Carbon and Nitrogen Stocks in Integrated Crop Livestock

Soil organic matter (SOM) is recognized as an important characteristic of sustainable agricultural systems in the tropics and temperate regions. It is considered an integrated characteristic of physical, chemical and biological soil conditions and has been used as a soil quality index in different land uses and management practices (Lal 2011). Environmental, social, and financial imbalances have occurred, requiring producers to become more efficient. A system of intercropping grain crops with forages can provide enough forage in the dry season to maintain nutritional quality of livestock and even promote weight gain (Castro Filho et al. 1991). An integrated crop-livestock system (ICLS) that includes a crop phase and a pasture phase in rotation has strong potential for sustainable beef and grain crop production (Salton et al. 2011). Perennial pastures can contribute to soil C sequestration. Several studies have shown significant soil organic C accumulation with well-managed grazing of pastures (Maia et al. 2009; Salton et al. 2011). However, there are few studies that compare the efficiency of different grasses to maintain productivity and promote an increase in soil organic C and stocks. We hypothesized that an ICLS with maize cultivated under no-tillage in rotation with grazed pasture (Urochloa P. Beauv. spp. (syn. Brachiaria (Trin.) Griseb. spp.) would result in accumulation of soil organic C and N compared with continuously grazed, degraded pasture or with conventionally tilled monoculture production of maize. Our objective was to evaluate the stocks of soil organic C and N under alternative land uses from the prevailing degraded pasture condition in Sao Paulo state of Brazil

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

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

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 carbon stocks cultivated with coffee in the brazilian savana: Effect of cultivation time and use of organic compost

Land-use change (LUC) is one of the main responsible for the loss of soil organic matter (SOM) in the form of CO2 to atmosphere. The aims of the present study were i) evaluate soil C stocks due to coffee cultivation time after LUC and ii) evaluate the use of the organic compost from the by-product of bean processing as a source of SOM. The study was performed in dystrophic red latosol in the municipality of Patrocínio, MG, Brazil. Two evaluations were performed; i) three coffee (Coffea arabica L. var. Icatú Vermelho) growing areas with different implantation times (8, 15 and 37 years) in relation to Cerrado stricto sensu (reference); and ii) area cultivated with coffee ( C. arabica var. Bourbon Vermelho) that received organic compost for four years. Soil was sampled in layers 0-5, 5-10 and 10-20 cm. In the first study, the C stock (0-20 cm) was higher under native vegetation (67 Mg C ha-1) in relation to the coffee growing (63 Mg C ha-1), however, did not differ significantly and showed subtle loss rates of 0.12; 0.06 and 0.02 Mg C ha-1 year-1 for 8, 15 and 37 years, respectively. In the second study, the organic compost applied to the soil increased the C stock (0-20 cm) to 4.6 Mg C ha-1 and showed an accumulation rate of 1.15 Mg C ha-1 year-1. Thus, it is concluded that C stocks is reduced in the soil due to LUC, however, the application of organic compost increased the supply of organic material, favoring the maintenance and even increasing the stock in the soil

Soil dissolved organic carbon responses to sugarcane straw removal

Global demand for bioenergy increases interest in biomass-derived fuels, as ethanol from sugarcane straw. However, straw is the main carbon source to soil and its removal reduces C input, affecting active fractions (dissolved organic carbon, DOC) and C storage. To quantify the effects of straw removal on DOC and C stocks, we built lysimeter system using soil (Rhodic Kandiudox) from sugarcane field. We evaluated four soil depths (1, 20, 50 and 100 cm) and four straw removal rates: no removal NR, medium MR, high HR and total TR, leaving 12, 6, 3 and 0 Mg/ha on the soil surface, respectively. After rainfall, drainage water was collected and analysed for DOC content. Soil C stocks were determined after the 17-month. Total DOC released at 1-cm depth amounted to 606, 500, 441 and 157 kg/ha in NR, MR, HR and TR, respectively. Net-DOC suggests straw as the main source of DOC. Most of DOC in NR (50%) was retained within the 1-20 cm layer, resulting in higher C stock (10 Mg/ha) in the topsoil. In HR and MR, DOC retention was higher within 20-50 cm, suggesting differences in DOC composition. DOC in TR was 40% higher at 20 cm than at 1 cm, indicating C losses from topsoil. Low concentrations of DOC were found at 100-cm depth, but representing 30% in TR. Straw removal for bioenergy production is sustainable, but we should leave at least 3 Mg/ha of straw to ensure DOC production and soil C storage, taking account the DOC contribution to key soil functions

Carbon and nitrogen stocks in soil under castor bean in the semi-arid Caatinga of Brazil

