granulometric Fractions Factor” and " Total Porosity Factor" are more associated with PA e MI. The bulk density, the heavy fraction of organic matter and microbial carbon are related to the three land use systems. The mean weight diameter and basal soil respiration were not effective to detect differences between land use systems.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO crescente nível de degradação dos solos tem promovido a adoção de manejos agrícolas que aliem a produção agropecuária à conservação do solo. Neste contexto, Sistemas de Integração Lavoura-Pecuária (ILP) têm sido adotados com sucesso, pois ocupam os recursos disponíveis nos agroecossistemas concomitante à melhoria da qualidade do solo. Baseado no exposto, o presente trabalho foi estruturado em dois capítulos, onde buscou-se avaliar a qualidade do solo em propriedades agrícolas familiares sob sistemas de ILP, definindo indicadores físicos, químicos e biológicos capazes de detectar os efeitos das práticas de manejo utilizadas em diferentes sistemas de uso do solo. O capítulo 1 foi desenvolvido no Município de Arroio do Padre e o capítulo 2 no Município de Rio Grande, RS. Foram avaliados três sistemas de uso do solo: campo nativo pastejado (CN), pastagem de azevém (PA) e milho com sucessão de azevém (MI). Em cada um dos sistemas foram coletadas amostras indeformadas e deformadas de solo nas camadas de 0,00-0,05m, de 0,05-0,10m e de 0,10-0,20m para a determinação de indicadores como: densidade do solo, porosidade total, diâmetro médio ponderado, macronutrientes, micronutrientes, carbono orgânico total, nitrogênio total, fracionamento físico granulométrico e densimétrico da matéria orgânica, índice de manejo de carbono, carbono da biomassa microbiana, respiração basal do solo e fluorescência induzida por laser. No capítulo 1, concluiu-se que a análise fatorial evidenciou que o “Fator Matéria Orgânica” foi o que mais contribuiu para a variação total dos dados nas três camadas avaliadas. Os indicadores que compõem o “Fator Matéria Orgânica” estão mais associados ao CN, enquanto que os indicadores do “Fator Agregação”, “Fator Compactação” e “Fator Carbono Microbiano” estão mais associados à PA, sendo os indicadores respiração basal do solo, fração leve livre e porosidade total àqueles mais relacionados ao sistema MI e a densidade do solo encontra-se relacionada aos três sistemas de uso do solo. Somente a porosidade total não foi eficiente para detectar diferenças entre os sistemas estudados. No capítulo 2, concluiu-se que a análise fatorial evidenciou que os fatores “Matéria Orgânica”, “Matéria Orgânica Leve” e “Carbono Humificado” foram os que mais contribuíram para a variação total dos dados nas três camadas avaliadas. Os indicadores que compõem o “Fator Matéria Orgânica” estão mais associados ao CN e os indicadores relacionados ao “Fator Agregação”, “Fator Frações Granulométricas” e “Fator Porosidade Total” estão mais associados aos sistemas MI e PA. A densidade do solo, a fração pesada da matéria orgânica e o carbono microbiano encontram-se relacionados aos três sistemas de uso do solo. O diâmetro médio ponderado e a respiração basal do solo não foram eficientes para detectar diferenças entre os sistemas de uso do solo

Organic matter and structural quality of an Oxisol under cultivation of sugarcane in Rio Grande do Sul state, 2013

