Low Carbon Technologies for Agriculture in Dryland: Brazilian Experience

Anthropogenic activities have altered the atmospheric composition since the industrial era, especially with the increasing greenhouse gas emission due to fossil fuel combustion, cement production, and land-use change. The Brazilian semiarid, covering approximately 969.589 km2 with 21 million people, region has 1.6 million agricultural establishments and 95% are classified as family farms. The typical agricultural systems are characterized by high grazing density, slash and burn practices, and fruits and legumes by irrigated monocultures. Consequently, soil degradation occurs due unsustainable soil management, decreasing soil carbon stock, and the biodiversity. The soil carbon depletion is also associated with saline, water, and thermal stresses. Saline, water, and thermal stresses in dryland, the impact of the land-use change associated with climate change, and few technological resources available for use in agricultural systems are the main reasons responsible for low productivity in the Brazilian semiarid region. Low-cost agricultural practices can contribute to build healthy and sustainable agroecosystems: among these, the selection of plant species tolerant to saline, water, and thermal stresses, the use of rhizobial inoculants, adoption of no-tillage, sowing green manure, and adoption of technologies to stock water to improve its efficiency and productivity

Seleção de adubos verdes para a prestação de serviços ecossistêmicos em ambiente semiárido

Green manure is a soil management technique which provides several benefits to agroecosystems, improving the chemical, physical and biological quality of the soil, allowing them to provide different ecosystem services. Thus, the purpose of this work was to select green manures to compose multifunctional agroecosystems that provide ecosystem services in a semi-arid environment through the addition of biomass, C and N, and nutrient cycling. Thus, 29 treatments were evaluated in two cultivation cycles, using 14 species of legumes, oilseeds and grasses, distributed in single and intercropped crops. The green manures were cut at 70 days after sowing, and samples of the shoot and root parts were collected, with the production of fresh and dry biomass and the N, P, K, Ca, Mg and S levels being evaluated. C and biomass from rhizodeposition were also estimated. From these data, the accumulation of nutrients in the shoot and root biomass was calculated. Data were compared using descriptive and multivariate statistics. There is a positive relationship between the growing number of species used in consortium and the greater production of shoot and root biomass, favoring the increase in the capacity of the agroecosystem to provide provision and regulation services, with the latter being associated with climate change mitigation measures, highlighting the importance of biodiversity.A adubação verde é uma técnica de manejo do solo que proporciona diversos benefícios aos agroecossistemas, melhorando a qualidade química, física e biológica do solo e permitindo que eles forneçam diferentes serviços ecossistêmicos. Assim, o objetivo do trabalho foi selecionar adubos verdes para compor agroecossistemas multifuncionais que prestem serviços ecossistêmicos em ambiente semiárido, por meio da adição de biomassa, C e N e da ciclagem de nutrientes. Para isso, foram avaliados, em dois ciclos de cultivo, 29 tratamentos utilizandose 14 espécies de leguminosas, oleaginosas e gramíneas, distribuídas em cultivos solteiros e consorciados. Setenta dias após a semeadura, os adubos verdes foram cortados e coletaram-se amostras das partes aérea e radicular, nas quais foram avaliadas a produção de biomassa fresca e seca e os teores de N, P, K, Ca, Mg e S. Os teores de C e a biomassa proveniente de rizodeposição foram estimados. Com esses dados, foram calculados os acúmulos dos nutrientes na biomassa aérea e radicular. Os dados foram comparados por meio de estatística descritiva e multivariada. Existe uma relação positiva entre o número crescente de espécies utilizadas em consórcio e a maior produção de biomassa aérea e radicular, favorecendo o aumento da capacidade do agroecossistema na prestação de serviços de provisão e de regulação, este último associado às medidas de mitigação das mudanças climáticas, o que evidencia a importância da biodiversidade

Modeling future carbon stock in melon cultivation agroecosystems under different climate scenarios