Grande parte da produção brasileira de mamona encontra-se no Nordeste, como opção de cultura para a região semiárida no bioma Caatinga. O objetivo deste estudo foi avaliar as alterações nos estoques de C e N devido à mudança de uso do solo de vegetação natural para o cultivo de mamona no bioma Caatinga. Este trabalho foi realizado na Fazenda Floresta, no município de Irecê, no centro-norte baiano. O clima da região é do tipo BSwh (Köppen) - clima semiárido de altitude. O solo foi classificado em Latossolo Vermelho de textura argilosa. As situações avaliadas foram: três áreas cultivadas com mamona com diferentes tempos de implantação: (i) com 10 anos, (ii) com 20 anos e (iii) com 50 anos; e uma área de referência (vegetação nativa de Caatinga) contígua às situações avaliadas. Os estoques de C e N foram determinados em amostras de solo coletadas em cinco minitrincheiras, nas camadas de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Os resultados mostraram que o constante aporte de resíduos vegetais na Caatinga promoveu a manutenção dos estoques de C (90 Mg ha-1) e N (10 Mg ha-1) para a camada de 0-30 cm. A mudança de uso da terra para o cultivo da mamona ocasiona redução em aproximadamente 50 % nos estoques de C e N do solo em relação à vegetação nativa nos primeiros 10 anos de implantação da cultura. A meia-vida da matéria orgânica do solo (MOS) calculada para essa situação na região do semiárido foi de 4,7 anos. O fator de emissão de C do solo, devido à mudança de uso da terra após 20 anos, conforme proposto pelo método do IPCC (2006), foi de 2,47 Mg C ano-1. Por meio do conjunto dos resultados, observa-se a fragilidade do solo do bioma Caatinga no que se refere à perda de MOS devido à mudança de uso da terra

Desenvolvimento do amendoim-bravo (Pterogyne nitens Tul.) sob lâminas de água e composições de substratos

The wild peanut (Pterogyne nitens Tul.) is considered a rustic species and adaptable to several regions of the national territory, and indicated for silviculture, plantations in degraded areas and replacement of riparian forests. The objective of this work was to evaluate the development of wild peanut seedlings under different concentrations of composted sewage sludge (LEC), commercial substrate (SC) and water depths. The experimental design consisted of 240 seedlings, divided into five different treatments: S1 (100% LEC), S2 (75% LEC + 25% SC), S3 (50% LEC + 50% SC), S4 (25% LEC + 75% SC) and S5 (100% SC). The experiment had three irrigation depths, four times a day: L1 (6 minutes), L2 (9 minutes) and L3 (12 minutes). The following characteristics were evaluated: height of the aerial part, diameter of the collection, number of leaves, weight of the dry mass and the Dickson Quality Index. The data were subjected to analysis of variance and the measures compared using the Tukey test. Treatments with 75% to 100% of SCF showed superior results in the evaluated parameters in relation to SC. Regarding the water regime, there was no significant influence of the water depths on the morphological characteristics of the seedlings.O amendoim-bravo (Pterogyne nitens Tul.) é considerado uma espécie rústica e adaptável a várias regiões do território nacional, e indicada para silvicultura, plantios em áreas degradas e reposição de matas ciliares. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desenvolvimento das mudas de amendoim-bravo sob concentrações de lodo de esgoto compostado (LEC), substrato comercial (SC) e lâminas de água. O delineamento experimental foi composto por 240 mudas, divididas em cinco tratamentos diferentes: S1 (100% LEC), S2 (75% LEC + 25% SC), S3 (50% LEC + 50% SC), S4 (25% LEC + 75% SC) e S5 (100% SC). O experimento contou com três lâminas de irrigação, quatro vezes ao dia: L1 (6 minutos), L2 (9 minutos) e L3 (12 minutos). Foram avaliadas as seguintes características: altura da parte aérea, diâmetro do coleto, número de folhas, peso da massa seca e o Índice de Qualidade de Dickson. Os dados foram submetidos a análise de variância e as medidas comparadas pelo teste de Tukey. Tratamentos com 75% a 100% de LEC apresentaram resultados superiores nos parâmetros avaliados em relação ao SC. Para o regime hídrico, não houve influência significativa das lâminas de água sobre as características morfológicas das mudas

Carbon in soil aggregates under native vegetation, pasture and agricultural systems in the Brazilian savannah

A matéria orgânica do solo (MOS) é responsável pela fertilidade, ciclagem de nutrientes e estabilidade da estrutura, possuindo estreita relação com a agregação do solo. No entanto, ainda não é clara a relação entre as classes de agregados na dinâmica de acúmulo ou perda de MOS em função do uso e manejo do solo. Este trabalho teve como objetivo avaliar os teores de carbono (C) em agregados do solo sob quatro usos e manejos: Cerrado nativo (CE), sistema plantio direto (SPD), sistema plantio convencional (SPC) e pastagem (PA). As áreas de estudo estão localizadas no município de Rio Verde (GO), em solo classificado como Latossolo Vermelho distrófico de textura argilosa. Em amostras de solo coletadas em fevereiro de 2007 nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm de profundidade, foram determinados: a quantidade de macroagregados (maiores que 2,0 mm), mesoagregados (maiores que 0,25 e menores que 2,00 mm) e microagregados (maiores que 0,05 e menores que 0,25 mm) estáveis em água, os índices de agregação diâmetro médio ponderado (DMP) e geométrico (DMG) e os teores de C nas classes de agregados estabelecidas. No solo avaliado observou-se predominância de macroagregados, com maior quantidade sob CE e PA, em comparação ao solo sob SPD e SPC, indicando efeito negativo do cultivo do solo na conservação de macroagregados. Contudo, os teores de C nos agregados do solo na camada de 0-20 cm foram maiores no CE e SPD em relação a PA e SPC, sugerindo que o não revolvimento e a manutenção dos resíduos culturais na superfície do solo favorecem o acúmulo de C. Com isso, foi verificado que os macro e mesoagregados podem ser mais sensíveis ao tipo de uso e manejo do solo, quando comparados aos microagregados. A agregação do solo sob PA é semelhante à do CE, embora com menores teores de C, sugerindo dinâmica de agregação diferenciada, o que merece a atenção de novas pesquisas