According the increase in demand for renewable energy to replace those fossil, the sugarcane crop has assumed importance in the nationally and internationally energy matrix. However, because the heavy soil preparation for the implantation of culture and harvest by previous burning of stubble have been observed negative impacts on the chemical and physical quality of soils cultivated with sugarcane. This study is structured in two articles, the first is to evaluate the aggregation, the physical fractions of organic matter (OM) and carbon management index (CMI) of an Oxisol cultivated with sugarcane in the Rio Grande do Sul state (RS), and the second article was to evaluate the tensile strength (TS) and friability (F) of an Oxisol cultivated with sugarcane in RS state. The experimental design was completely randomized and the treatments consist of various cycles of sugarcane: plant sugarcane (CP), second ratoon sugarcane (C2), fourth ratoon sugarcane (C4). As a reference we used an area of native forest (NF) with characteristics and properties of soil and topography similar by the others. In each area were collected undisturbed and disturbed samples in layers from 0.00 to 0.05, from 0.05 to 0.10 m and from 0.10 to 0.20 m to quantify the percentage of water stable aggregates (WSA), the mean weight diameter (MWD), total organic carbon (TOC), carbon from the coarse fraction (CCF), the carbon associated with minerals (CAM), carbon free light fraction (FLL), carbon occluded light fraction (OLF), carbon from the heavy fraction (HF), CMI, TS and F.The soil preparation for the deployment of sugarcane, combined with previous burning of stubble contributed to the reduction of young carbon cycling in the soil, reflecting negatively on the stocks of physical particle size fractions of the OM and on distribution and aggregate stability, except for the HF. With the exception of NF in the surface layer, the proportions of physical density fractions of OM in relation to TOC increased in order FLF<OLF<HF. All areas cultivated with sugarcane present CMI lower than 100, with the lowest values observed in C2, indicating negative impacts on stocks of OM and on soil quality. In the surface layer, the TS increased in depth and proportionally with the reduction of the levels of TOC. In the surface layer, the soil was classified as very friable and in the other layers, the areas C4 and MN presented themselves as friable. The TS and the F were sensitive to detect differences in the structural quality of the areas cultivated with sugarcane.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqCom o aumento na demanda por energias renováveis em substituição àquelas de origem fóssil, a cultura canavieira têm assumido importância na matriz energética nacional e internacional. Entretanto, em função do intenso preparo do solo para a implantação da cultura e colheita mediante a queima prévia da palhada têm-se observado impactos negativos sobre a qualidade química e física de solos cultivados com cana-de-açúcar. O presente estudo está estruturado em dois artigos, sendo que o primeiro tem por objetivo avaliar a agregação, as frações físicas da matéria orgânica (MO) e o índice de manejo de carbono (IMC) de um Latossolo Vermelho cultivado com cana-de-açúcar no Rio Grande do Sul (RS) e o segundo artigo visou avaliar a resistência tênsil (RT) e a friabilidade (F) de um Latossolo Vermelho cultivado com cana-de-açúcar no RS. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado e os tratamentos avaliados consistem em diferentes ciclos da cana-de-açúcar: cana planta (CP), cana soca de segundo corte (C2) e cana soca de quarto corte (C4). Como referência utilizou-se uma área de mata nativa (MN) com características e propriedades de solo e relevo similares às demais. Em cada uma das áreas foram coletadas amostras deformadas e indeformadas nas camadas de 0,00 a 0,05 m, de 0,05 a 0,10 m e de 0,10 a 0,20 m para quantificar o percentual de agregados estáveis em água (AEA), o diâmetro médio ponderado (DMP), o carbono orgânico total (COT), o carbono da fração grosseira (CFG), o carbono associado aos minerais (CAM), o carbono da fração leve livre (FLL), o carbono da fração leve oclusa (FLO), o carbono da fração pesada (FP), o IMC, a RT e a F. O preparo do solo para a implantação da cana-de-açúcar, associado à queima prévia da palhada contribuiu para a redução da ciclagem de carbono jovem no solo, refletindo negativamente sobre os estoques das frações físicas da MO e sobre a distribuição e estabilidade de agregados, com exceção da FP. Com exceção da MN, na camada superficial, as proporções das frações físicas densimétricas da MO em relação ao COT aumentaram na ordem FLL<FLO<FP. Todas as áreas cultivadas com cana-de-açúcar apresentam IMC inferior à 100, sendo os menores valores observados na C2, o que indica impactos negativos sobre os estoques de MO e sobre a qualidade do solo. A RT aumentou em profundidade e proporcionalmente com a redução dos teores de COT. Na camada superficial, o solo foi classificado como muito friável e nas demais camadas, as áreas C4 e MN apresentaram-se friáveis. Em todas as camadas avaliadas, os menores valores de RT foram observados na MN. A RT e a F foram sensíveis para detectar diferenças na qualidade estrutural das áreas cultivadas com cana-de-açúcar

Initial Recovery of Organic Matter of a Grass-Covered Constructed Soil after Coal Mining

ABSTRACT Revegetation is essential to improve the quality of constructed soils. This study investigated effects of perennial grasses on total organic carbon (TOC) stock, organic matter (OM) fractions and on quality of a recently constructed soil, after coal mining. Soil samples were collected from the 0.00-0.03 m layer two years after the beginning of the experiment. The treatments consisted of Cynodon dactylon cv vaquero (T1); Urochloa brizantha (T2); Panicum maximun (T3); Urochloa humidicola (T4); Hemarthria altissima (T5); Cynodon dactylon cv tifton (T6); bare constructed soil (T8); and natural soil (T9). The treatments with grass species increased the TOC stock by 57 % and increased the OM lability in comparison with T8. Higher C accumulation in the coarse and free light fractions and a higher C management index were observed in T2 and T3, indicating greater suitability of these species for the initial recovery of OM of the constructed soil