O cultivo intensivo do melão é baseado em modelos convencionais de monocultivos, os quais podem utilizar de forma ineficiente os recursos naturais e, associados ao manejo inadequado, contribuir para alterações climáticas. O principal objetivo deste estudo foi modelar o estoque de carbono futuro em agroecossistemas no cultivo de meloeiro sob diferentes cenários climáticos. O estudo foi conduzido no Campo Experimental Bebedouro da Embrapa Semiárido, Petrolina/PE, em área cultivada com melão amarelo, cv. Gladial e foram considerados oito ciclos de cultivo. O delineamento experimental foi composto de dois tipos de manejo de solo (com e sem revolvimento), dois tratamentos utilizando adubos verdes compostos de 14 espécies com diferentes proporções de leguminosas, gramíneas e oleaginosas e a vegetação espontânea, contendo quatro repetições divididos em blocos casualizados. Após 70 dias de desenvolvimento as plantas foram cortadas e depositadas no solo. Dados de temperatura e precipitação foram adquiridos dos modelos climáticos BCC CSM, MIROC5, CESM1-BGC, IPSL CM5B LR e HADGEM2-AO, seguindo os cenários climáticos RCP 4.5 e 8.5. O estoque de carbono (C) foi estimado até o ano de 2071 usando o modelo RothC. O tratamento com predominância de leguminosas e sem revolvimento aumentou o estoque de C no solo independentemente do cenário climático. O revolvimento do solo não favoreceu o acúmulo de C, fazendo com que nenhum dos tratamentos alcançasse o mesmo estoque que a Caatinga. No cenário RCP 4.5 o modelo MIROC5 favoreceu o maior acúmulo de C no solo; já os menores estoques de C ocorreram nos modelos CESM1-BGC e IPSL CM5B LR sob o cenário RCP 8.5.Intensive melon cultivation is based on conventional monoculture models that can inefficiently use natural resources, which, combined with inadequate management, contribute to climate change. The main objective of this study was to model the future carbon stock in melon cultivation agroecosystems under different climate scenarios. The study was conducted at the Bebedouro Experimental Field of Embrapa Semi-arid, Petrolina/PE, Brazil, in an area cultivated with yellow melon cv. Gladial, and eight cultivation cycles were considered. The experimental design was composed of two types of soil management (with and without tillage), two treatments using green manures consisting of 14 species with different proportions of legumes, grasses and oilseeds, and spontaneous vegetation, containing four replications divided into randomized blocks. After 70 days of development, the plants were cut and placed in the soil. Temperature and precipitation data were acquired from the BCC-CSM, MIROC5, CESM1-BGC, IPSL-CM5B-LR, and HadGEM2-AO climate models, following the RCP 4.5 and 8.5 climate scenarios. The carbon (C) stock was estimated until the year 2071 using the RothC model. The treatment with a predominance of legumes and no rotation increased the C stock in the soil, regardless of the climate scenario. The soil tillage did not favor C accumulation, meaning that none of the treatments reached the same stock as the Caatinga. The MIROC5 model in the RCP 4.5 scenario favored greater C accumulation in the soil, while the lowest C stocks occurred in the CESM1-BGC and IPSL-CM5B-LR models under the RCP 8.5 scenario

Adubação verde contribuindo para ciclagem de nutrientes em ambientes irrigados no semiárido brasileiro

A adução verde, por meio da semeadura simultânea de diferentes espécies, pode ser uma estratégia para mitigar o impacto ambiental devido uso de fertilizantes em ambientes irrigados no Semiárido brasileiro. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de fitomassa seca e o acúmulo de nutrientes da parte aérea de dois tipos de coquetéis vegetais e da vegetação espontânea cultivados nas entrelinhas de um pomar de mangueira, em dois sistemas de manejo do solo, durante cinco ciclos de produção. O experimento foi conduzido no delineamento em blocos casualizados com quatro repetições, com os tratamentos dispostos em esquema de parcelas subdivididas. As parcelas foram constituídas por 2 sistemas de manejo (com e sem revolvimento do solo), e as subparcelas por 3 tipos de adubação verde: coquetel vegetal 1 (CV1); coquetel vegetal 2 (CV2) e vegetação espontânea (VE). Foram avaliados a fitomassa seca, teores e acúmulos de N, P, K, Ca, Mg e S. Os coquetéis vegetais cultivados, independentes da sua composição, produziram maiores quantidades de fitomassa seca em relação à vegetação espontânea e, consequentemente, acumularam maiores quantidades de nutrientes. Os teores médios de N e P foram menores na fitomassa da vegetação espontânea e no coquetel vegetal com predominância de gramíneas e oleaginosas, respectivamente, quando se utilizou a prática de incorporação dos resíduos vegetais. Os teores de Ca foram superiores na fitomassa do coquetel vegetal com predomínio de gramíneas e oleaginosas (CV2); e de Mg no coquetel com predomínio de leguminosas (CV1) e na vegetação espontânea (VE)

Decomposição e liberação de nutrientes de coquetéis vegetais para utilização no Semiárido brasileiro The decomposition and release of nutrients by plant mixtures in the Brazilian semi-arid regions

A decomposição e liberação de nutrientes de resíduos vegetais podem assumir importante papel no manejo da fertilidade dos solos da região semiárida. Portanto, o presente estudo teve por objetivo avaliar a taxa de decomposição da matéria seca (MS) e liberação de carbono (C) e nutrientes de coquetéis vegetais no Semiárido brasileiro. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, no período de novembro de 2007 a junho de 2008, com coquetéis vegetais compostos por espécies de leguminosas (L) (calopogônio, Crotalaria juncea, Crotalaria spectabilis, feijão de porco, guandu, lab-lab) e não leguminosas (NL) (gergelim, girassol, mamona, milheto e sorgo), combinados nos seguintes tratamentos: T1 - 100% NL; T2 - 100% L; T3 - 75% L e 25% NL; T 4 - 50% L e 50% NL; T5 - 25% L e 75% NL. As taxas de decomposição da MS e liberação dos nutrientes foram monitoradas por meio de coleta dos resíduos, realizadas aos 8; 15; 30; 60; 90; 120; 150; 180 e 210 dias após o início do experimento. Utilizou-se o delineamento experimental em blocos casualizados com três repetições. Os coquetéis apresentaram taxas de decomposição de MS e liberação de nutrientes semelhantes, exceto para Ca, Cu e Mn, em que os coquetéis compostos com predominância de espécies NL apresentaram liberação mais rápida. A partir da média dos valores de k para todos os coquetéis estabeleceu-se a seguinte ordem de liberação de macronutrientes: K > N > Ca > Mg > P e de micronutrientes: Fe > Mn > Cu > Zn > B.The decomposition and release of nutrients from plant residues can play an important role in the maintenance of soil fertility in semi-arid regions. Thus this study aimed to evaluate the rate of decomposition of dry matter (DM) and the release of carbon (C) and nutrients from plant mixtures used as green manure in the Brazilian Semi-arid regions. The experiment was carried out in a greenhouse, from November 2007 to July 2008, using plant mixtures made up of leguminous species (L) (calopo, Crotalaria juncea, Crotalaria spectabilis, jackbean, pigeon pea, lab-lab) and non-leguminous species (NL) (sesame, sunflower, castor, millet and sorghum) combined to give the following treatments: T1 - 100% NL, T2 - 100% L, T3 - 75% L and 25% NL, T4 - 50% L and 50% NL, T5 - 25% L and 75% NL. The rates of decomposition and the release of nutrients were monitored through collection of the residue at 8; 15; 30; 60; 90; 120; 150; 180 and 210 days after the beginning of the experiment. A randomized-block design was used, with three replications. The mixtures showed similar decomposition rates of DM and nutrient release, except for Ca, Cu and Mn, where the mixtures composed predominantly of NL species showed a higher release rate./ From the average values of k for all of the mixtures, it was possible to establish the following order of release of macronutrients: K> N> Ca> Mg> P and micronutrients: Fe> Mn> Cu> Zn> B

Ácidos Húmicos em solo fertirrigado no Vale do São Francisco

A aplicação de ácidos orgânicos, principalmente húmicos (AH), associada à adubação mineral e orgânica pode levar a alterações nas propriedades dos AH do solo. No Vale do São Francisco, o uso de ácidos orgânicos vem despertando o interesse de produtores que usam sistema de irrigação. Entretanto, não são conhecidas as modificações que podem ocorrer nas características das substâncias húmicas do solo quando são aplicados ácidos orgânicos associados à fertilização mineral e estercos. Os objetivos deste trabalho foram avaliar e caracterizar, por métodos espectroscópicos (UV-Vis, Infravermelho, Fluorescência e RPE), as possíveis mudanças qualitativas no AH extraído de solo fertirrigado com duas fontes de fertilizantes (orgânica e mineral), associadas à aplicação de ácidos orgânicos comerciais na cultura da goiabeira. O experimento foi conduzido na Embrapa Semiárido, em Petrolina - PE. Os tratamentos utilizados foram: F - fertirrigação com fertilizantes minerais (ureia, fosfato monoamônio, cloreto de potássio); FE - F + aplicação de 20 dm³/planta de esterco; FH - F + fertirrigação com 30 dm³ ha-1 de Codahumus 20®; FEH - fertirrigação mineral + aplicação de 20 dm³/planta de esterco + fertirrigação com 30 dm³ ha-1 de Codahumus 20®, e R- tratamento testemunha, sem adubação. A relação E4/E6 dos AH variou de 4,8 a 5,4 para os tratamentos FEH e F. Os dados obtidos por meio da espectroscopia FTIR sugerem mistura de características aromático-alifáticas, grande quantidade de grupos carboxílicos e menor número de grupos nitrogenados para os AH dos tratamentos FEH, FH e FE. Os valores obtidos do índice A465 variaram de 1,04 a 1,74, referentes aos AH dos tratamentos FEH e FE. Verificou-se uma concentração de radicais livres orgânicos no AH do tratamento FEH (2,66 spins g-1 10(17)) três vezes maior do que o AH do tratamento F (0,95 spins g-1 10(17)). O esterco foi o responsável pelo maior de policondensação e grau de humificação do ácido húmico dos tratamentos FE e FHE

Correlação do Fósforo no Sistema Solo-Planta-Animal em Pastagem Natural na região da Campanha–RS

Um estudo foi realizado para determinar a correlação do fósforo (P) no sistema solo-planta-animal em três áreas de campo natural não perturbado sobre diferentes tipos de solo com características da paisagem e qualidade da forragem distinta, localizados na região da Campanha-RS. Efetuou-se a amostragem em áreas sobre os solos Neossolo Regolítico eutrófico (RLe), Argissolo Bruno-Acinzentado (ABA) e Planossolo Háplico eutrófico (PHe) durante um ano. A correlação linear fósforo no solo x fósforo na planta apresentou significância no outono (P<0,01) e no inverno (P<0,05) para todos os solos em conjunto. Dos coeficientes de correlação entre os possíveis fatores influentes dos compartimentos solo-planta, o cálcio, o ferro e o alumínio não exerceram qualquer influência detectável na absorção do fósforo. O manganês influenciou negativamente a absorção do fósforo pelas plantas nas áreas sobre os solos RLe (P<0,01) e ABA (P<0,05). Em relação aos coeficientes de correlação e os níveis de significância dos possíveis fatores influentes da passagem do fósforo nos compartimentos planta-animal, o cálcio não apresentou influência sobre a absorção do fósforo pelo animal em nenhuma das áreas. O ferro afetou negativamente (P<0,01) a absorção do fósforo no solo PHe e o manganês mostrou efeito positivo (P<0,01) sobre a absorção do fósforo no solo RLe. A passagem do fósforo nesta cadeia é extremamente dependente do ecossistema

Aluminum tolerance in maize plants

A seleção para tolerância ao alumínio é complicada pela desuniformidade natural dos solos e pela dificuldade de avaliar danos na raiz. Assim sendo, é importante desenvolver métodos eficientes de caracterização da tolerância ao alumínio em condições controladas de ambiente. O presente trabalho teve por objetivo adequar o método de solução mínima para a avaliação da tolerância ao alumínio em genótipos de milho. O trabalho consistiu de dois experimentos. O primeiro foi feito para ajustar o método de avaliação através do emprego de solução mínima, e o segundo, para avaliar um conjunto de 22 genótipos de milho fornecidos pela Empresa Agroeste Sementes Ltda. A avaliação dos genótipos foi realizada com uma solução que continha diferentes concentrações de alumínio e cálcio. As médias para todas as variáveis analisadas mostraram a diferença entre os híbridos e entre as concentrações de alumínio empregadas. As concentrações de 6mg"-1 de alumínio e 40mg"-1 de cálcio foram consideradas mais eficientes para a discriminação da tolerância ao alumínio, sendo posteriormente empregadas para o trabalho com as linhagens. No segundo experimento, os resultados possibilitaram identificar linhagens com tolerância ao alumínio.Selection for aluminum tolerance is complicated by natural soil desuniformity and difficulty in evaluating root damages. As a consequence, it is important to develop efficient methods of characterization of aluminum tolerance in controlled environment. The present work had the objective of adapting the method of minimum solution for the evaluation of aluminum tolerance in maize genotypes. The work consisted of two experiments. The first try was to adjust the evaluation method through the employment of minimum solution and the second aimed to evaluate a group of 22 maize genotypes supplied by the Agroeste Sementes Ltda. The evaluation was accomplished with a solution of different concentrations of aluminum and calcium. The averages showed differences among the hybrid and the aluminum concentrations. The concentrations of 6mg"-1 of aluminum and 40mg"-1 of calcium were considered efficient for the discrimination of aluminum tolerance. This combination was used further to analyze the 22 maize genotypes. In this second experiment, it was possible to identify inbreds with tolerance to aluminum

Mapeamento do fluxo de CO2 em ambientes de caatinga e de sistemas agropecuário por meio de imagens orbitais

The high emission of greenhouse gases combined with the decrease of the sinks sources (mainly caused by the disorderly retreat of vegetation) leads to very rapid environmental changes affecting the environment in different ways. Among other activities, inappropriate land use is a major factor influencing the emission of greenhouse gases. Prevalent in semi-arid areas, the Caatinga biome is considered vulnerable before the effects of global climate change, and is also one of the most widely abused and degraded of the planet. This study investigates, from satellite images, the configuration of the carbon flow in systems of preserved and disturbed savanna, rainfed crop production and irrigated agriculture. The study was carried out in Petrolina, in two experimental fields at EMBRAPA. Survey was conducted by collecting bibliographic and regional data, such as type of flora and climate. In addition, field studies were conducted to collect information and to validate the processed images. Landsat 5 TM, images were processed, generating vegetation indexes- NDVI and PRI - and carbon flux in the area, through the operation between NDVI and PRI rescheduled. The Caatinga is characterized by the occurrence of seasonal drought and periodic regimes with intermittent rivers and vegetation without leaves. The climatic characteristics of the region, especially in the study area, are marked by low rainfall and high temperatures and insolation, leading to a high evapotranspiration, thereby influencing the photosynthetic dynamics and therefore the endemic plant phenological peculiaridares. The areas with greater vegetative activity, with farm management, especially irrigated areas, show high levels of efficiency of carbon flux. The sectors comprising preserved caatinga and disturbed show a lower carbon flux in the areas that have water in the system, because plants with a high level of stress, decreasing the amount of leaves and, consequently, the photosynthetic activity.Pages: 1682-168